中國(guó)工程院院士、北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)科首席教授彭永臻

一、生物脫氮除磷是經(jīng)濟(jì)有效的方法

環(huán)境污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化問題的尖銳化迫使越來越多的國(guó)家和地區(qū)制定嚴(yán)格的氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)，這也使污水脫氮除磷技術(shù)一度成為污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。除磷方面，可以通過生物法除磷和化學(xué)法除磷；脫氮方面，生物脫氮是目前最經(jīng)濟(jì)和有效的方法?；炷恋聿荒苋コ齆H4 和NO3-，微濾、超濾、納濾膜也不能去除NH4 和NO3-。對(duì)于城市污水處理來說，總氮達(dá)標(biāo)是關(guān)鍵和難點(diǎn)，生物脫氮是唯一的方法。

二、傳統(tǒng)A/O脫氮除磷工藝存在的問題

幾種污水生物脫氮除磷工藝對(duì)比見圖1。傳統(tǒng)的A/O脫氮除磷工藝（圖2）存在兩個(gè)問題：一是出水總氮濃度（含NH4 、NOX--N）和回流液總氮相同；二是出水的總氮濃度（TN）高。

 
圖1  幾種污水生物脫氮除磷工藝對(duì)比

圖2  傳統(tǒng)A/O脫氮除磷工藝

三、分段進(jìn)水A2/O工藝的理論與技術(shù)

分段進(jìn)水A2/O深度脫氮除磷工藝流程圖見圖3。分段進(jìn)水A2/O深度脫氮除磷工藝的特點(diǎn)：不需要硝化液內(nèi)回流，只需污泥回流；不需要外加碳源就可滿足一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是TN的達(dá)標(biāo)；只有在要求深度脫氮除磷時(shí)才需要外加碳源。

分段進(jìn)水A2/O工藝的優(yōu)勢(shì)：氮磷去除率高；最大程度利用原水碳源；抗沖擊負(fù)荷，減小二沉池固體負(fù)荷；防止絲狀菌污泥膨脹；原污水處理廠更新改造簡(jiǎn)單。 

 
圖3  分段進(jìn)水A2/O深度脫氮除磷工藝

在北京高碑店污水處理廠作了中試。

1.  試驗(yàn)研究與過程控制

試驗(yàn)裝置主反應(yīng)器有效容積340 L。

豎流式二沉池容積為88 L，采用中心進(jìn)水、周邊三角堰出水方式。

進(jìn)水水質(zhì)見表1，去除率見表2

表1  北京高碑店污水處理廠進(jìn)水

表2  去除率

2. 分段進(jìn)水脫氮除磷工藝類型和技術(shù)特點(diǎn)

分段進(jìn)水脫氮除磷工藝的工藝方式有：四段式A/O分段進(jìn)水脫氮除磷工藝、A2/O分段進(jìn)水工藝和改良UCT分段進(jìn)水深度脫氮除磷工藝。技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）分段進(jìn)水脫氮除磷工藝類型可以在不外加碳源的情況下，處理城市污水，出水達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是出水TN達(dá)標(biāo)。

（2）易實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷。僅在分段進(jìn)水工藝曝氣池中投加少量碳源和混凝沉淀劑，即可實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷，出水TN≦5mg/L，TP≦0.3mg/L。

（3）簡(jiǎn)單易行，利于推廣應(yīng)用。既可用于新建污水處理廠又適合老廠升級(jí)改造。在曝氣池中增加隔段；變?yōu)榉侄芜M(jìn)水。還可省去硝化液內(nèi)回流。最重要的是：無需增設(shè)其他處理設(shè)施。

四、A2/O-BAF同步脫氮除磷工藝與技術(shù)

1.    研究背景和意義

目前，低碳氮比污水越來越普遍，傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的問題更加突出。AAO 中存在的主要矛盾是由于碳源缺乏引起的，而低C/N 比污水目前在我國(guó)十分常見，城市污水廠脫氮除磷面臨著污水中碳源短缺的問題。傳統(tǒng)A2O脫氮除磷工藝的難于克服的缺點(diǎn)：生物脫氮的前提是完成充分的硝化，需要長(zhǎng)污泥齡；生物除磷的前提是有較多剩余污泥，需要短污泥齡；僅通過運(yùn)行控制，脫氮除磷不能同時(shí)達(dá)到最佳。

2.    AAO-BAF工藝簡(jiǎn)介及深度脫氮除磷的試驗(yàn)研究

AAO-BAF工藝流程圖見圖4。深度脫氮除磷的試驗(yàn)研究：技術(shù)參數(shù)見表3，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)污染物的去除率見圖5；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一個(gè)典型周期內(nèi)污染物的變化見圖6。 

 
圖4  AAO-BAF工藝流程圖

表3  A2O和BAF聯(lián)合工藝的技術(shù)參數(shù)

圖5  穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)污染物的去除率 

 圖6  穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一個(gè)典型周期內(nèi)污染物的變化圖

進(jìn)水TN=76.8 mg/L，TN平均去除率81.2%

進(jìn)水TP=5.4 mg/L，TP平均去除率90.3%

平均出水分別為：TN≤ 13.2mg/L，TP ≤ 0.23mg/L

A2O-BAF工藝低溫下COD的去除規(guī)律：負(fù)荷為0.316KgCOD/KgMLSS/d，COD的平均去除率為86.2%。

厭氧段PAOs的釋磷過程、缺氧段的反硝化都消耗了大部分可生物降解有機(jī)物，厭氧段和缺氧段出水的COD值分別為91.77 mg/L和48.08 mg/L。

好氧段COD沒有明顯的變化，但在BAF中COD的去除率僅為2.52%。

低溫（14-15℃）時(shí)AAO-BAF深度脫氮除磷性能：缺氧吸磷率91%，好氧吸磷率9%；在低碳氮比條件下反硝化除磷是該工藝除磷的主要方式。

3.    A2O-BAF工藝的優(yōu)點(diǎn)

（1）硝化和除磷分別在兩個(gè)污泥齡不同的系統(tǒng)中進(jìn)行，而且回流污泥中，無硝態(tài)氮可以使厭氧釋磷更充分，達(dá)到同時(shí)高效脫氮除磷的目的。

（2）該工藝為反硝化除磷菌提供一個(gè)適宜的環(huán)境，反硝化除磷將是其除磷的主要形式，這就可以節(jié)省碳源，更有利于處理低C/N污水。

（3）反硝化除磷過程去除了大量有機(jī)物，在好氧段停留時(shí)間只有1.8h，再加上BAF的停留時(shí)間2.5h，總好氧曝氣時(shí)間只有4.3h。

（4）由于有機(jī)物和懸浮物質(zhì)大多都在A2O中被去除，這有利于BAF中硝化作用的進(jìn)行，同時(shí)可以延長(zhǎng)BAF的反沖洗時(shí)間。

（5）進(jìn)入二沉池的混合液中，很少有硝態(tài)氮，無二沉池污泥上浮現(xiàn)象。

五、分段進(jìn)水A2/O達(dá)一級(jí)A的升級(jí)改造案例——青島城陽污水處理廠改造

傳統(tǒng)A2/O工藝存在的問題：(1)硝化不完全；(2)冬季溫度較低時(shí)，出水NH4 -N很難控制在5mg/L以下；(3)反硝化不完全；(4)TN去除率較低，平均值僅為27%；(5)除磷效果較差；(6)出水總磷偏高，平均值為1.9mg/L；(7)進(jìn)水中有機(jī)碳源沒有充分利用；(8)大量DO進(jìn)入缺氧池，破壞了缺氧環(huán)境，脫氮效率較低。(9)攪拌效果不佳，攪拌機(jī)功率偏小，缺氧區(qū)有明顯的泥水分離界面；(10)好氧池和缺氧池的隔墻過水通道斷面太大，存在返混現(xiàn)象。

三段進(jìn)水A2/O工藝的改造見圖7，改造后出水達(dá)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。升級(jí)改造后的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：沒增加附屬構(gòu)筑物，沒增加總水力停留時(shí)間；正常情況下，無外加碳源即可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；強(qiáng)化了缺氧反硝化過程，減少了好氧時(shí)間，提高了TN去除率；投加懸浮填料增加了生物量和硝化細(xì)菌，強(qiáng)化了硝化過程；減少了曝氣時(shí)間和電耗。迄今為止，這是中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)出的唯一一項(xiàng)城市污水處理達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的示范工程。國(guó)家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)報(bào)告見表4。

 
圖7 三段進(jìn)水A2/O工藝的改造流程圖

表4  國(guó)家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心---檢驗(yàn)報(bào)告

COD/TN= 4.93-5.61；BOD/TN= 1.97-2.24（投加少量外碳源）；乙酸鈉投加量相當(dāng)于40mg/L的COD