戴 雅，程潔紅

(江蘇理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 常州 213001)

0 引言

太湖流域是國家重點控制的污染區(qū)域，2007年太湖藍藻事件，對污水廠除磷脫氮工藝提出了更嚴格要求。江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水廠多采用脫氮除磷工藝，尾水必須達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918－2002)的一級A標準。但污水廠普遍存在碳氮比偏低、TN濃度變化幅度大、冬季水溫偏低、微生物活差、出水中NH+4－N和TN難以達標等問題。為達到一級A標準，自2010年以來，根據(jù)國家和江蘇省太湖流域水污染防治工作的總體部署，太湖流域城鎮(zhèn)污水廠除磷脫氮提標改造技術(shù)和工程項目有組織的展開。江蘇某城鎮(zhèn)污水廠在原有構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上進行改造并確定了前置預(yù)缺氧池的A+A2/O運行工藝。即在傳統(tǒng)A2/O工藝的厭氧池前設(shè)置預(yù)缺氧池，將二沉池回流污泥和部分原水進入預(yù)缺氧池進行厭氧氨氧化生物脫氮，以強化系統(tǒng)脫氮能力。而且，預(yù)缺氧池中的厭氧氨氧化作用可有效去除回流污泥中的硝酸鹽，保證厭氧池進水中低濃度的硝酸鹽，提高厭氧池的釋磷效率，增強系統(tǒng)除磷效果，還能同時去除有機物?，F(xiàn)已有多家污水處理廠采用A+A2/O工藝進行生活污水的處理[1－4]。

本文主要以改造后A+A2/O工藝為研究對象，對各段生物反應(yīng)池中氮、磷含量變化進行分析，通過分析A+A2/O工藝對氮、磷的去除效果，探討A+A2/O工藝中脫氮除磷作用機理，為今后污水廠的生產(chǎn)運行提供理論依據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)運行。

1 實驗材料與方法

1.1 污水廠工藝概況

江蘇某城鎮(zhèn)污水廠是一座以處理生活污水為主的中小型城鎮(zhèn)污水廠，占地2公頃，服務(wù)面積15平方公里，服務(wù)人口15萬人，處理規(guī)模1.5×104m3/d。該廠原來采用倒置A2/O工藝，工藝流程圖見圖1，但存在氮磷難以同步穩(wěn)定達一級A排放標準的問題。

圖1 倒置A2/O工藝流程圖

隨后該廠在不擴大占地的基礎(chǔ)上，對原有的A2/O工藝進行改造，工藝流程圖見圖2。與原有工藝相比，A+A2/O工藝取消了初沉池，改造為預(yù)缺氧池，根據(jù)工藝運行情況，進水選擇性的進入預(yù)缺氧池、厭氧池和缺氧池;新增污泥回流系統(tǒng)，二沉池污泥回流至預(yù)缺氧池;新增轉(zhuǎn)盤濾布過濾器，進一步去除SS、BOD、COD、TP;新增紫外消毒設(shè)備，確保出水糞大腸群數(shù)達一級A排放標準。

圖2 A+A2/O工藝流程圖

1.2 實驗用水

取改造后A+A2/O工藝的進水、出水和各段生化反應(yīng)池中水樣，分析其中氮、磷含量。進、出水樣分別在污水廠的進水口和出水口取樣，A+A2/O工藝中各段生化反應(yīng)池水樣分別從各段生化反應(yīng)池中部取樣，取樣點見圖3。

圖3 各段生化反應(yīng)池取樣分析點示意圖

1.3 水質(zhì)分析方法

TN采用堿性過硫酸鉀分光光度法;NH+4－N采用滴定法;NO－3－N采用酚二磺酸光度法;NO－2－N采用N－(1－萘基)－乙二胺光度法;TP采用鉬銻抗分光光度法[5]。

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 改造后A+A2/O工藝處理效果

A+A2/O工藝處理生活污水效果如表1所示。綜合冬季和夏季的進出水水質(zhì)分析，CODCr、BOD5、TN、NH4+－N 和 TP的去除率平均分別為86.99%、98.52%、64.75%、98.56%和92.57%。改造后的A+A2/O工藝無論是冬季還是夏季，處理后的水質(zhì)均能穩(wěn)定達一級A標準排放。即使在冬季，進水BOD5/TN=1.88，TN=32.6mg/L，碳源不足的情況下，去除有機物的同時，NH4+－N去除率 ＞98%，TN去除率＞60%，TP去除率＞91%。由此可見，A+A2/O工藝解決了小型污水廠進水碳源不足以及冬季進水水溫低時氮磷出水不達標的難題。

表1 A+A2/O工藝下進、出水水質(zhì)情況

2.2 改造后A+A2/O工藝的脫氮效果分析

各段生物池中TN、NH4+－N、NO3－－N和NO2－－N含量的沿程含量變化見圖4。進水中TN和NH4+－N含量分別為37 mg/L和35.34mg/L;出水中TN和NH4+－N含量分別為11.40mg/L和0.84mg/L。A+A2/O工藝對TN和NH4+－N的去除率分別為69.19%和97.62%，出水中TN和NH4+－N含量均低于一級A標準。

圖4 總氮、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量沿程變化趨勢圖

由圖4可知，A+A2/O工藝中，TN在預(yù)缺氧池中含量最低，為5.53 mg/L，NH4+－N含量為2.24mg/L，NO3－－N含量為0.42mg/L，預(yù)缺氧池出水中氮的含量可達一級A排放標準。二沉池的回流污泥和好氧池回流混合液混合后進入預(yù)缺氧池，預(yù)缺氧池進、出水中氮含量變化見表2。從表2可看出，預(yù)缺氧池對TN的去除率達62.63%，占系統(tǒng)TN去除率69.19%的90.52%，這表明A+A2/O工藝對氮的去除主要集中在預(yù)缺氧池。對預(yù)缺氧池中氮元素進行物料平衡計算，預(yù)缺氧池中TN去除量9.27mg/L，NH+4－N和NO－3－N去除總量9.07mg/L，TN的去除量和NH+4－N和NO－3－N去除總量相差不大，TN的去除量可近似認為等于NH+4－N和NO－3－N去除總量。結(jié)果表明，在厭氧或缺氧條件下，厭氧氨氧化菌以污水中NH+4為電子供體，以好氧池回流混合液中NO－3和NO－2電子受體，將氨最終轉(zhuǎn)化為N2逸出，加強整個系統(tǒng)的生物脫氮。因此，A+A2/O工藝預(yù)缺氧池中發(fā)生了厭氧氨氧化反應(yīng)。據(jù)孫孝龍等人[6－7]研究表明，預(yù)缺氧池內(nèi)會發(fā)生厭氧氨氧化脫氮，預(yù)缺氧池中TN進水21.17mg/L，出水17.57mg/L，TN去除率17.01%，比本文中的TN去除率要低。

表2 預(yù)缺氧池進、出水中氮含量變化

另外，該廠進水碳源不足(BOD5/TN=1.88＜3)，在不外加碳源的前提下，預(yù)缺氧池對TN的去除率也達62.63%。這是因為，厭氧氨氧化作用與反硝化作用相比，對碳源要求不高，厭氧氨氧化作用以NH4+為電子供體，而不是有機物。厭氧氨氧化菌和反硝化菌雖會爭奪NO3－，但在進水碳源不足的情況下，厭氧氨氧化脫氮效率會比反硝化脫氮效率更高[8]。因此，采用A+A2/O工藝可有效解決小型污水處理廠進水碳源不足時氮磷難以同步穩(wěn)定達標的難題。

圖4中，厭氧池、缺氧池2、好氧池5中 TN 含量分別為20.45mg/L，14.58 mg/L和13.74 mg/L;NH4+－N含量分別為19.32mg/L、8.12mg/L和0.28mg/L，TN和NH4+－N含量得到進一步去除。這是因為厭氧池的氨化作用將污水中部分有機氮轉(zhuǎn)為NH4+－N，此時污水TN以NH4+－N為主[9]。厭氧池出水和好氧池的回流混合液混合進入缺氧池，缺氧池中反硝化菌利用污水中有機物為碳源，NO3－和NO2－為電子受體，使NO3－和NO2－還原成N2逸出，進行反硝化脫氮，一方面大大降低了TN的量，另一方面也降低了污水負荷，利于后續(xù)好氧區(qū)的硝化反應(yīng)，從而提高整個系統(tǒng)的脫氮效果[10－11]。好氧區(qū)的混合液內(nèi)回流(回流比195%)至缺氧區(qū)，補充缺氧區(qū)反硝化所需硝酸鹽，提高反硝化速率，缺氧池2中NO3－－N和NO2－－N均比缺氧池1中的略有下降，進一步證明了反硝化的順利進行。因此，缺氧池中的反硝化作用使TN和NH4+－N得到了進一步的去除。缺氧池的出水進入好氧池進行進一步的硝化反應(yīng)，隨著污水在好氧池中停留時間的延長，NH4+－N、TN含量逐漸降低，NO3－－N含量逐漸增加，硝化反應(yīng)順利進行。

2.3 改造后A+A2/O工藝除磷效果分析

圖5比較了進出水以及各生化反應(yīng)池中TP的濃度變化，進出水中TP的濃度分別為2.91mg/L和0.12mg/L，TP 去除率95.66%。

由圖5可知，預(yù)缺氧池和缺氧池2中TP濃度分別為1.05mg/L和0.70mg/L，TP的去除率分別為63.85%和76.01%。圖4顯示，雖然好氧池混合液回流至預(yù)缺氧池和缺氧池，但預(yù)缺氧池和缺氧池中NO3－－N、NO2－－N含量均比好氧池的低。這表明，回流至預(yù)缺氧池的活性污泥中可能含有反硝化聚磷菌，在缺氧條件下，可利用污水中的NO3－－N或NO2－－N作為最終電子受體進行反硝化吸磷反應(yīng)[12]，反硝化除磷過程不需要曝氣，并且可利用有限碳源進行反硝化和生物除磷，節(jié)省了碳源和能量[13－14]。二沉池的污泥回流預(yù)缺氧池，好氧池含NO3－－N或NO2－－N的混合液回流至預(yù)缺氧池和缺氧池，這些都為本實驗中反硝化吸磷提供了條件，而預(yù)缺氧池和缺氧池中NO3－－N、NO2－－N含量的減少也表明存在反硝化吸磷。因此，在預(yù)缺氧池和缺氧池中TP的去除主要是反硝化吸磷作用，這與周康群等人研究一致[15－17]。本實驗中系統(tǒng) TP 去除率達 95.66%，缺氧池 TP 去除率76.0%，Zeng W[18]通過前置預(yù)缺氧池，TP的去除率98%，缺氧池反硝化吸磷使TP去除66% ～91%，和本實驗結(jié)果一致。

圖5 總磷含量沿程變化趨勢圖

厭氧池釋磷率達137.75%，釋磷效果好。二沉池的的回流污泥中NO－3－N含量較高，一般在6.5～10.5 mg/L，直接回流至厭氧池會破壞厭氧池的厭氧環(huán)境[19]，影響氨化作用，有機物降解率變低;厭氧池中的反硝化菌和聚磷菌爭奪碳源，進行反硝化，影響聚磷菌厭氧釋磷[20]。前置預(yù)缺氧池，污泥回流至預(yù)缺氧池，一方面，在預(yù)缺氧池進行厭氧氨氧化作用，去除部分NO－3－N，降低厭氧池進水中NO－3－N的濃度，為厭氧池提供更優(yōu)的厭氧釋磷環(huán)境，提高除磷效率。另一方面，可利用NO－3－N進行反硝化吸磷。

圖5中，好氧池出水TP濃度0.29mg/L，低于一級A排放標準。聚磷菌在缺氧或好氧條件下過量吸收水中的磷酸鹽，并將其轉(zhuǎn)移到污泥中，使缺氧池和好氧池TP濃度逐漸下降。因此，A+A2/O工藝通過預(yù)缺氧池和缺氧池的反硝化吸磷以及好氧池的好氧吸磷，系統(tǒng)TP去除率達95.66%。在二沉池前后設(shè)投加藥劑點，以化學(xué)法同步除磷，進一步增加系統(tǒng)TP的去除。

3 結(jié)論

(1)A+A2/O工藝預(yù)缺氧池中可發(fā)生厭氧氨氧化作用，厭氧氨氧化作用對TN去除率和NH+4－N去除率分別為62.63%和37.05%，其對TN的去除率占整個系統(tǒng)去除率的90.52%，使A+A2/O工藝對氮的去除主要集中在預(yù)缺氧池，增強系統(tǒng)脫氮效果。

(2)一方面，預(yù)缺氧池去除部分NO－3－N，降低厭氧池進水中NO－3－N的濃度，為厭氧池提供更優(yōu)的厭氧釋磷環(huán)境。另一方面，預(yù)缺氧池和缺氧池的反硝化吸磷以及好氧池的好氧吸磷，大大降低了污水中磷的含量，系統(tǒng)TP去除率達95.66%，確保A+A2/O工藝下磷能穩(wěn)定達一級A標準排放。

(3)A+A2/O 工藝運行一年，CODCr、BOD5、TN、NH+4－N和 TP的年平均去除率為87.77%、98.61%、66.67%、98.68% 和 92.66%，出水濃度分別為20.3mg/L、＜ 2mg/L、10.5mg/L、0.35mg/L 和0.2mg/L，出水水質(zhì)達國家一級A排放標準。A+A2/O工藝可有效解決城鎮(zhèn)污水處理廠冬季進水水溫低，進水碳源不足等難題，保證氮磷同時穩(wěn)定達標排放。

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