曹 楠

(沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽 110168)

近年來，隨著氮磷過量利用和氮磷污染物的過量排放，水體的富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重。脫氮除磷技術(shù)是解決這一問題的根本途徑和主要的技術(shù)研究方向[1]。

目前，傳統(tǒng)A2/O工藝是污水處理廠應(yīng)用最為廣泛的污泥同步脫氮除磷的工藝，其水力停留時(shí)間短、流程簡(jiǎn)單且不易產(chǎn)生大量污泥膨脹，得到迅速的發(fā)展[2]。但是傳統(tǒng)A2/O工藝在運(yùn)行過程中仍然存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng)和矛盾，主要表現(xiàn)為聚磷菌、硝化菌和反硝化菌在滿足泥齡、碳源、有機(jī)負(fù)荷等的需求上，導(dǎo)致傳統(tǒng)A2/O工藝很難在同一污水處理系統(tǒng)中高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)氮、磷的同步去除[3-4]。

研究者對(duì)該技術(shù)工藝的可靠性進(jìn)行了重大改進(jìn)，使同步且高效的現(xiàn)代化脫氮除磷技術(shù)成為可能。其中，在厭氧池前設(shè)置一個(gè)預(yù)缺氧池的脫氮除磷改良A2/O工藝(A+A2/O工藝)已在我國城市污水處理廠中得到廣泛應(yīng)用[5]。此外，一系列基于改良 A2/O工藝所進(jìn)行的優(yōu)化工藝也取得了研究進(jìn)展。

1 改良A2/O工藝(A+A2/O工藝)

改良A2/O工藝的主要特點(diǎn)是在傳統(tǒng)A2/O工藝的基礎(chǔ)上，于最前端增設(shè)1個(gè)預(yù)缺氧池。該改良工藝普遍采用兩點(diǎn)進(jìn)水的方式，大約10%～20%的污水與來自二沉池的回流污泥混合并進(jìn)入該系統(tǒng)的預(yù)缺氧池。此時(shí)，預(yù)缺氧池中的微生物主要進(jìn)行反硝化脫氮，極大地降低或有效消除了二沉池的硝態(tài)氮對(duì)厭氧釋磷的不利作用和影響，從而有效保證系統(tǒng)的除磷效果。另外80%～90%的污水直接進(jìn)入?yún)捬醭亍Ｔ摳牧脊に嚭?jiǎn)便易行，可直接將第1個(gè)厭氧池的水分出一部分作為系統(tǒng)的預(yù)缺氧池，目前國際上采用較多[6]。

孫孝龍等[7]在近幾年的研究中發(fā)現(xiàn)，改良A2/O工藝中預(yù)缺氧池的反硝化作用對(duì)氮的去除率約占整個(gè)污水處理系統(tǒng)總氮去除率的15.11%，反硝化脫氮作用較強(qiáng)。王瓊等[8]的研究證實(shí)，采用改良A2/O工藝的預(yù)缺氧池降低或基本完全消除了溶解氧和硝酸鹽對(duì)碳源和聚磷菌厭氧釋磷的影響，且基本改善了系統(tǒng)中反硝化菌和聚磷菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)和利用情況。陳水程等[9]經(jīng)過對(duì)東莞市某城鎮(zhèn)污水處理廠近一年半的運(yùn)行分析顯示，污水廠出水可穩(wěn)定地達(dá)到東莞市城鎮(zhèn)地區(qū)污水處理一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)總磷的有效去除。趙蓉等[1]對(duì)某個(gè)污水廠的A+A2/O工藝近幾年的反硝化運(yùn)行情況進(jìn)行了跟蹤整理和監(jiān)控分析，結(jié)果表明采用該工藝的污水廠能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)氮磷等污染物的去除，證明了改良A2/O工藝的可行性。

盡管與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，改良A2/O工藝的脫氮除磷效果已有明顯提升，但很多情況下單獨(dú)使用并不能使處理出水達(dá)到排放要求。因此，對(duì)改良A2/O工藝進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，已經(jīng)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

2 改良A2/O工藝發(fā)展的新形式

2.1 多點(diǎn)進(jìn)水改良A2/O工藝

針對(duì)改良A2/O工藝中厭氧池由于過度消耗低分子碳源而直接導(dǎo)致脫氮不徹底的情況，為了更好地實(shí)現(xiàn)原水碳源優(yōu)化的分配，很多污水處理廠都采用了多點(diǎn)進(jìn)水改良A2/O工藝。10%～20%的污水與回流污泥直接混合并共同進(jìn)入預(yù)缺氧池，60%～70%的污水進(jìn)入?yún)捬醭?，剩?0%～30%的污水與回流的硝化液直接混合進(jìn)入缺氧池，從而在有限的碳源下使系統(tǒng)整體達(dá)到最佳的脫氮除磷效果。該工藝通過對(duì)預(yù)缺氧池、厭氧池和缺氧池多點(diǎn)進(jìn)水的最優(yōu)化設(shè)置，使碳源在系統(tǒng)脫氮除磷的過程中得到合理的分配，在對(duì)大、中型工業(yè)城鎮(zhèn)污水處理廠的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和現(xiàn)代化改造工程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[10-11]。

秦瑋等[11]研究表明，多點(diǎn)進(jìn)水改良A2/O系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、總磷具有穩(wěn)定良好的污染物去除效果，出水平均值達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。劉加強(qiáng)等[12]將蘇北某高新經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠的A2/O工藝提標(biāo)改造為多點(diǎn)進(jìn)水改良A2/O工藝，半年多的工藝運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，污水處理廠出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 改良A2/O-BAF 雙污泥系統(tǒng)

針對(duì)改良A2/O工藝用于低碳源城市污水處理時(shí)難以實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷的情況，將改良A2/O工藝與BAF池相結(jié)合，提出改良A2/O-BAF 雙污泥系統(tǒng)。

BAF即曝氣生物濾池，其最大的特點(diǎn)是將生物氧化與截留懸浮固體結(jié)合，水力停留時(shí)間短，出水水質(zhì)好，水力負(fù)荷大，能耗低，運(yùn)行成本低[13]。

改良A2/O-BAF雙污泥系統(tǒng)將污水分兩點(diǎn)進(jìn)入改良A2/O系統(tǒng)，其中一部分污水與系統(tǒng)內(nèi)來自二沉池的回流污泥混合，一起進(jìn)入預(yù)缺氧池；另一部分污水越過厭氧池直接進(jìn)入缺氧池，出水經(jīng)過二沉池后，上清液進(jìn)入曝氣生物濾池完成硝化反應(yīng)。同時(shí)該系統(tǒng)取消了改良A2/O工藝原有的內(nèi)回流，以曝氣生物濾池出水的一部分回流到系統(tǒng)中的缺氧池代替，在缺氧池中進(jìn)行反硝化脫氮并在反硝化聚磷菌的作用下進(jìn)行反硝化除磷，而后進(jìn)入好氧池將其中剩余的磷吸收、吹脫排出氮?dú)猓硪徊糠峙欧?，?shí)現(xiàn)了低C/N條件下的深度脫氮除磷[14]。

南彥斌等[14]研究采用改良A2/O-BAF雙污泥系統(tǒng)處理低C/N的城市生活污水，發(fā)現(xiàn)碳源的有效綜合利用率最高為85.77%，實(shí)現(xiàn)了碳源綜合利用效益的最大化，且可以達(dá)到同步脫氮除磷。

2.3 改良型 A2/O(MAAO)工藝

針對(duì)改良A2/O工藝需要較高的內(nèi)回流比(100%～400%)，導(dǎo)致整體運(yùn)行成本較高的問題，楊殿海等[15]采用改良型A2/O(MAAO)工藝，即調(diào)換改良A2/O工藝中好氧池與缺氧池的位置，并在末端增加1個(gè)后置曝氣池。該工藝采用分點(diǎn)進(jìn)水的改良方法，污水按一定的比例分別進(jìn)入預(yù)缺氧池和厭氧池，進(jìn)入預(yù)缺氧池的原水與50%的回流污泥混合。通過設(shè)置后曝氣池對(duì)污泥進(jìn)行后置反硝化，完全取消了內(nèi)回流，大大降低了該工藝總體的運(yùn)行成本。其研究結(jié)果顯示改良型A2/O(MAAO)工藝系統(tǒng)處理后的水質(zhì)可達(dá)到城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)，適用于對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)不具備脫氮除磷處理功能的污水廠的改造。

2.4 改良A2/O+MBBR組合工藝

針對(duì)傳統(tǒng)A2/O工藝難以滿足污水綜合排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，鄭敏等[16]將改良A2/O工藝與MBBR工藝相結(jié)合，形成了改良A2/O-MBBR工藝。

該工藝整體采用分點(diǎn)進(jìn)入污水的處理方式，進(jìn)入的污水按照一定的比例分別進(jìn)入到預(yù)缺氧段和厭氧段，好氧段采用傳統(tǒng)的MBBR工藝。MBBR處理方法是一種新型、高效的復(fù)合生物膜反應(yīng)器，兼具傳統(tǒng)流化床和傳統(tǒng)生物處理中的接觸氧化法的獨(dú)特性和優(yōu)點(diǎn)，通過向反應(yīng)器中投加一定量的懸浮填料來增加系統(tǒng)的生物種類和數(shù)量，從而強(qiáng)化對(duì)污染物的去除，并且能夠連續(xù)運(yùn)行，適用于中小型污水處理廠[17-18]。

裴廷權(quán)等[19]的研究結(jié)果顯示，該復(fù)合工藝的COD去除率為86.8%～91.9%，氨氮去除率為88.8%～94.0%，總氮去除率為65.5%～76.7%，總磷去除率為85.9%～91.9%，固體懸浮物去除率為94.2%～98.1%，具有良好的同步脫氮除磷效果。

2.5 完全混合-循環(huán)型改良A2/O工藝

針對(duì)改良A2/O工藝對(duì)進(jìn)水碳源偏低的合流制污水處理效果不佳的問題，戴仲怡[20]提出了完全混合-循環(huán)型改良A2/O工藝。

該復(fù)合工藝在設(shè)計(jì)上結(jié)合了改良A2/O工藝和傳統(tǒng)氧化溝的技術(shù)特點(diǎn)，在預(yù)缺氧池、厭氧池與缺氧池三點(diǎn)進(jìn)水的同時(shí)采用傳統(tǒng)氧化溝池型。采用改良A2/O和氧化溝相結(jié)合使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成溝渠形，可以讓水流同時(shí)具有完全混合和推流兩種特性，好氧池內(nèi)可形成明顯的溶解氧濃度梯度[21]，系統(tǒng)的混合液回流量最大可達(dá)到6q，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單獨(dú)采用改良A2/O工藝的混合液回流量(2.0～3.0)q，出水水質(zhì)能夠更好地達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)采用完全混合-循環(huán)型改良A2/O工藝的上海龍華污水綜合處理廠二期進(jìn)行的研究[20]表明，該改良工藝運(yùn)行簡(jiǎn)單，管理方便，能耗低，在大型的污水處理廠中具有較好的技術(shù)推廣應(yīng)用價(jià)值。

2.6 改良A2/O+深度處理

針對(duì)單純依靠改良A2/O工藝處理污水，有時(shí)出水水質(zhì)難以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際情況，許多研究人員通過將改良A2/O工藝與深度處理相組合，形成了多種新的污水處理改進(jìn)工藝。

2.6.1改良A2/O+活性砂濾池工藝

活性砂濾池工藝是一種集混凝、澄清、過濾為一體的高效的過濾處理技術(shù)，能夠連續(xù)運(yùn)行，無須停機(jī)反沖洗[22]。該工藝基于逆流過濾原理，待處理的水經(jīng)過進(jìn)水管，通過位于裝置底部的布水器均勻分布后進(jìn)入過濾器內(nèi)部。此后水流由下向上逆流上升通過活性砂濾料層，濾砂在過濾器中自上而下進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成過濾，凈化后的濾液在過濾器頂部均勻聚集，經(jīng)過溢流堰外排[23]。改良A2/O+活性砂濾池工藝已在西北某城鎮(zhèn)污水處理工程項(xiàng)目上實(shí)施應(yīng)用，多年的運(yùn)行實(shí)踐表明取得了預(yù)期的運(yùn)行結(jié)果[23]。

2.6.2改良型A2/O+反硝化濾池工藝

反硝化濾池是該組合工藝進(jìn)行深度反硝化處理的核心構(gòu)筑物，是進(jìn)一步降低出水總氮的有效保障之一[24]。向反硝化濾池中投加填料，利用填料上附著生長(zhǎng)的生物膜可以在缺氧條件下進(jìn)行反硝化反應(yīng)，最終達(dá)到脫氮的目的[25-26]。二沉池出水經(jīng)提升后進(jìn)入反硝化濾池，濾池采用下向流，淹沒堰運(yùn)行方式有效避免了由于濾池進(jìn)水跌水產(chǎn)生的溶解氧影響濾池的反硝化處理效果[27]。

胡香等[28]研究表明，后置反硝化對(duì)總氮的去除率可以達(dá)到系統(tǒng)總?cè)コ实?0.9%，可作為總氮達(dá)標(biāo)的保障措施。張萬里等[27]研究證實(shí)某污水廠采取該組合工藝后，運(yùn)行效果良好且出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2.6.3改良型A2/O+混凝沉淀+V型過濾

“混凝+沉淀+V型濾池過濾”是一種在國內(nèi)應(yīng)用較成熟的污水處理技術(shù)。投加的氯化鐵、聚合氯化鋁等藥劑，可以起到化學(xué)除磷的重要作用[29]?；炷?、沉淀可以去除改良A2/O工藝難以去除的有機(jī)物、無機(jī)物、色度和濁度，并且對(duì)部分溶解性物質(zhì)也有一定的去除能力[30]。沉淀后的污水再進(jìn)入V型濾池，進(jìn)一步提高了對(duì)水中有害物質(zhì)的去除率，并能延長(zhǎng)過濾周期，提高了截污水量，保證了深度處理的連續(xù)運(yùn)行，使出水水質(zhì)始終保持一致[29]。

李永繼等[31]的研究和實(shí)踐證明，該技術(shù)對(duì)污水的處理效果良好，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，可為生活和工業(yè)水處理的技術(shù)選擇和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

3 結(jié)語

對(duì)于低碳源下的廢水處理，選用單一的改良工藝或A2/O廢水處理工藝，很難保證所有的污染物均符合國家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，尋找新的廢水處理優(yōu)化解決方案，在進(jìn)水方式、回流廢水處理方式、與其他廢水處理工藝的聯(lián)合等關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行嘗試性的探索，尋求低碳源下能實(shí)現(xiàn)高效的廢水同步處理脫氮除磷，提升處理效果的方式是其未來的發(fā)展方向。