工艺技术 提标改造：A2/O工艺的应用和发展趋势

据统计,A2/O及以其为基础的脱氮除磷工艺目前在我国已占据50%以上的市场。然而,A2/O工艺自身特点注定了其将面临硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争,因此难以同时实现碳、氮、磷的高效去除,并满足日益严格的排放限值。


1、基于一级B达标排放的A2/O工艺的难点与主要技术措施

1.1基于一级B达标排放的A2/O工艺典型问题

污水处理厂从6B18918-2002二级排放标准提升为一级B的难度相对较低,采用A2/O工艺需解决的技术问题也较为明确,一般通过对溶解氧(DO)、混合液回流比(RN)、污泥回流比(R)和水力停留时间(HRT)等各参数优化控制即可达到。

1.2溶解氧(DO)控制

好氧池过高的DO不仅会抑制硝化菌的硝化作用,而且破坏厌氧池和缺氧池的低DO状态;过低的DO会限制硝化菌的生长率,严重影响污水的脱氨效果。

缺氧池DO变化可通过抑制硝酸盐还原酶的合成和活性,影响反硝化过程。

早期研究者对A2/O工艺各阶段DO的控制总结得出;好氧池DO控制在2.0mg/L左右、缺氧池D0在0.2~0.5mg/L、厌氧池DO在0.2mg/L以内为宜。

1.3混合液回流比(RN)和污泥回流比(R)的影响与选择

选择合适的混合液回流比(RN)和污泥回流比(R)对污水脱氮效果至关重要。

RN过大时增加能耗,过小时脱氮效率降低。

R过小时,厌氧池污泥负荷增加,将影响各段的生化反应效率；R过大则抑制聚磷菌释放磷的效果,降低总磷去除率。

李明等人通过对A2/O工艺的研究对比得出,一般R=50%~100%,最低不可低于40%；李银液等人采用A2/O脱氨除磷工艺中试验表明,RN为200%时系统处理效果最佳。

1.4水力停留时间(HRT)的影响与设定

一般来说,延长HRT时间有利于提高COD去除效果,但对于厌氧池,过长的HRT容易产生污泥膨胀,过短水流速度较大,易导致活性污泥流失;

相对于好氧池,过长的HRT则使SRT缩短,影响污泥释磷效果,增加污泥排放量;较短的HRT使污水中硝化过程不充分,不利于脱氮。

李永峰等与林琳等人研究结果对比表明,HRT对TN、TP和NH3-N的去除率影响较大,对COD去除率影响相对较小;HRT控制在5~8h时,系统整体功能性较好。

2、针对一级A达标排放的A2/O工艺的难点与主要技术措施

2.1针对一级A达标排放的A2/O工艺难点

出水水质进一步从一级B标准提标至一级A标准回用时,COD、TN、氨氮和TP要求均有所提高。

在合理C/N比以及非低湿环境下,通常采用A2/O工艺进行优化调试能够达到一级A标准要求;但对于C/N比较低或低温环境等不可控问题,仅通过简单工艺调试很难达到一级A水质要求。

2.2低C/N比问题及其技术措施

根据住建部“全国城镇污水处理信息系统“数据显示,我国大部分城镇都面临着C/N比偏低的现象,多数城市污水中C/N比在3~4之间。

在采用A2/O工艺处理低C/N值污水时,一般脱氮除磷效率不高,因此较难达到一级A标准。

目前常用的解决措施主要从外加碳源和内碳源两方面着手。

2.2.1 投加碳源

能够快速有效提高C/N值的最简单办法。为反硝化过程提供足够的碳源(如甲醇、葡萄糖、乙酸钠等)能够有效地提高脱氮效率,但长期投入增加污水处理成本。

2.2.2 投加垃圾渗滤液

陈杰明等人对重庆市某大型污水厂投加垃圾渗滤液补充碳源方法进行了研究,当垃圾渗滤液的投配率为0.1%时,活性污泥不会受到垃圾渗滤液的毒性干扰,同时可为系统增加约15%的碳源,一方面可以解决垃圾渗滤液的排放问题,另一方面投入成本低,是一种较经济实用的借鉴。

2.2.3 增设单元

池年平等人通过在传统A2/O工艺前端增设预缺氧池形成A-A2/O(预缺氧一厌氧一缺氧一好氧)工艺得出相较于A2/O工艺脱氨除磷效果有显著的提升;A-A2/O工艺脱氮主要在预缺氧池和缺氧池完成,且两者脱氮量相当,厌氧池则可专注于除磷,是一种克服低C/N比的有效方法。

2.3低温问题及其解决措施

目前,低温低碳是我国大部分污水处理厂面临的最棘手的问题。温度对微生物细胞的繁殖、生物种群的组成、活性污泥的絮凝性能、曝气池对氧的利用效率以及水的粘度等都有较大的影响。低温显著降低硝化菌和反硝化菌的活性,严更影响脱氮除磷效果。

针对低温问题,倒置A2/O工艺也可作为缓解手段之一。张智等人对重庆市鸡冠石污水处理厂的倒置A2/O工艺在低温脱氨除磷效果不稳定的问题进行了研究,表明低湿条件下将污泥浓度提高到5500~6000mg/L、好氧池DO控制在1.2mg/L左右时,出水能够达到国标一级A标准。

A2/O-BAF(曝气生物滤池)是目前克服低碳氮比下的低温问题最常用工艺之一。通过后置BAF工艺,王建华等人得出A2/O-BAF工艺在低温条件下脱氮除磷能够同时取得良好的效果,不仅出水达到国家一级A标准,而且A2/O段活性污泥的平均SVI为85.4mL/g,具有良好的沉降性。

萧县城北污水处理厂(5万吨/日)于2015年采用水解酸化A2/O-BAF工艺处理市政污水,强化了脱氨除磷效果,出水满足国标一级A排放标准。

3、针对地表水IV类回用要求的A2/O工艺的典型问题及主要技术措施

3.1对于地表水IV类及以上回用要求的A2/O工艺采取的主要措施

一舫来说,将污水通过A2/O工艺处理至地表水IV类回用要求时,不仅要具有较高的脱氮除磷水平,还要求其有很高的有机污染物去除性能。

在进水满足要求基础上,可采取的总体策略是:
一方面,采用现有的二级强化,特别是新型生化强化工艺,尽可能提高二级处理段的脱氮除磷能力;
另一方面,需引入深度处理工艺,尤其是以膜技术及其统合工艺为代表的深度回用水处理工艺,可将二级处理出水处理至地表水IV类或以上水质。

3.2对于地表水IV类及以上回用要求的A/O工艺采取的主要措施

A/O工艺脱氮效率很难进一步提高。为此,Adam等一批学者提出了将A/O与MBR相结合的污水处理方式,不仅出水水质效果好、污染物指标去除率高,而且实现了HRT与SRT相互独立,很好地解决了传统活性污泥法同步脱氮除磷时两者所需污泥龄不同的矛盾。

为提高A/O工艺的脱氮除磷能力,可在一级A提标改造的基础上进一步形成倒置A/O-MBR和A/O-A-MBR等组合工艺。

张健君等人对倒置A/O-MBR中试表明,该系统具有高效的生物除磷效果,主要由于倒置A/O段理想的释磷环境和MBR段膜分离对胶体形态残的截留作用;菜良飞等在A/O基础上开展了A/O-A-MBR工艺处理低碳源城市污水的中试研究,经过60天的调试运行,出水已基本达到地表水IV类的回用要求,进一步提高了脱氮除磷的水平。

3.3基于再生水厂提标改造A/O工艺未来发展趋势

截至目前,A/0及其改进工艺已在我国的大中

型污水处理厂中广泛应用并对生态环境保护产生了积极的作用。然而,我国的污水处理工艺首要目标是“去除污染物“而不是“回收能源,造成了A/O工艺和国内其他污水处理工艺类似,在实际应用中仍然表现出能耗高、能源自给率低和出水需深度处理等特点。随着污水处理厂的进一步发展,以实现“工艺能耗最小化“、“消化产能最大化“和“能源回收自给最大化“的可持续脱氮除磷将是A/O工艺未来发展的主要趋势。

这就要求未来污水处理厂除了做好节能降耗优化和水资源可持续循环利用以外,还需要集中消化水解污泥、最大程度回收有用资源和提高污水处理厂能源自给率,甚至包括在有适度外源有机废物协同处理的情况下,尽可能做到能源零能耗。