柯浪文，陈 轩，周 伟，周少奇，3▲

(1广州市沥滘污水处理厂，广东 广州 510290；2贵州科学院，贵州 贵阳 550001；3华南理工大学 环境与能源学院，广东 广州 510641)

0 引言

AAO工艺是生活污水的常规处理工艺，所研究的污水厂地处北回归线以南，属亚热带季风气候，污水管网系统主要采取合流制，导致进水碳源偏低，碳氮比较低容易导致脱氮效果低下及污泥浓度下降，进而影响传统AAO工艺的脱氮除磷效果[1-2]。进水碳源过低时，通常做法是另投加有机碳源[3-9]。出于节约成本考虑，在不另投加碳源基础上，通过优化AAO工艺主要因素，尽量保证生化系统的脱氮除磷处理能力。

1 工艺概况

1.1 改良AAO工艺简介

污水厂共有1#、2#两条污水处理线，以1#线为例，工艺流程如图1。污水分别进入预缺氧区和厌氧区，然后进入缺氧区，最后进入好氧区，好氧区共有7条廊道。好氧区出水汇合后，经二沉池泥水分离后进入滤池，再经过消毒外排河涌。污泥回流到预缺氧区，混合液回到缺氧区。

图1 改良AAO工艺流程图Fig.1 Flow chart improved AAO process

改良型AAO工艺是在原AAO工艺的基础上增设一个预缺氧段。微生物以进水中的有机物作为碳源，以回流污泥中的硝酸氮作为电子受体进行反硝化，从而消除厌氧段存在大量硝酸盐对厌氧释磷的抑制。通过向预缺氧、厌氧段两点配水，配水比例1∶6，有效平衡碳源需求[10-13]。

1.2 水质情况

该污水厂出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准，出水排入河涌。从表1可知，其设计进水水质和1月实际进水水质差异较大。

表1 设计进水水质与实际进水水质差异Tab.1 Difference between design water quality andactual water quality

按设计进水要求，预设碳氮比为4，预设碳磷比为35，但实际进水COD仅为设计值66%，碳氮比为2.98，碳磷比为23.77。同时进水量不足，实际污泥负荷仅为设计值的58%。实际进水碳源偏低，与设计值相差较大。当进水COD/TN比较低时，由于反硝化所需的电子供体不足，系统脱氮效果降低。当进水C/P比较低时，由于碳源的缺乏不能厌氧充分放磷，系统除磷效果不理想[14-18]。

2 运行参数及运行结果

在实际进水碳源只有设计值66%，TN为设计值88.8%，TP为设计值97.5%，保持好氧DO，使厌氧正常，在19天长泥龄条件下，内回流130%，外回流80%，出水能稳定达标，符合国家一级A排放标准。

表2 各运行参数数据表Tab.2 Operation parameters

表3 改良型AAO进出水水质表Tab.3 Inlet and outlet water quality of improved AAO process

3 实验材料与方法

采样时间为2017年9月至2018年5月，监测采样点为污水总进水口以及出水口。采样频率为每天一次，时间为上午9点，使用采样瓶采集完之后立即送往污水厂水质分析室进行测定。COD、总磷、硝酸盐氮当天测定。

当污水中C/N>3～5时，即可认为碳源充足，勿需外加碳源[19]。实际进水C/N为2.98，进水碳源略低，碳氮比失调。通过长泥龄，利用污泥自身氧化补充碳源。活性污泥自溶释放出来的有机碳称为内碳源，为常规碳源的十分之一[19]。通过内碳源的补充，使系统中实际C/N>3，达到碳氮比最低要求。缺氧段有足够碳源时，增大内回流可以提高脱氮效果。实际进水碳氮比低，内回流越大，带回缺氧段的硝酸盐越多，在碳源不充足条件下，反硝化速率不高，只会增加动力消耗[20-22]。

因进水COD、氨氮低于设计值，氧气利用少，曝气池出水容易DO偏高，回流液携带的DO高，就会导致厌氧段和缺氧段的微氧环境受到破坏。在厌氧段前增加了预缺氧段，克服了传统A2/O工艺的固有弊端，预缺氧段有效反硝化，避免了厌氧段的厌氧环境受到破坏。在预缺氧段，微生物利用从沉砂池输送过来的14%的污水提供的碳源，对来自二沉池的回流污泥中的硝酸盐进行反硝化，将硝氮还原成氮气，消除了回流污泥中硝酸盐对后续厌氧段聚磷菌释磷的干扰，从而保证了除磷效果[23-24]。

4 结果与讨论

4.1 进出水COD关系分析

污泥负荷低，污泥活性弱，抗冲击能力差，COD处理效果易受影响。通过对2017年9月至2018年5月的进出水COD关系分析，得到图2。

图2 进出水COD分析图Fig.2 COD analysis of inlet and outlet water

从图2可知，进水COD在220～250mg/L时，出水COD稳定在12～13 mg/L之间。当COD在250～300 mg/L时，出水COD会随进水有上升变化。当COD小于220 mg/L时，出水COD小于12 mg/L，且不会随进水COD变化而变化。污泥负荷偏低，污泥活性弱。当进水COD在220～250 mg/L，COD碳源总量刚好满足系统活性污泥的需要，剩下12～13 mg/L难生物降解碳源。在当前污泥活性弱情况下，最佳的进水COD为220～250 mg/L。

4.2 预缺氧段分析

通过设置预缺氧区，可以使回流污泥中的硝态氮充分反硝化，尽量减少厌氧段硝氮的存在，避免硝氮对释磷的影响。对DO、进水COD和预缺氧反硝化量进行跟踪，结果如表4。

从图3和表4 可知，当DO为0.36 mg/L、DO为210 mg/L时，反硝化量最大。而DO为0.3 mg/L时，反硝化量较DO为0.36 mg/L时小，是由于受到碳源变小影响。而DO为0.57 mg/L时，反硝化量比DO为0.3 mg/L时的反硝化量要大，是由于碳源变大所致。而COD为180 mg/L时，反硝化量较COD为168 mg/L时小，是由于DO变大的原因。因此，反硝化量受到DO和COD共同影响，碳源被用于反硝化脱氮时提供电子供体，氧抑制硝酸盐还原酶的形成，而反硝化量受进水COD影响更大。故，优化反硝化时，需充分考虑进水COD的影响。

表4 DO、进水COD和反硝化量关系(单位：mg/L)Tab.4 The relationship between DO，influentCOD and denitrification

由表4得出图3。

图3 DO、进水COD和反硝化量关系图Fig.3 The relationship between DO，influent COD and denitrification

4.3 缺氧段分析

聚磷菌分为两部分，反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，反硝化聚磷菌可同时利用氧或硝酸盐作为电子受体。对缺氧区前中末三段取水样检测，结果得到表5。

表5 缺氧区前中末水质(单位：mg/L)Tab.5 Water quality in pre，middle and late stages of anoxic zone

由表5得到图4。

图4 缺氧区前中末水质变化Fig. 4 Change of water quality in pre，middle andlate stages of anoxic zone

从图4可知，缺氧前中末三段，硝氮呈下降趋势，前中段比中末段的下降更快。而COD和TP均有先降后升的现象。缺氧条件下发生的主要反应为反硝化除磷，硝酸盐首先与外碳源发生反硝化反应，同时伴随磷的吸收。待外碳源耗尽时开始利用胞内储存物作为碳源发生反硝化。利用胞内储存物时，活性污泥发生自溶，COD升高的同时，TP也升高。优化碳源，利用内碳源来补充碳源不足时，要注意对TP的影响。

4.4 结论

采用多点进水改良的A2/O工艺取得了较好的脱氮除磷效果，说明在传统A2/O工艺厌氧池前增加预缺氧池，而且经过预处理的污水多点分配进入生化池，可以在低碳源条件下，优化生物脱氮除磷效果。

1)在低碳源的情况下，通过工艺优化，可以确保正常处理效果。

2)污泥负荷低，污泥活性弱时，存在最佳进水COD。该厂目前最佳的进水COD为220～250 mg/L。

3)硝氮削减受到DO和COD共同影响，反硝化量受进水COD影响更大，优化反硝化时应充分考虑进水COD的影响。

4)优化利用胞内储存物时，活性污泥发生自溶，COD升高的同时，TP也升高。