3 多級(jí)A/O比A2/O脫氮除磷效果好

多級(jí)A/O工藝以Bardenpho工藝為代表，隨后又衍生出多點(diǎn)進(jìn)水的多級(jí)A/O，如圖3所示。

圖3 典型多級(jí)A/O工藝流程

Bardenpho(圖3a)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反硝化除磷現(xiàn)象。這種工藝在設(shè)計(jì)原理上將脫氮與除磷分隔設(shè)置，通過(guò)前置反硝化方式將污水中大部分氨氮在第一個(gè)好氧池(O1)硝化回流至第一個(gè)缺氧池(A1)而脫氮。第二級(jí)A/O原理上是除磷，即通過(guò)第二個(gè)厭氧池(A2)釋磷、第二個(gè)好氧池(O2)吸磷。然而，這種工藝將進(jìn)水碳源(特別是VFAs)在第一級(jí)A/O中已大部分消耗(A1反硝化、O1碳氧化)，留給第二級(jí)A/O的碳源已所剩無(wú)幾(特別是磷細(xì)菌所必須的VFAs)，因此，磷細(xì)菌在這種情況下難以生長(zhǎng)、繁殖，除磷也就無(wú)從談起。顯然，Bardenpho工藝要想具備同步脫氮除磷功能需要進(jìn)水中的碳源異常充足，在滿足反硝化(A1)和直接碳氧化(O1)的需要后仍有碳源(VFAs)剩余，這樣才能保證A2中磷細(xì)菌對(duì)乙酸的攝取，進(jìn)而使O2產(chǎn)生吸磷作用。

多點(diǎn)進(jìn)水多級(jí)A/O(圖3b)在工藝設(shè)計(jì)上碳源分段進(jìn)入三個(gè)厭氧(實(shí)為缺氧)池，但在“厭”氧池內(nèi)發(fā)生的主要還是常規(guī)反硝化作用。首先，污泥回流中的NO3-首先在A1中反硝化而與磷細(xì)菌搶奪碳源，接下來(lái)O1池硝化產(chǎn)生的NO3-會(huì)進(jìn)入A2，以此類推。結(jié)果，這個(gè)工藝其實(shí)與Bardenpho類似，主要以硝化和反硝化為主，磷細(xì)菌也很難得勢(shì)生長(zhǎng)。

基于之前模擬A2/O時(shí)的相同水質(zhì)、水量以及反應(yīng)池體積，分別對(duì)圖3所示的Bardenpho和三段多點(diǎn)進(jìn)水工藝進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖4所示。顯然，Bardenpho幾乎沒(méi)有除磷作用，多點(diǎn)進(jìn)水工藝稍微存在一些除磷效果，但與A2/O效果簡(jiǎn)直不能同日而語(yǔ)。如果將與A2/O變型為UCT，除磷效果則會(huì)更好。

圖4 A2/O，Bardenpho與多級(jí)A/O工藝出水模擬比較

4 MBR為低氮、磷出水之選

A2/O+膜過(guò)濾(MBR)目前似乎已成我國(guó)污水處理升級(jí)改造的“標(biāo)配”。很多決策者將出水達(dá)標(biāo)和緩解黒臭水體的寶全部“押”在了MBR上。事實(shí)上，MBR對(duì)生物凈化功能(特別是脫氮除磷)的強(qiáng)化作用幾乎沒(méi)有，只是可以聚積較高的生物量而已。相反，曝氣池高的生物量意味著低的排泥量，這對(duì)以排除剩余污泥而產(chǎn)生的生物除磷作用十分不利。況且，膜只能截留不溶解的SS，如果前端吸磷效果不佳，溶解性PO43-將無(wú)法對(duì)其進(jìn)行截留。對(duì)A2/O和UCT模擬結(jié)果顯示，UCT在除磷效果方面遠(yuǎn)好于A2/O，只要保持出水SS在5 mg/L以下，出水TP甚至可以達(dá)到北京地方標(biāo)準(zhǔn)中的A標(biāo)準(zhǔn)(0.3 mg P/L)。而從傳統(tǒng)二沉池出水SS=10 mg/L降低至SS在5 mg/L以下只需傳統(tǒng)砂濾即可奏效。

有關(guān)MBR在能耗、占地、費(fèi)用、清洗等方面的綜合評(píng)價(jià)表明，MBR并不是一種稱得上具有可持續(xù)性的工藝。有鑒于此，荷蘭僅有的幾座MBR工藝在經(jīng)歷了幾年高能耗以及清洗(膜污染)導(dǎo)致的高昂運(yùn)行費(fèi)后已被拆除，繼而回歸傳統(tǒng)活性污泥+砂濾方式工藝。這對(duì)比中國(guó)更加缺地的荷蘭來(lái)說(shuō)實(shí)屬一種明智的選擇。

5 MBBR適合升級(jí)改造

輕質(zhì)懸浮型填料出現(xiàn)使得生物膜技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，人們寄希望于向曝氣池中定向投加懸浮填料，以期在懸浮增長(zhǎng)的生物量(活性污泥)基礎(chǔ)上再獲得1倍以上的增值生物量(生物膜)，這也就促進(jìn)了MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用。理論上講，單位體積內(nèi)的生物量增加，要么可以減少反應(yīng)器的體積，要么可以增加反應(yīng)器對(duì)污染負(fù)荷的處理能力。所以，MBBR應(yīng)用而生。

對(duì)污水處理各種細(xì)菌所需要的生長(zhǎng)環(huán)境來(lái)說(shuō)，填料投入A2/O好氧、缺氧池倍增生物量后可強(qiáng)化碳氧化、硝化、反硝化作用。但將填料投入?yún)捬醭兀豢赡苡兄陬w粒有機(jī)物的水解、酸化作用，并不會(huì)促進(jìn)磷細(xì)菌的倍增，因?yàn)榱准?xì)菌是一種“動(dòng)態(tài)”細(xì)菌，需要順序存在厭氧--缺氧/好氧的環(huán)境下才能生長(zhǎng)。投入?yún)捬醭氐奶盍巷@然難以實(shí)現(xiàn)這種環(huán)境上的需要(僅固守于厭氧池)，所以，磷細(xì)菌不會(huì)像常規(guī)異養(yǎng)菌(OHO)、硝化菌那樣增量繁殖。只有采用向SBR反應(yīng)器中投加填料的方式才有可能同時(shí)獲得PAOs/DPB、OHO和AOB/NOB倍增的機(jī)會(huì)。因此，填料在A2/O等連續(xù)流工藝生物除磷方面強(qiáng)化作用僅局限于水解、酸化，不會(huì)對(duì)磷去除產(chǎn)生明顯改進(jìn)。

筆者進(jìn)行的SBR加填料(德國(guó)Mutag BioChip?;園片型，直徑=22 mm，厚度=1 mm，比表面積>3 000 m2/m3)試驗(yàn)表明，加填料SBR反應(yīng)器近1年后生物膜生物量確實(shí)持續(xù)增長(zhǎng)，最終使該反應(yīng)器內(nèi)的總生物量(生物膜+活性污泥)增加到未加填料SBR反應(yīng)器(僅有活性污泥，MLVSS=1 400~1 800 mg/L)的2.9倍。但兩個(gè)反應(yīng)器對(duì)COD、N和P的去除率幾乎處于相同的處理水平，均能使模擬生活污水(COD=200~400 mg/L，TN=40~80 mgN/L，TP=8~16 mgP/L)達(dá)到國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，并沒(méi)有觀察到兩個(gè)反應(yīng)器在凈化效果上的明顯差別。即使在非穩(wěn)態(tài)工況下運(yùn)行，兩個(gè)反應(yīng)器對(duì)COD、N和P的去除率也沒(méi)有出現(xiàn)明顯預(yù)期差別。

總之，MBBR添加表觀比表面積填料會(huì)有助于生物膜生長(zhǎng)、老化脫落、避免有機(jī)物沉積，產(chǎn)生的生物增加量也有助于生物凈化作用。然而，對(duì)市政污水而言，傳統(tǒng)活性污泥法只要保持3 000~4 000 mg/L的MLSS，對(duì)COD、N、P去除完全可以奏效，用不著額外再去加填料而增加太多的生物量，除非進(jìn)水中各種污染物濃度超高。然而，所添加的填料無(wú)助于生物除磷(像A2/O這樣的連續(xù)流工藝)，反而會(huì)導(dǎo)致懸浮污泥的破碎、細(xì)化，造成二沉困難，最后只得求助于后端膜分離(MBR)來(lái)解決出水SS分離問(wèn)題。這會(huì)使工藝流程延長(zhǎng)而耗能，導(dǎo)致運(yùn)行管理上出現(xiàn)麻煩。

6 結(jié)語(yǔ)

在污水處理升級(jí)改造或新廠建設(shè)方面，業(yè)主、設(shè)計(jì)者往往追求所謂新技術(shù)、新工藝，以至于形成了傳統(tǒng)工藝難以滿足嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的“共識(shí)”。對(duì)市政污水處理來(lái)說(shuō)，脫氮除磷是關(guān)鍵，至于COD需達(dá)超低排放標(biāo)準(zhǔn)(30 mg/L)只是排放標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)制定的問(wèn)題(荷蘭出水COD允許120 mg/L，但BOD5卻要求在1 mg/L;惰性COD進(jìn)入水體不會(huì)耗氧，也不會(huì)對(duì)健康構(gòu)成什么危害)。在脫氮除磷方面，普遍低碳源是我國(guó)污水的特征，但這不等于說(shuō)傳統(tǒng)工藝就不能應(yīng)對(duì)低碳源下的脫氮除磷問(wèn)題。回歸傳統(tǒng)工藝，比如說(shuō)，A2/O特別是UCT，反硝化除磷及側(cè)流磷回收等都可以輕易實(shí)現(xiàn)，完全可棄用前端投加碳源(脫氮)，后端投加化學(xué)藥劑(除磷)的常規(guī)脫氮除磷方式，也不需要無(wú)限延長(zhǎng)流程(多級(jí)AO、后端深V濾池等)，更不需要MBR或MBBR這些無(wú)助于生物除磷的所謂新工藝助力。

編輯：趙凡