姚彬 張幼珍 劉至嘉
（上海松江污水處理廠）

1　概述

　　A/O工藝的傳統概念是：污水中含氮化合物在曝氣池O段內被氧化為硝酸鹽，通過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，利用進水中的碳源進行反硝化脫氮。其工藝簡圖為：

　　總氮去除率與回流比的簡略計算(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 系統的總氮去除率（%）
　　　　　Rm 混合液回流比（%）
　　　　　Rs 二沉池污泥回流比（%）
　　　　　Q 進水流量（m3/d）

　　由式1-1可見：要使系統的總氮去除率達到75～80%，總回流比（Rm+Rs）需達到300～400%。
　　為避免大量的底部回流對二沉池工作穩定性產生影響，傳統A/O工藝均設置兩套回流系統，即在設二沉池底部污泥回流（外回流）系統之外，在曝氣池出口再加設混合液回流（內回流）系統。外回流回流比一般為50～100%，內回流比一般為200～300%。設備多，運行電耗大。本次研究著眼于簡化A/O工藝，減少回流系統，降低回流比。

2　二沉池底泥回流率對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水量和排泥造成的擾動，可能對二沉池的工作穩定性產生影響。
　　在與同濟大學等單位合作的《城市污水生物脫氮除磷的研究》中，曾在中試規模的二沉池中，對不同底部回流比時，二沉池SS濃度場進行了測定。（2）中試二沉池為平流式，池長6.0米，寬1.35米，有效水深1.9米，縱向兩個泥斗，斗深1.0米，斗底設潛污泵排泥回流。測定時二沉池表面負荷1.23m3/m2·hr。在回流比R=1.5、2.5、3.5時，二沉池內SS的等濃度曲線見圖2（a）（b）（c）。

　　由圖2可見，二沉池內的等濃度曲線，雖回流比不同，但都呈水平狀態，說明二沉池屬成層（擁擠）沉降狀態。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，每種回流比均運行二次，每次15天，實測出水SS均小于20mg/L，說明工作都很穩定。等濃度曲線在回流點上方有下垂現象，回流比越大，下垂越明顯，說明增大回流比，僅此使回流污泥下降，無污泥紊動上翻現象。
　　以上測定結果證明，加大二沉池底部回流，即使回流比達350%，對二沉池的工作穩定性和出水SS均無影響。故A/O工藝中，只用一套回流系統，通過增加外回流來代替內回流是可行的。

3　曝氣池好氧區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。好氧區在運行中經多次測定，均發現存在明顯的同步反硝化現象。
　　表1和圖3為某次較具代表性的曝氣池好氧區分段測定結果。測點1、2、3、4分別為好氧區進口、1/3處、2/3處和出口。

表1 曝氣池好氧段各點溶解性氮濃度（mg/L） 測點 1 2 3 4 有機氮 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：表中有機氮濃度由（TKN）－（NH3-N）計得
TN由（TKN）+（NO2-N）+ （NO3-N）計得
其他數據為混合液過濾后實測

　　測定時，總進水口TKN為54.2mg/L，總進水量39300m3/d，回流比為116%，好氧段水力停留時間10.9小時，曝氣池MLSS 5.2克/升，泥齡20天左右。
　　由表2和圖3可見，經缺氧段的反硝化作用，進入好氧段時，硝酸鹽濃度僅0.25mg/L。污水中的氮主要是以氨氮和有機氮形式進入好氧段，在好氧段中被氧化和硝化，故濃度逐漸下降，同時硝酸鹽明顯上升，出口處達8.36mg/L。
　　按傳統觀念，在好氧段中，除微生物細胞合成之外，總氮不會明顯變化。實測結果是：總氮TN濃度在好氧段內出現了明顯的下降。由進口19.6mg/L下降到出口10.22mg/L。按泥齡和排泥量計算，由細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的氮只能是通過同步反硝化作用從污水中逸出，進入大氣。同步反硝化去除的氮占進入好氧段總氮的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轉水質匯總表 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) 進水 出水 進水 出水 進水 出水 進水 出水 進水 出水 進水 出水 進水 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TN值為（TKN）+（NO2-N）+（NO3-N）值之和。TKN因數據較少，只計均值。
其余數據均由每日監測數據統計而得。

　　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》中曾多次發現和利用，并應用該原理進行了《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，而內層因氧傳遞的濃度梯度的作用出現低氧或缺氧層。硝酸鹽在污泥顆粒的內層部分被反硝化。產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，進入好氧段的TN，經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理論降低了近一半，故回流比可大大減小。以本次測定的結果為例，回流比僅116%，氮的總去除率（不計二沉池中的反硝化）（54.2-10.2）/54.2=81.2%，出水TN 10.22mg/L，優于GB8978-1996一級排放標準（TN不大于15 mg/L）的指標。同樣，充分發揮好氧區的同步反硝化作用，可大大減少A/A/O工藝中硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，回流比也可相應減小。

4　實際運轉結果

　　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。只設二沉池底泥回流，無混合液回流系統。
　　進水水質較濃，特別是接納了部分禽畜場污水，TKN和有機氮較高。2000年全年的運轉結果匯總于表2。
　　長期生產運轉實踐證明，A/O系統只用二沉池底泥回流，回流比115～140%，雖進水濃度較高，出水水質仍較好（2000年5月份因設備調整運行不正常），BOD5去除率95%左右，出水CODcr小于60，出水總氮小于15，優于排放標準。總氮去除率80%左右。運行也較穩定。

5　結論

　　通過試驗和長期生產運轉證明：
　　（1）A/O工藝不用混合液回流（內回流），只用外回流，通過二沉池底泥回流來完成全部回流，對二沉池工作的穩定性無影響。故A/O工藝設施可簡化。
　　（2）控制曝氣池DO和MLSS，充分發揮好氧區同步反硝化作用，A/O工藝的回流比可降低到120～150%，從而降低污水廠的運行費用。
　　（3）同步反硝化的機理和條件值得進一步研究和利用。

參考文獻

　　1 錢易 米祥友.“現代廢水處理新技術”，中國科技出版社
　　2 畢學軍 劉至嘉等。《城市污水生物脫氮除磷A/A/O工藝中試研究》 同濟大學-達姆斯達特大學學術交流會論文集，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性研究》 同濟大學-達姆斯達特大學學術交流會論文集，1997年