何國富¹， 張 波^２，華光輝³， 周增炎¹
（1.同濟大學 環境工程學院，上海 200092；2.山東省環保局，山東濟南 250000；
3.?Department of Civil and Environmental Engineering,University of Massachusetts,Amherst,MA01003 ,USA）

　　摘　要：針對AB法的運行特點及在脫氮除磷方面的局限性，采用了外加碳源、間歇曝氣等措施來強化AB法的脫氮除磷功能。小試結果表明，僅利用廠內碳源(即將A段部分污泥回流到間歇曝氣池)仍不能實現滿意的除磷效果，同時從廠外引入碳源(投加乙酸鈉或引入高濃度啤酒廢水)則系統的脫氮除磷效果將有較大的改善。
　　關鍵詞：AB法；間歇曝氣；脫氮除磷；碳源
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0012-04

Study on the Enhanced AB Process for Removal of Phosphorus and Nitrogen
He Guo-fu¹， Zhang Bo²， Hua Guang-hui³， Zhou Zeng-yan¹
(1.School of Environmental Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;? 2.Shangdong Provincial Environmental Protection Bureau,Jinan 250000,China ;3.Department of Civil and Environmantal Engineering, Univers ity of Massachusetts,Amherst,MA01003 USA)

　　Abstract：In response to the operating characteristic of AB process and its limitation in
removal of phosphorus and nitrogen,AB process was enhanced by dosing carbon sources and using intermittent aeration.The test result showed that enhanced biological removal of phosphorus couldn‘t be achieved in the system only by utilizing the carbon sources in the system (sludge was kept in A-stage and part o f sludge was returned to intermittent aeration tank);while the desirable removal of phosphorus and nitrogen could be obtained by introducing carbon sources out of the system (by means of sodium acetate dosing and introduction of high strength brewery wastewater).
　　Keywords:AB process; intermittent aeration; biological nitrogen and phosphorus removal; carbonsources

　　由于AB法不具備脫氮除磷功能^［1］，因此國內數家已采用AB工藝的城市污水處理廠客觀上要求進行適當的改進以使出水氮、磷達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的二級標準。迄今為止，大多數的做法是將B段改進為A/O或A²/O生物脫氮除磷工藝，或輔以物化除磷措施。這些改造方法通常需對原有設施進行不同程度的改建或擴建，故投資較大。而間歇曝氣工藝是在對傳統活性污泥法的改造實踐中發展起來的一種脫氮除磷工藝(其顯著特點是流程簡單，硝化、反硝化、釋磷、吸磷過程可在同一反應池內完成)，采用該工藝進行改造時原有設施可不作變更，只需定時供氣、停氣或數組曝氣池通過閥門的交替切換輪流供氣，在實現脫氮除磷的同時可達到有效利用原有設施和降低改造成本的目的^［2］。
　　在前期研究成果的基礎上擬采用間歇曝氣和從增加進水碳源入手探討強化AB法脫氮除磷功能的可行性。

1 試驗裝置

　　試驗在青島海泊河污水處理廠(采用AB法)進行。以粗格柵后的渠道進水為原水，經貯水箱后由微型計量泵送入A段曝氣池(取水管頭部設置網罩)。接種污泥取自青島李村河污水處理廠( 采用改良的A/O工藝)。小試裝置如圖1所示。
　　進水為連續流，流量為3.3L/h。A段曝氣池設計HRT為0.5h；將B段曝氣池改為間歇曝氣池，出水口分別按HRT為6、8、10h設計，增氧泵由時間繼電器控制啟閉以實現間歇曝氣，同時B段設機械攪拌槳進行連續攪拌；中間沉淀池和二沉池均采用豎流式，設計HRT分別為1.5h和4.2h。

2 結果與討論

　　各工況的運行條件及試驗結果見表1。

表1 各工況運行條件和試驗結果 運行工況 工況1 工況2 工況3 工況4 工況5 工況6 工況7 工況8 曝氣方式 曝氣3 h，
停氣3 h 曝氣3 h，
停氣3 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣3 h，
停氣5 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣4 h，
停氣4 h B段HRT(h) 10 10 8 10 10 8 10 8 B段泥齡(d) 8 8 10 8 8 10 8 10 回流比(%) A段 100 100 100 100 100 100 100 100 B段 150 150 100 100 100 100 100 100 內循環比(A～B)(%) 　 65 65 65 65 65 65 65 MLSS(mg/L) 2.24 2.55 3.76 3.11 3.66 4.54 3.33 4.33 DO(mg/L) 3.2 3.1 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.3 溫度(℃) 25 26 26 28 28 29 29 29 COD 進水(mg/L) 571 *496 728 830 *500 797 678 671 出水(mg/L) 70.4 53.2 52.4 45.8 30.4 38.7 39.8 46.8 去除率(%) 87.7 89.2 92.8 94.5 93.9 95.1 94.1 93.0 NH₃-N 進水(mg/L) 63.2 58.2 47.9 32.7 32.5 36.4 39.8 36.4 出水(mg/L) 11.0 5.6 5.42 3.86 4.10 3.85 3.8 9.2 去除率(%) 82.6 90.4 88.7 88.2 87.3 89.4 90.5 74.7 TN 進水(mg/L) 77.4 75.7 61.2 42.58 37.6 43.3 45.3 46.8 出水(mg/L) 31.8 16.0 19.2 8.07 8.30 7.25 8.34 12.6 去除率(%) 58.9 78.9 68.6 81.0 77.9 83.3 81.6 73.1 PO₄^3--P 進水(mg/L) 6.86 6.42 7.08 7.82 6.50 5.75 7.25 7.00 出水(mg/L) 5.77 5.55 5.08 1.63 0.78 0.85 2.25 1.10 去除率(%) 15.9 13.6 28.2 79.2 88.0 85.2 69.0 84.3 進水TN/COD 1∶7.4 1∶6.6 1∶12 1∶20 1∶13 1∶19 1∶15 1∶14 進水PO₄^3--P/COD 1∶83 1∶77 1∶102 1∶106 1∶77 1∶138 1∶94 1∶96 　　 注： ① 工況1進水為原水，中間沉淀池未向間歇曝氣池回流污泥；②工況2進水為原水，同時從中間沉淀池向間歇曝氣池回流污泥；③ 工況3進水為經物化除磷后的污泥與原水按為1∶70的體積比混合而成；④工況4、5、6是向進水中投加乙酸鈉以提高有機物濃度；⑤工況7、8是向進水中投加啤酒廢水以提高有機物濃度。⑥標有*的COD為溶解性COD。

2.1 僅利用廠內碳源
　　該階段試驗的運行參數和結果見表1中工況1、2、3。工況1中若考慮A段對有機物的去除(去除率為50%)，則B段進水的COD/TN值為3.7，BOD₅/COD值為0.48，BOD₅/TN值為1.78，而理論上BOD₅/TN≥2.86才能保證反硝化反應的順利進行^［3］，故此時進水的C/N值過低，碳源無法滿足脫氮的需求。另外由于污水廠A段曝氣池能有效去除有機物，致使B段進水COD值偏低也是反硝化碳源不足的一個重要原因。在這種水質條件和運行參數下難以獲得較高的脫氮效率。
　　工況2與工況1相比，多了一套將污泥從A段引入間歇曝氣池(B段曝氣池)的循環系統，這樣反硝化效果就好得多，說明A段曝氣池的剩余活性污泥是一種有效的碳源，對緩解脫氮除磷的碳源矛盾起一定的作用(這與A段對有機物的去除主要靠吸附作用有關)。工況3對TN的去除率較高(68.6%)，原因是將消化池進泥經物化除磷處理后按一定比例回流到進水水箱，故進水COD較高(700mg/L)，同時將部分A段污泥引入B段也在一定程度上緩解了碳源不足的矛盾，結果出水NOx-N比工況1減少8mg/L左右，對TN的去除率比工況1提高了10%左右。
　　對于PO₄^3--P而言，工況1對其的去除率為15.9%，工況2、3對其的去除率均低于30%(沒有實現生物強化除磷)。
　　為了探討間歇曝氣工藝的脫氮除磷機理，在每一曝氣、停氣周期內定時從間歇曝氣池中取出混合液，經過濾后測定NOx-N和PO₄^3-P的變化。
　　從測定結果可知，雖然增加間歇曝氣池進水的碳源可部分緩解系統碳源不足的矛盾并提高對ＴＮ的去除率，但出水NOx-N仍偏高，碳源仍顯不足，致使系統在停氣期厭氧狀態而不具備過度吸磷條件。工況3較工況1、2對PO₄^3--P的去除率提高了15%左右，這主要與工況3的污泥濃度較高有關。
　　上述試驗結果表明，以污水廠的實際進水為原水，小試裝置能有效去除有機物且達到了良好的硝化效果；但由于試驗進水的有機物含量和C/N值偏低，碳源無法滿足脫氮的需求，致使反硝化作用不充分，停氣階段達不到厭氧狀態，系統無法實現生物強化除磷。將小試系統部分A段污泥回流到間歇曝氣池(工況2)使TN去除率有較大的提高，但停氣階段后期的NOx-N濃度仍較高，沒有實現完全厭氧狀態，系統仍不具備生物強化除磷功能。這說明對于AB法，將部分A段污泥引入間歇曝氣池是一種緩解系統碳源不足、強化脫氮的有效方法，而且它還能減少污泥處理量，但僅采取這種措施不能同時滿足脫氮除磷對碳源的要求，需與其他措施相結合。
2.2 以乙酸鈉作外碳源
　　此階段試驗的運行參數和結果見表1中的工況4、5、6。NH₃-N和PO₄^3--P在一個曝氣、停氣周期內的變化情況見圖2、3。

　　①曝氣方式
　　不等時曝氣、停氣(工況4)和等時曝氣、停氣方式(工況5、6)對間歇曝氣池各水質指標產生了較大的影響。
試驗中工況4的COD波動范圍較大，出水穩定性比工況5、6差。在停氣過程中由于硝化菌的硝化作用受抑制，NH₃-N濃度隨停氣時間的延長而逐漸上升，而停氣段過長將影響系統出水水質，工況4中NH₃-N隨時間的變化印證了這一點。
　　從PO₄^3--P隨時間的變化看，工況4中聚磷菌好氧3 h時超量吸磷能力沒完全發揮便進入對吸磷不利的缺氧段，然后厭氧釋磷系統雖然存在明顯的釋磷、吸磷現象，但出水PO₄^3--P仍然偏高；而工況6的吸磷能力則得到了充分發揮，聚磷菌在好氧段的前2h內已將PO₄^3--P降低到極低水平(＜0.2mg/L)并一直維持到缺氧段結束，然后轉入厭氧釋磷，其厭氧釋磷的速度也相當快。
　　綜合以上分析，等時曝氣方式在對COD、NH₃-N及PO₄^3--P的去除方面優于不等時曝氣方式。需要指出的是，選擇曝氣方式需根據具體水質而定，一般情況下不要使停氣時段超過曝氣時段。
　　② 污泥回流比
　　污泥回流比大則回流中帶入的NO₃-增多。在停氣時段一定的條件下，缺氧段愈長則厭氧段愈短，但在一定范圍內厭氧段越長對除磷越有利，故回流比降低利于除磷。同時，為了保證間歇曝氣池中污泥濃度和硝化反應的正常進行，回流比應保持在一定范圍內(回流比≥100%)。
　　③ HRT和泥齡
　　HRT和泥齡不同，則污泥濃度和污泥負荷會有較大差別，運行結果也就不相同。通常泥齡延長，污泥濃度上升，利于硝化菌生長和在污泥中取得優勢地位，但生物強化除磷主要是靠排除富磷剩余污泥來實現，且聚磷菌世代期較短，在一定范圍內縮短泥齡有利于生物除磷，同時考慮到上述相互矛盾的兩方面，故常控制泥齡在8～12d。
　　試驗前期的研究結果表明，B段HRT為6h太短，不能同時滿足硝化、反硝化、吸磷、釋磷的要求。本試驗將HRT增為8h或10h，運行結果表明HRT為8h即可達到滿意的脫氮除磷效果。
　　試驗表明，進水中C/N值是影響強化AB法脫氮除磷功能的決定性因素之一，而厭氧環境則是生物強化除磷的先決條件之一。在碳源充足時采用間歇曝氣以強化AB法脫氮除磷功能是可行的，小試裝置出水能達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的二級標準，且對TN 和PO₄^3--P的去除率均在80%以上。
2.3 以啤酒廢水作外碳源
　　現階段城市污水廠靠投加外碳源來 強化其脫氮除磷功能的可行性不大，能否利用易降解的高濃度有機工業廢水(如啤酒廢水)為碳源，使其不經處理或僅經預處理便引入城市污水廠以提高進水COD濃度值得進行一定的研究。
　　試驗開始時，向進水水箱中投入少量啤酒廢水，以后逐日增加啤酒廢水投量。約兩周后使混有啤酒廢水的進水COD達到700 mg/L左右，繼續穩定運行一段時間開始正式試驗，即工況7、8的試驗(結果見表1)。
　　從表1可見，以啤酒廢水為外碳源是有效的，但對磷的去除效果仍不夠理想。

3 結論

　　① C/N值是影響采用間歇曝氣措施以強化AB法脫氮除磷功能的決定性因素之一，在碳源充足的情況下采用這一措施是可行的。?　② 將部分A段污泥引入間歇曝氣池和將硝化池進泥經物化除磷后與原水按一定比例混合作為進水是緩解系統碳源不足、強化脫氮的有效手段，能夠提高系統對TN的去除率，但它們都不能同時滿足脫氮除磷對碳源的要求，要徹底解決脫氮除磷的碳源不足問題，僅從污水廠內部考慮碳源是不夠的。
　　③ 以啤酒廢水為外碳源是有效的，但應同時考慮除磷的對應措施。
　　④ 適當延長間歇曝氣池(B段曝氣池)的HRT是必要的。
　　⑤ 厭氧環境是強化生物除磷的先決條件之一，應進一步探討厭氧歷時和泥齡對除磷的影響。

參考文獻：

　　［1］何國富.AB法工藝的運行特點及局限性［J］.青島建筑工程學院學報，2001，11(5)：23-26.
　　［2］錢易，米祥友.現代廢水處理新技術［M］.北京：科學技術出版社，1993.
　　［3］鄭興燦，李亞新.污水除磷脫氮技術［M］.北京：建筑工業出版社，1998.

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　　作者簡介：何國富(1975-)，男，湖北黃崗人，同濟大學在讀博士生，研究方向為水污染控制。
　　電　　話：(021)65985972
　　E-mail: heguofulz@163.com
　　收稿日期：2002-02-26