崔 涛 张 博 石 诚

(西安净水处理有限责任公司，陕西 西安 710024)

0 引言

随着人口数量的不断增加和城市化进程的大力推进，城市水资源的匮乏和污染情况日益严重，由于城市水资源的供给主要包括自然水资源供给和污水回收处理后出水供给，而自然水资源有限，所以对于城市污水处理的工艺和技术提出了越来越高的要求[1]。目前，大多数城市污水处理厂仍采用传统的活性污泥法工艺进行城市污水处理，该工艺也被称为A2O工艺。经过传统A2O工艺处理后的供给水虽然能够满足国家排放标准，但由于脱氮效率低，能耗较高，导致目前的污水处理并没有真正的解决水资源污染问题，而是将水资源污染转化为更多的海水污染和土地污染。因此，有必要利用一些化学技术针对A2O工艺中的部分流程进行改良，以提高传统A2O工艺的处理效率，降低其能耗。本文将利用厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation，Anammox)技术改进传统A2O工艺，并针对性地分析了该改良工艺的优势[2]。

1 传统A2O工艺及其缺点

1.1 传统A2O工艺流程

相关数据显示，首次采用A2O工艺的城镇污水处理厂始建于1956年，经过多次技术和工艺流程改良，在针对污水进水量变化大、水质复杂的情况下，仍能保证总磷、总氮等出水水质指标满足国家排放指标要求，因此仍是现阶段主流的脱氮除磷污水处理技术和工艺。传统的A2O工艺主要包括污水处理和污泥处理两条工艺流程，其中污水处理是通过水体和其他不同物质质量密度进行沉淀分层处理，通过加注一定化学药物进行处理，使污水能够快速浓缩成污泥，之后将脱水填埋[3]，主要处理过程在格栅沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池和消毒池中完成，其中在初沉池和消毒池中分别加入药剂。污泥处理是在污泥形成以后，采用厌氧消化通过厌氧消化产生气热电联，在污水处理的过程当中，一边产生电能一边产生热能，电能可以用于污水厂内部使用，热能可以用于污泥的加热风干，将已经完成脱水的污泥应用于农林业工作，具体流程如图1所示。

1.2 传统A2O工艺的优劣势分析

传统的A2O工艺由于其工艺处理效率能达到总氮70%以上、总磷90%左右，所以目前应用最为广泛，主要应用在要求脱氮除磷的大中型城镇污水处理厂，具有以下几点优势：

1)工艺流程简单，总水力停留时间最小；

2)污水处理过程中由于缺氧和厌氧交替进行，丝状菌不会大量繁殖，污泥不会膨胀，污泥体积指数一般低于100；

3)通常情况下，处理之后的污泥磷和氮的含量较高，适合当作肥料应用于农林生产。

除了上述优势，传统A2O工艺还存在一些比较明显的问题，例如基建费和运行费用较高，运行管理要求高，脱磷脱氮效果难以进一步提高，其中最为显著的缺点是脱氮效果差，也是本文研究的重点。通常情况下，城市污水氨氮浓度较低，而传统的A2O工艺在低氨氮条件下难以形成对亚硝酸盐氧化菌的抑制，不易形成稳定的亚硝化反应，导致脱氮效率低，而氨氮是国家要求的污水处理厂出水水质指标之一，所以为了满足国家所制定的排水水质指标标准，许多采用传统A2O工艺的城市污水处理厂需要使用大量的化学药剂来提高污水处理中的脱氮效果，导致电力消耗和化学药剂消耗增加，同时由于大量化学药剂的使用会导致污水当中出现污泥量提高，对于污泥处理所需要的运营能耗会同步增加，从而进一步增加了污水处理过程中的能耗。因此，传统的A2O工艺脱氮效率低，能耗较大[4]。

2 基于Anammox技术的新型A2O工艺及其优势

2.1 基于Anammox技术的新型A2O工艺

基于Anammox技术的新型A2O工艺根据处理步骤的不同可以分为亚硝酸处置工艺和全自氧脱氨处置工艺，本文所介绍的新型A2O工艺主要是应用亚硝酸处置工艺[5]。该工艺包括两个环节：亚硝化处置环节和厌氧氨氧化反应环节，具体表现在工艺流程上的改进是在图1所示的传统A2O工艺流程的基础上使用厌氧池、好氧池和厌氧氨氧化池替代曝气池，如图2所示。

从图2中可以看出，厌氧池位于初沉池之后，与好氧池配合完成亚硝化处置环节，在该反应池中将污水中50%的氮、氨原酸变成亚硝态氮，反应形成的亚硝态盐是一种碱性物质，能和厌氧水形成的重碳酸盐产生反应，实现酸碱中和，其中厌氧池内部安装有搅拌器和pH在线调节检测器，外部安装有保温夹层，好氧池内则有曝气系统，为微生物提供充足的溶解氧；厌氧氨氧化池处是完成厌氧氨氧化反应环节的反应池，通过在该反应池中加入厌氧氨氧化菌把污水里多余的氮氨元素以及亚硝化环节中获得的亚硝态氨变成氨气，从而加强了脱氮性能，节约了能耗，有效的解决了传统A2O工艺脱氮效率不足的问题[6,7]。

2.2 新型A2O工艺的优势

基于Anammox技术的新型A2O工艺由于其工艺流程的原因，既具有传统A2O工艺的优点，也能够解决传统A2O工艺的问题，例如新型A2O工艺利用率高，减少药剂投入量，运行管理成本较低等，其中最为显著的是优势新型A2O工艺流程可以有效解决传统A2O工艺流程中脱氮效率低的问题，针对低氨氮含量的城市污水处理也同样适用，相关研究显示，基于Anammox技术的新型A2O工艺可以去除低氨氮废水中94%的NH3-N，对于NO3-N的去除效果更佳。基于Anammox技术的A2O工艺由于其高效的脱氮性能，不仅适用于城市污水处理，也适用于牲畜养殖污水处理、污泥液废水处理，以及其他低氨氮废水处理场景中。

另一方面，城市污水处理厂的能耗指标主要有电力消耗，化学药剂消耗，人力消耗，设备消耗等等，由于基于Anammox技术的A2O工艺可以减少传统A2O工艺流程由于增加药剂而带来的化学药剂消耗和电力消耗，有效降低了污水处理厂的能耗，而且新型A2O工艺流程可以综合利用污水中的能源，尽可能的实现能源与矿物质回收再利用，降低了传统工艺流程对于环境的影响[8]。

3 结语

本文总结分析了传统的城市污水处理工艺——A2O工艺的劣势，主要体现在脱氮性能差、处理效率低，能耗高等方面。在此基础上，针对性的提出了基于Anammox技术的新型A2O工艺，改良了A2O工艺的处理流程，并通过理论分析了新型A2O工艺能够有效解决传统A2O工艺脱氮效率低、能耗高的问题，具有一定的理论价值和实践意义。