姚彬 張幼珍 劉至嘉
（上海松江污水處理廠）

1　概述

　　A/O工藝的傳統(tǒng)概念是：污水中含氮化合物在曝氣池O段內(nèi)被氧化為硝酸鹽，通過(guò)回流把含大量硝酸鹽的O段出水和二沉池底泥回流到A段，利用進(jìn)水中的碳源進(jìn)行反硝化脫氮。其工藝簡(jiǎn)圖為：

　　總氮去除率與回流比的簡(jiǎn)略計(jì)算(1)（假定含氮化合物在O段100%氧化為硝酸鹽；假定硝酸鹽在A段100%被反硝化去除；并忽略細(xì)菌同化合成去除的氮），其算式為：

　　η=［(Rm+Rs)·Q］/[Q+(Rm+Rs)·Q]=(Rm+Rs)/[1+(Rm+Rs)]　　　　　（1-1）
　　式中：η 系統(tǒng)的總氮去除率（%）
　　　　　Rm 混合液回流比（%）
　　　　　Rs 二沉池污泥回流比（%）
　　　　　Q 進(jìn)水流量（m3/d）

　　由式1-1可見：要使系統(tǒng)的總氮去除率達(dá)到75～80%，總回流比（Rm+Rs）需達(dá)到300～400%。
　　為避免大量的底部回流對(duì)二沉池工作穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，傳統(tǒng)A/O工藝均設(shè)置兩套回流系統(tǒng)，即在設(shè)二沉池底部污泥回流（外回流）系統(tǒng)之外，在曝氣池出口再加設(shè)混合液回流（內(nèi)回流）系統(tǒng)。外回流回流比一般為50～100%，內(nèi)回流比一般為200～300%。設(shè)備多，運(yùn)行電耗大。本次研究著眼于簡(jiǎn)化A/O工藝，減少回流系統(tǒng)，降低回流比。

2　二沉池底泥回流率對(duì)二沉池工作影響的研究。

　　加大二沉池底泥回流率，雖出水量不變，但必然加大二沉池的進(jìn)水量和排泥造成的擾動(dòng)，可能對(duì)二沉池的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
　　在與同濟(jì)大學(xué)等單位合作的《城市污水生物脫氮除磷的研究》中，曾在中試規(guī)模的二沉池中，對(duì)不同底部回流比時(shí)，二沉池SS濃度場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)定。（2）中試二沉池為平流式，池長(zhǎng)6.0米，寬1.35米，有效水深1.9米，縱向兩個(gè)泥斗，斗深1.0米，斗底設(shè)潛污泵排泥回流。測(cè)定時(shí)二沉池表面負(fù)荷1.23m3/m2·hr。在回流比R=1.5、2.5、3.5時(shí)，二沉池內(nèi)SS的等濃度曲線見圖2（a）（b）（c）。

　　由圖2可見，二沉池內(nèi)的等濃度曲線，雖回流比不同，但都呈水平狀態(tài)，說(shuō)明二沉池屬成層（擁擠）沉降狀態(tài)。二沉池的泥面（SS=1.0克/升）在不同回流比條件下，均在水面下0.6～0.7米處，每種回流比均運(yùn)行二次，每次15天，實(shí)測(cè)出水SS均小于20mg/L，說(shuō)明工作都很穩(wěn)定。等濃度曲線在回流點(diǎn)上方有下垂現(xiàn)象，回流比越大，下垂越明顯，說(shuō)明增大回流比，僅此使回流污泥下降，無(wú)污泥紊動(dòng)上翻現(xiàn)象。
　　以上測(cè)定結(jié)果證明，加大二沉池底部回流，即使回流比達(dá)350%，對(duì)二沉池的工作穩(wěn)定性和出水SS均無(wú)影響。故A/O工藝中，只用一套回流系統(tǒng)，通過(guò)增加外回流來(lái)代替內(nèi)回流是可行的。

3　曝氣池好氧區(qū)同步反硝化作用的研究

　　上海松江污水廠的A/O曝氣池，采用高濃度活性污泥法，MLSS控制在4～6克/升，MLVSS 控制在2.5～4.2克/升。好氧區(qū)在運(yùn)行中經(jīng)多次測(cè)定，均發(fā)現(xiàn)存在明顯的同步反硝化現(xiàn)象。
　　表1和圖3為某次較具代表性的曝氣池好氧區(qū)分段測(cè)定結(jié)果。測(cè)點(diǎn)1、2、3、4分別為好氧區(qū)進(jìn)口、1/3處、2/3處和出口。

表1 曝氣池好氧段各點(diǎn)溶解性氮濃度（mg/L） 測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 有機(jī)氮 4.55 3.50 1.03 0.66 NH3-N 14.5 8.70 3.42 1.14 NO2-N 0.3 0.16 0.13 0.06 NO3-N 0.25 3.62 7.15 8.36 TKN 19.05 12.20 4.45 1.80 TN 19.60 15.98 11.73 10.22

注：表中有機(jī)氮濃度由（TKN）－（NH3-N）計(jì)得
TN由（TKN）+（NO2-N）+ （NO3-N）計(jì)得
其他數(shù)據(jù)為混合液過(guò)濾后實(shí)測(cè)

　　測(cè)定時(shí)，總進(jìn)水口TKN為54.2mg/L，總進(jìn)水量39300m3/d，回流比為116%，好氧段水力停留時(shí)間10.9小時(shí)，曝氣池MLSS 5.2克/升，泥齡20天左右。
　　由表2和圖3可見，經(jīng)缺氧段的反硝化作用，進(jìn)入好氧段時(shí)，硝酸鹽濃度僅0.25mg/L。污水中的氮主要是以氨氮和有機(jī)氮形式進(jìn)入好氧段，在好氧段中被氧化和硝化，故濃度逐漸下降，同時(shí)硝酸鹽明顯上升，出口處達(dá)8.36mg/L。
　　按傳統(tǒng)觀念，在好氧段中，除微生物細(xì)胞合成之外，總氮不會(huì)明顯變化。實(shí)測(cè)結(jié)果是：總氮TN濃度在好氧段內(nèi)出現(xiàn)了明顯的下降。由進(jìn)口19.6mg/L下降到出口10.22mg/L。按泥齡和排泥量計(jì)算，由細(xì)胞合成隨剩余污泥排出的氮量，使好氧段的總氮降低4.41mg/L。其差額19.6-10.22-4.41=4.97mg/L的氮只能是通過(guò)同步反硝化作用從污水中逸出，進(jìn)入大氣。同步反硝化去除的氮占進(jìn)入好氧段總氮的25.3%。好氧段氮平衡見圖4。

表2 上海松江污水處理廠脫氮運(yùn)轉(zhuǎn)水質(zhì)匯總表 年/月 日處理水量(m³/d) 平均回流比(%) BOD₅ COD_cr TKN NH₃-N NO₂^--N NO₃^--N TN 曝氣池
MLSS
(mg/L) 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 00/3 38600 118 372±224 15.0±6.6 1045±590 57.4±12.0 76.5 4.4 20.7±4.4 3.1±3.8 0.03±0.02 0.06±0.06 1.3±0.4 8.2±2.2 77.8 12.7 3972±814 00/4 37100 123 344±160 16.1±6.3 1035±589 73.9±11.5 58.9 9.2 25.6±3.5 8.7±4.9 0.04±0.02 0.08±0.03 1.2±1.1 4.5±3.2 60.1 13.8 4629±578 00/5 33300 137 223±105 4.5±10.4 556±320 62.0±26.5 51.7 11.1 27.4±6.0 110.6±13.6 0.04±0.03 0.34±0.31 2.0±2.6 8.0±4.1 53.7 19.4 63891±613 00/6 34900 131 199±70 8.0±5.3 617±352 51.4±23.6 60.8 2.2 21.5±3.5 1.5±1.0 0.05±0.03 0.13±0.07 1.6±2.7 8.9±1.2 62.5 11.2 5785±905 00/7 34300 133 211±57 8.5±5.2 756±283 56.6±17.4 64.5 2.2 22.4±3.4 1.5±1.1 0.02±0.03 0.08±0.07 0.9±0.1 9.1±1.3 65.5 11.4 1967±485 00/8 38950 117 212±83 8.4±5.2 803±337 51.1±19.5 61.2 2.0 20.4±4.9 1.1±0.9 0.03±0.01 0.02±0.01 0.5±0.5 10.3±1.5 61.7 12.3 4396±575 00/9 37000 123 189±61 9.7±3.8 609±376 49.1±13.7 55.8 1.4 19.9±3.4 0.9±0.6 0.01±0.03 0.04±0.03 1.0±0.7 9.4±1.8 56.8 10.8 4049±510 00/10 38300 119 163±49 8.1±4.4 373±107 54.0±15.7 46.3 1.5 19.7±2.8 0.9±0.6 0.03±0.03 0.09±0.08 1.6±1.1 8.3±2.1 47.8 9.9 4434±411 00/11 37600 121 177±81 8.7±6.8 465±169 53.8±16.3 45.1 1.4 20.9±4.3 0.8±0.5 0.02±0.02 0.02±0.02 1.2±0.5 9.1±1.1 46.3 10.5 4825±403 00/12 39850 115 202±89 9.5±6.2 575±334 50.6±13.9 44.7 1.7 19.6±5.1 1.2±1.1 0.04±0.03 0.05±0.04 1.4±1.2 9.3±2.9 46.1 11.0 4487±682 01/01 37500 122 236±54 10.5±4.9 767±283 57.5±14.1 65.2 2.0 19.8±4.4 1.4±0.9 0.09±0.07 0.06±0.02 0.9±0.5 10.0±1.9 66.2 12.1 4401±430 01/02 38650 118 291±131 11.7±5.7 1014±565 51.5±15.0 54.8 7.1 21.0±4.7 6.0±3.9 0.06±0.03 0.06±0.02 1.7±2.6 5.5±2.2 56.5 12.7 5092±636

注：表內(nèi)TN值為（TKN）+（NO2-N）+（NO3-N）值之和。TKN因數(shù)據(jù)較少，只計(jì)均值。
其余數(shù)據(jù)均由每日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而得。

　　好氧段的同步反硝化作用在中德合作《城市污水生物脫氮除磷的研究》中曾多次發(fā)現(xiàn)和利用，并應(yīng)用該原理進(jìn)行了《低氧曝氣污水脫氮》的課題研究。（3）原理解釋是：微觀活性污泥顆粒，外層是好氧微生物，而內(nèi)層因氧傳遞的濃度梯度的作用出現(xiàn)低氧或缺氧層。硝酸鹽在污泥顆粒的內(nèi)層部分被反硝化。產(chǎn)生同步反硝化的條件是：活性污泥濃度較高，溶解氧在2mg/L以下。
同步反硝化在A/O工藝中具有重要意義。由圖4的氮平衡圖可見，進(jìn)入好氧段的TN，經(jīng)排泥帶出和同步反硝化逸出，去除了將近一半。好氧段出水的硝酸鹽濃度比傳統(tǒng)理論降低了近一半，故回流比可大大減小。以本次測(cè)定的結(jié)果為例，回流比僅116%，氮的總?cè)コ剩ú挥?jì)二沉池中的反硝化）（54.2-10.2）/54.2=81.2%，出水TN 10.22mg/L，優(yōu)于GB8978-1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（TN不大于15 mg/L）的指標(biāo)。同樣，充分發(fā)揮好氧區(qū)的同步反硝化作用，可大大減少A/A/O工藝中硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的影響，回流比也可相應(yīng)減小。

4　實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果

　　上海松江污水廠二期工程，A/O曝氣池容積25000m3，其中缺氧段占25%。二沉池為四座直徑35米的幅流式沉淀池。只設(shè)二沉池底泥回流，無(wú)混合液回流系統(tǒng)。
　　進(jìn)水水質(zhì)較濃，特別是接納了部分禽畜場(chǎng)污水，TKN和有機(jī)氮較高。2000年全年的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果匯總于表2。
　　長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐證明，A/O系統(tǒng)只用二沉池底泥回流，回流比115～140%，雖進(jìn)水濃度較高，出水水質(zhì)仍較好（2000年5月份因設(shè)備調(diào)整運(yùn)行不正常），BOD5去除率95%左右，出水CODcr小于60，出水總氮小于15，優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。總氮去除率80%左右。運(yùn)行也較穩(wěn)定。

5　結(jié)論

　　通過(guò)試驗(yàn)和長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)證明：
　　（1）A/O工藝不用混合液回流（內(nèi)回流），只用外回流，通過(guò)二沉池底泥回流來(lái)完成全部回流，對(duì)二沉池工作的穩(wěn)定性無(wú)影響。故A/O工藝設(shè)施可簡(jiǎn)化。
　　（2）控制曝氣池DO和MLSS，充分發(fā)揮好氧區(qū)同步反硝化作用，A/O工藝的回流比可降低到120～150%，從而降低污水廠的運(yùn)行費(fèi)用。
　　（3）同步反硝化的機(jī)理和條件值得進(jìn)一步研究和利用。

參考文獻(xiàn)

　　1 錢易 米祥友.“現(xiàn)代廢水處理新技術(shù)”，中國(guó)科技出版社
　　2 畢學(xué)軍 劉至嘉等。《城市污水生物脫氮除磷A/A/O工藝中試研究》 同濟(jì)大學(xué)-達(dá)姆斯達(dá)特大學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，1997年
　　3 朱曉軍 高廷耀等.《低氧活性污泥法脫氮除磷工藝生產(chǎn)性研究》 同濟(jì)大學(xué)-達(dá)姆斯達(dá)特大學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，1997年