张 莉，艾胜书，王 帆，崔志新，吴小丽，边德军

(1.长春工程学院，长春 130012； 2.吉林省污水处理重点实验室，长春 130012；3.云南昆钢水净化科技有限公司，昆明650300)

多段多级AO工艺处理城市污水的研究进展

张 莉1，2，艾胜书1，2，王 帆2，崔志新1，2，吴小丽3，边德军1，2

(1.长春工程学院，长春 130012； 2.吉林省污水处理重点实验室，长春 130012；3.云南昆钢水净化科技有限公司，昆明650300)

多段多级AO工艺以脱氮效率高、无需外加碳源、无需内回流等优点成为了水处理行业的研究热点。通过对多段多级AO工艺研究进展进行总结，介绍了多段多级AO工艺在污染物去除、参数优化和微生物等方面研究的成果，阐述了目前研究中存在的问题及对未来发展前景的展望。

多段多级AO工艺；污水处理；城市污水

0 前言

中国是缺水大国，随着水资源利用率的提高和江河湖泊富营养化的加剧，国家对城市污水厂氮、磷的排放要求更为严格，特别是排放水用作河湖补充水或再生水源的污水厂，其氮磷去除率和管理水平对当地的水资源利用和环境保护都有显著影响。如何在现有工艺基础上，通过科学的运行管理来提高氮磷的去除效果，是现今污水厂面临的重要挑战。而多段多级AO工艺(AMAO)不仅解决了低碳氮比城市污水难达标排放的问题，还具有无需外加碳源、氮磷去除率高、抗冲击负荷能力强等优点[1-3]。充分利用碳源，无需内回流等优势大大符合了近年来国家倡导的节能减排，清洁生产的号召。自20世纪以来，多段多级AO工艺在国内外污水厂的升级应用中十分广泛，本文简要列举了近年来多段多级AO工艺在实际污水厂的应用实例，见表1[4-6]。

1 多段多级AO工艺概况

缺氧、好氧(A、O)工艺是目前应用较多，具有一定脱氮除磷功能的污水处理工艺[6-7]。而多段多级AO工艺是对传统缺氧、好氧(A、O)工艺的进一步改进，由一系列缺氧段和好氧段串联而成的新工艺[8-9]。污水在每一级的缺氧段加入，分段加入的污水不但为反硝化菌提供充足的碳源，还减少了前级出水的溶解氧、pH对后级缺氧段的影响[10-11]。一般无需设置消化液内回流，只需将二沉池的污泥回流至第一级的缺氧段，如图1所示(以三级为例)，在第一段的缺氧区聚磷菌利用少量碳源进行释磷，同时反硝化菌利用碳源将污泥回流液中的硝态氮还原，聚磷菌以硝态氮为电子受体发生部分反硝化吸磷反应，好氧区进行硝化反应和聚磷菌的生物吸磷反应，反应后的混合液和部分进水进入第二段的缺氧区，后续各段反应功能同第一段[12]。

表1 多段多级AO工艺近年应用举例

2 多段多级AO工艺污染物去除研究

2.1 段数对处理效率的影响

多段多级AO工艺主要适用于低碳源城市污水处理，分段进水模式能有效均衡负荷，使系统的耐冲击负荷能力增强，对水质、水量波动有一定的承受能力。厌氧条件下，多段多级AO工艺反硝化所需要的碳源由下一级的进水提供，反硝化菌以硝酸氮为电子受体，以上一级进水中的有机物为电子供体，完成硝态氮到气态氮和有机体的转化[13]。孙月鹏[14]得出多段多级AO工艺中具有较高的吸磷速率，在多点进水模式下，微生物主要利用进水碳源进行反硝化和吸磷过程，储存PHB能力较弱，但更有利于反硝化聚磷菌(DNPAOs)的富集。

图1 多段多级AO工艺示意图

2.2 温度对处理效率的影响

温度对微生物的生命活动影响十分显著，我国北方冬季城市污水一般在4～15 ℃，低温环境下污水处理厂的运行结果，表明随着水温的降低，活性污泥沉降性变差，有机物去除、硝化及反硝化作用受到极大冲击，水面产生大量泡沫且迅速结冰，直接影响出水水质[18-20];Head M.A等[21]发现水温由30 ℃下降到10 ℃时，硝化作用率下降了82%。此外，也有人发现温度降至5 ℃以下时，硝化作用停止[22]。硝化细菌和反硝化细菌的最适宜温度均为30 ℃，随着温度的降低，反硝化速度明显下降，低于5 ℃时，反硝化作用停止。

王敏等[23]在常温条件下利用三级AO工艺在HRT为8 h、污泥回流比为100%、污泥质量浓度保持在2 000～2 500 mg/L的条件下得到了温度对系统去除有机物的影响不大、对硝化、反硝化效果影响较大的结论，并得出流量分配比为5∶3∶2时氮磷的去除效率最高，出水TN为5.7 mg/L。张晓飞等[24]对多段多级AO工艺进行优化升级，考察低温下(7～13 ℃)多级AO膜生物反应器对有机物和氮磷的去除效果，得出在DO的质量浓度为2.0 mg/L、回流体积比为150%、HRT为18 h、MLSS的质量浓度6 g/L条件下，NH3—N负荷、TN负荷分别为15 g/(kg·m3)、20 g/(kg·m3)，出水COD、NH3—N、TN、TP的去除率可分别达到96%、98%、85%、97.5%，出水水质达到GB 18918—2002的一级A标准。

3 多段多级AO工艺优化

3.1 参数优化

Hao和Huang等[32-33]认为多段多级AO工艺中DO含量、pH和ORP的监测可以用来指示反应过程中硝化反硝化的终点。多段多级AO工艺中A、O比值直接影响反应器的脱氮除磷效率，且对系统硝化反应是否彻底有直接影响。因此，工程设计和实际运行中必须选择合理的A、O容积比，使生物池各段硝化和反硝化能力充分发挥。王秋慧等[34]通过试验选择了0.25、0.33、0.6 3组A、O容积比值进行试验，最终确定了最佳A、O容积比为0.6，氮磷去除率分别达到85%、97.5%，出水氮磷分别为9 mg/L、0.3 mg/L，并得出在一定有机物质量浓度和TN质量浓度下，A、O容积比没必要继续增加的结论。实际工程中，容积比基本在0.6左右，过低或过高会引起氮磷去除率降低和缺氧区二次释磷现象。因为A、O池比在实际工程应用中不能像其他参数一样易于调控，因此，在污水厂投资建设初期必须根据当地的水质水量特点进行设计，以发挥最大的去除功能。

3.2 生物膜多段多级AO工艺研究

4 多段多级AO工艺微生物研究

微生物是系统中污染物去除的主体，微生物种群是系统稳定运行的基础，污水厂实际运行过程中，普遍利用微生物种类及数量来判断反应器的运行状态及污水处理的状况。多段多级AO反应器中，微生物检测利用现代分子生物学方法可以快速、准确地分析A、O池中微生物的群落结构和空间分布，揭示微生物群落结构变化规律和影响因素，为探讨多段多级AO反应器中微生物降解污染物的机理，维持高效微生物群落结构和功能，提高系统的处理效果与运行稳定性提供依据[38]。

Characklis[42]研究表明生物膜的胞外聚合物对生物膜传质会产生阻力，这种阻力能阻碍溶解氧进入生物膜内部及阻止基质进入生物膜内部和转化产物的排除；许芝等[43]得出在生物膜表面的孔洞结构，不仅可以增加生物膜表面积，还可让生物膜内层的微生物通过孔洞中的液相传递直接到达基质，加快传质过程；文晓慧[44]得出生物膜多段多级AO反应器内微生物的菌群结构受进水水质的影响较大。目前国内外对多段多级AO工艺中悬浮态污泥及生物膜微生物群落结构和空间分布进行分析，探寻沿程微生物群落的变化，以此来反应多段多级AO工艺高效脱氮除磷的机理。因此，对A、O中对微生物进行研究对促进多段多级AO工艺发展具有重大的意义。

5 问题与展望

多段多级AO工艺的研究已取得一定成果，但是仍存在以下问题：1)多段多级AO工艺的脱氮效率主要由进水C/N比和流量分配系数决定。目前研究中主要采用试错法、试验法，此法不经济而且十分耗时；2)目前对多段多级AO工艺缺氧区与好氧区的容积分配对污染物去除效率的影响的认识还存在分歧；3)目前多采用悬浮式生长系统对多段多级AO工艺开展研究，而针对附着式生长系统的研究则相对较少[36]；4)多段多级AO工艺在低温环境下硝化菌、反硝化菌活性较低。

为明确优势微生物种属及其在污染物降解中的作用，在多段多级AO工艺在优势微生物种属、结构方面及其在污染物降解中的作用，还需要单独进行分析，以期获得组合工艺脱氮规律与脱氮微生物之间的关系，为实际污水厂在不同环境温度下处理低碳源城市污水提供理论基础；在常温条件下优化多段多级AO工艺得到的成果较多，大量的实验数据也为多段多级AO工艺的发展奠定了基础，但此工艺在低温环境中的研究却尚处初级阶段。北方冬季寒冷漫长，低温环境下低碳源城市污水处理较难达标排放，因此，多段多级AO工艺在低温环境下的发展具有实际意义。针对低温环境下多段多级AO工艺出现的污染物去除效率低的问题，应根据其影响机理，综合考虑控制措施，除了从进水分配比、水力停留时间、污泥龄、A、O池容积比等方面入手外[45-47]，还可以考虑升级多段多级AO工艺为双生物相系统或结合固定化微生物技术(细菌包埋法)、投加优势菌种等方法进行优化[48]。

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The Research Progress on Urban Sewage by Anaerobic Multilevel Anoxic Process

ZHANG Li，et al.

(ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

The anaerobic multilevel anoxic(AMAO)process has become a research hotspot in the water treatment industry by its multiple advantages such as efficiency of high nitrogen removal，no extra carbon，and without reflux.This paper summarizes the research progress of anaerobic multilevel anoxic(AMAO)process；and introduces the research achievements in pollutant removal，parameters optimization，and the research on microbiology.At last the paper shows the existing problems in the current research and the prospect of future development.

anaerobic multilevel anoxic(AMAO)process；research progress；urban sewage

2017-05-05

国家科技重大专项(2014ZX07201-011) 吉林省科技发展计划项目(20150622026JC，20140312001ZG) 吉林省教育厅社会科学研究项目(2014360)

张莉(1994-)，女(汉)，吉林，硕士 主要研究污水处理。

边德军

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.020

X52

A

1009-8984(2017)02-0083-05