A2O 工藝具有同時(shí)去除有機(jī)物、氮和磷，且總水力停留時(shí)間(hydraulic retention time，HRT) 短、易操作控制、處理水量大、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，是中國(guó)污水處理zui簡(jiǎn)單的同時(shí)脫氮并除磷的工藝之一．但該工藝也存在著缺點(diǎn)，在同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)存在聚磷菌和硝化細(xì)菌，由于聚磷菌和硝化細(xì)菌對(duì)污泥齡要求不一樣，這將引起2 種細(xì)菌對(duì)污泥齡要求的矛盾[1-3]．針對(duì)A2O 工藝存在的缺陷，提出了A2OBAF聯(lián)合工藝，該聯(lián)合工藝中A2O 系統(tǒng)主要完成的是有機(jī)物的去除、除磷、反硝化，而將曝氣生物濾池(biological aerobic filter，BAF) 置于二沉池之后，主要目的是完成硝化，BAF 的部分出水回流到A2O系統(tǒng)的缺氧段為反硝化作用和缺氧吸磷作用提供相應(yīng)的電子受體．該雙工藝解決了傳統(tǒng)A2O 工藝硝化菌與聚磷菌泥齡矛盾，且zui大程度地發(fā)揮了活性污泥與生物膜這2 種處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)．因硝化作用在BAF 中進(jìn)行，使得回流污泥中不含或含有少量的硝態(tài)氮，從而進(jìn)一步解決了在厭氧區(qū)反硝化菌與聚磷菌對(duì)碳源的爭(zhēng)奪[4-7]．

低碳氮比生活污水處理工藝設(shè)備

反硝化除磷菌可在缺氧的環(huán)境下，利用硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮為電子受體氧化體內(nèi)貯存的PHA，從環(huán)境中攝磷達(dá)到脫氮和除磷的雙重目的．該A2O-BAF工藝在處理低碳氮比生活污水時(shí)存在反硝化除磷現(xiàn)象，而反硝化除磷可節(jié)省約50% 化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand，COD) 和30% 氧的消耗量，相應(yīng)減少剩余污泥量50%[8-9]，緩解了反硝化菌與聚磷菌對(duì)碳源的爭(zhēng)奪，彌補(bǔ)了碳源缺乏的不足．

本試驗(yàn)在A2O 工藝和BAF 工藝基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了2 種工藝聯(lián)合后A2O 中厭氧段、缺氧段和好氧段的周杰倫魔術(shù)容積比，同時(shí)考察了處理低碳氮比生活污水時(shí)硝化液回流比對(duì)反硝化除磷特性的影響，從而為實(shí)現(xiàn)已建污水處理廠的改造、優(yōu)化與升級(jí)，以及污水的深度脫氮除磷提供了有效的理論依據(jù)．

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)裝置和運(yùn)行參數(shù)

A2O-BAF 聯(lián)合工藝系統(tǒng)包括6 個(gè)部分，分別為進(jìn)水水箱、A2O 反應(yīng)池、二沉池、中間水箱、BAF 反應(yīng)池和出水水箱，如圖1 所示．其中，A2O 系統(tǒng)由9個(gè)格室構(gòu)成，總有效容積是30 L．A2O 的進(jìn)水量為129. 6 L /d，相應(yīng)的HRT 為5. 6 h，混合液污泥(mixedliquid suspended，MLSS) 質(zhì)量濃度為2 500mg/L 左右，污泥齡(sludge retention time，SRT) 為9 d，硝化液回流200%，污泥回流*，其中，污泥取自北京市某污水處理廠的A2O 中試系統(tǒng)，二沉池有效容積21 L．BAF 空塔容積15 L，實(shí)際HRT 為30 min．硝酸鹽回流量、污泥回流量、進(jìn)水量和旁流流量均由蠕動(dòng)泵控制，BAF 填料為陶粒．

圖1 A2O-BAF 聯(lián)合工藝系統(tǒng)流程

Fig．1 Schematic diagram of the A2O-BAF system

1. 2 試驗(yàn)用水和測(cè)試方法

試驗(yàn)用水取自某學(xué)校生活區(qū)所排放的生活污水，水質(zhì)情況如表1 所示．進(jìn)水的ρ(C) /ρ(N) 僅為3. 21，屬于典型的低碳氮比生活污水．

COD 采用COD 快速測(cè)定儀測(cè)定; NH4+-N 采用納氏試劑光度法測(cè)定; NO2--N 采用N-(1-萘基) -乙二胺光度法測(cè)定; NO 3--N采用*分光光度法測(cè)定; ρ(MLSS) 采用濾紙稱重法測(cè)量; T、pH 和溶解氧(dissolved oxygen，DO) 采用WTW inolab level 2 在線監(jiān)測(cè)儀測(cè)量．

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)

Table 1 Characteristics of influent wastewater

低碳氮比生活污水處理工藝設(shè)備

A2O-BAF 聯(lián)合工藝穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)A2O 系統(tǒng)中的反硝化除磷菌(DPAOs) 占總聚磷菌(PAOs) 的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)估計(jì)．在A2O 系統(tǒng)的好氧區(qū)末端取2 L混合液，用蒸餾水清洗2 遍，加入到容積為2 L的SBR 模擬反應(yīng)器中，碳源為乙酸鈉，其濃度約為200mg /L．厭氧2 h，反應(yīng)結(jié)束后，污泥再次用蒸餾水清洗2 遍并平均分成2份，1份在ρ(DO) = 2mg/L 的情況下好氧運(yùn)行2 h，另1份加入50mg/L 的硝態(tài)氮缺氧條件下反應(yīng)2 h，缺氧zui大吸磷速率和好氧zui大吸磷速率的比值可間接地確定系統(tǒng)中DPAOs 占PAOs 的比例[10-11]．

1. 3 試驗(yàn)方案

階段1: A2O 中厭氧、缺氧和好氧區(qū)容積比的確定．

工況Ⅰ: V厭氧∶V缺氧∶V好氧= 1∶2∶6

工況Ⅱ: V厭氧∶V缺氧∶V好氧= 2∶3∶4

工況Ⅲ: V厭氧∶V缺氧∶V好氧= 3∶4∶2

階段2: 在zui適宜容積比條件下，確定周杰倫魔術(shù)硝化液回流比分別為*、200%、250%、300%．

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2. 1 A2O 厭氧、缺氧、好氧容積比的確定

圖2 ～ 4 反映了A2O 系統(tǒng)分別為工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時(shí)的1 個(gè)周期各區(qū)COD、NH4+-N、NO 3--N、NO2--N 和TP 質(zhì)量濃度的變化情況．

COD: A2O 厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)容積比的變化對(duì)COD 去除率的影響效果不明顯; 3 種容積比條件下80%的有機(jī)物都在厭氧段被聚磷菌所消耗，合成其體內(nèi)的PHA，在缺氧區(qū)和好氧區(qū)COD 只去除了10%左右; 3 種工況COD 的去除率都高達(dá)80%以上．

NH4+-N: 為了達(dá)到抑制系統(tǒng)中硝化細(xì)菌繁殖的目的，一方面減少A2O 系統(tǒng)中好氧區(qū)的容積，另一方面減少A2O 系統(tǒng)相應(yīng)的污泥齡．由于污泥從二沉池回流到厭氧段及BAF 系統(tǒng)的大部分硝化液回流到缺氧段，這樣使得進(jìn)水的ρ(NH4+-N) 降低，因此在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)ρ(NH4+-N) 的減少主要依靠的是稀釋作用，隨著A2O 系統(tǒng)好氧區(qū)容積的縮短，A2O 系統(tǒng)硝化細(xì)菌的比例逐漸降低直至淘洗干凈．圖2 ～ 4所示3 種容積比條件下NH4+-N的轉(zhuǎn)化主要在BAF中進(jìn)行．NH4+-N的去除率幾乎達(dá)到*，可保證出水ρ(NH4+-N) 為零．

圖2 典型周期各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況

(容積比為1∶2∶6)

Fig．2 Change ratio of each index during a cycle with a volume ratio of 1∶2∶6 

圖3 典型周期各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況

(容積比為2∶3∶4)

Fig．3 Change ratio of each index during a cycle with a volume ratio of 2∶3∶4

TP: 3 種容積比條件下ρ(TP) 在缺氧區(qū)均有不同程度的降低，這表明在ρ(C) /ρ(N) = 3. 21 的低碳氮比生活污水的*馴化下，提供給反硝化除磷菌良好的環(huán)境，使得其數(shù)量不斷增加．其中，工況Ⅲ厭氧區(qū)聚磷菌釋磷量達(dá)到了51. 3mg/L，同時(shí)缺氧區(qū)反硝化聚磷菌的吸磷量也達(dá)到了45. 9mg/L，好氧區(qū)聚磷菌吸磷量?jī)H為4. 45mg/L，由此可見(jiàn)TP的吸收/TP 的釋放達(dá)到1. 204．從而可得出，厭氧區(qū)水力停留時(shí)間越大PAOs釋磷量越充分; 相應(yīng)缺氧區(qū)容積越大，DPAOs 繁殖越快． 

圖4 典型周期各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況

(容積比為3∶4∶2)

Fig．4 Change ratio of each index during a cycle with a volume ratio of 3∶4∶2

NO3--N: 由于該聯(lián)合工藝的一大特點(diǎn)是硝化作用發(fā)生在BAF 中而不是A2O反應(yīng)器中，因此工藝出水NO3--N主要由2 部分組成，即A2O 反應(yīng)器缺氧區(qū)出水NO3--N和BAF中由NH4+-N轉(zhuǎn)化的NO3--N，因此想要減少出水ρ(NO3--N) 就可從這2 方面入手．若A2O 反應(yīng)器中各參數(shù)已經(jīng)確定，進(jìn)入BAF 中ρ(NH4+-N) 就確定了，因此應(yīng)減少A2O 反應(yīng)器出水ρ(NO3--N) ．在反硝化除磷系統(tǒng)中，當(dāng)缺氧區(qū)ρ(NO3--N) = 0 時(shí)，將會(huì)引起缺氧區(qū)的厭氧狀態(tài)，從而導(dǎo)致磷的二次釋放，但如果系統(tǒng)中存在COD，反硝化菌就會(huì)優(yōu)于聚磷菌利用COD 進(jìn)行反硝化作用，這樣DPAOs 就無(wú)法成為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌[12]，所以要想提高DPAOs 所占的比例就要調(diào)整缺氧區(qū)進(jìn)水ρ(NO3--N)和ρ(COD) ．

在工況Ⅰ條件下由于缺氧區(qū)的容積較短，反硝化除磷現(xiàn)象不明顯，NO3--N在缺氧區(qū)減少的量較小; 在工況Ⅱ條件下隨著缺氧區(qū)容積的增加，強(qiáng)化了聚磷菌反硝化除磷作用，但缺氧區(qū)出水仍含有較多的NO3--N; 在工況Ⅲ條件下由于進(jìn)入缺氧區(qū)可降解的COD 較少，此條件下反硝化除磷效果，缺氧出水ρ(NO3--N) 和ρ(TP) 幾乎為零．

NO2--N: NO2--N變化不明顯．由此可見(jiàn)，工況Ⅲ的容積比是周杰倫魔術(shù)A2O-BAF 聯(lián)合工藝中A2O 的容積比．

圖5 給出了A2O中各區(qū)容積比分別是工況Ⅰ～Ⅲ時(shí)缺氧區(qū)出水和zui終出水ρ(NO3--N) 以及TN 去除率的變化．從圖中可看出工況Ⅰ時(shí)，缺氧區(qū)出水和zui終出水的ρ(NO3--N) 都是zui高的．3 種工況下平均zui終出水ρ(NO3--N)分別為19. 05、16. 15 和11. 94mg/L，說(shuō)明A2O 系統(tǒng)各區(qū)的比例越大，出水ρ(NO3--N) 越低，主要是由于厭氧區(qū)容積越大，聚磷菌的釋磷作用越充分，缺氧區(qū)容積越大，反硝化除磷作用越明顯，工況Ⅲ條件下缺氧區(qū)出水ρ(NO3--N)幾乎為0，對(duì)比上圖TP 的去除主要發(fā)生在缺氧區(qū)．3種工況下，出水ρ(TN) 的變化量幾乎與缺氧區(qū)出水ρ(NO3--N) 的變化量相同．隨著好氧區(qū)容積的減少、厭氧區(qū)與缺氧區(qū)的增加，TN 的去除率也相應(yīng)增加． 

圖5 不同的各區(qū)容積比下硝態(tài)氮的變化與總氮的去除率

Fig．5 Change of nitrate and the removal rate of total nitrogen under the condition of different volume ratio

2. 2 硝化液回流比對(duì)系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響

硝化液回流比增大對(duì)反硝化除磷有利，因?yàn)樘岣呋亓鞅饶転榉聪趸拙峁┳銐蚨嚯娮邮荏w，當(dāng)其量超過(guò)反硝化菌所能承受的范圍時(shí)，就能刺激反硝化除磷菌的繁殖．圖6 是維持厭氧區(qū)、缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比為3∶4∶2，其他的條件不變，改變硝化液回流比為*、200%、250% 和300% 時(shí)總氮與總磷去除率變化情況．從圖中可看出隨著硝化液回流比的增加，總氮和總磷的去除率變化趨勢(shì)都是先增大后減小，以250%為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，硝化液回流比為250% 時(shí)，總氮和總磷的去除率zui高，分別為74. 4%和98. 2%，此時(shí)缺氧吸磷率zui高．當(dāng)硝化液回流比小于250%時(shí)，總氮和總磷的去除率升高，這是由于提高了缺氧區(qū)的ρ(NO 3--N) ，反硝化除磷效率提高，從而脫氮除磷效果也提高．但當(dāng)硝化液回流比為300%時(shí)，總氮和總磷的去除率反而下降，這可能是由于回流比的增大，缺氧區(qū)的水力停留時(shí)間減少，反硝化除磷效果降低 

圖6 不同硝化液回流比總氮和總磷去除率的變化

Fig．6 Removal radio change of TN and TP at different nitrate recycle radios

不同硝化液回流比條件下缺氧區(qū)出水ρ(NO3--N)與缺氧吸磷率的變化情況如圖7 所示，可以看出，當(dāng)硝化液回流比為250% 時(shí)，缺氧吸磷率zui大為87. 3%，其缺氧出水ρ(NO3--N) 和ρ(TP) 分別為0. 78 和0. 67mg/L，即缺氧出水的ρ(NO3--N) 和ρ(TP) 都小于1mg/L，此條件下既沒(méi)有因?yàn)槿毖醭鏊?rho;(NO3--N) = 0 而使得缺氧區(qū)的厭氧狀態(tài)引起“二次釋磷”，同時(shí)還能保證周杰倫魔術(shù)的吸磷率．由此可表明A2O-BAF 聯(lián)合工藝在處理ρ(C) /ρ(N) = 3. 21的生活污水時(shí)，A2O 中各區(qū)容積比為3∶4∶2，硝化液回流比為250%的條件下時(shí)，出水效果．

2. 3 A2O 污泥特性試驗(yàn)

聚磷菌分為2 類，好氧聚磷菌和反硝化聚磷菌，好氧聚磷菌利用氧或者硝態(tài)氮為電子受體，反硝化聚磷菌以硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮為電子受體[13-14]．從圖8 可看出，經(jīng)過(guò)低ρ(C)/ρ(N) 比生活污水幾個(gè)污泥齡的馴化，反硝化除磷菌占聚磷菌的比例加大，好氧條件下每g 揮發(fā)性懸浮固體微生物1 h 吸磷19. 78 mg，缺氧條件下每g 揮發(fā)性懸浮固體微生物1h 釋磷15. 24 mg，即缺氧和好氧zui大吸磷率比為0. 771，該工藝為反硝化除磷菌提供良好的繁殖環(huán)境，使得絕大多數(shù)的聚磷菌具有反硝化除磷的能力．以上結(jié)果說(shuō)明A2O-BAF 聯(lián)合工藝在低碳氮比啟動(dòng)的過(guò)程中磷主要是靠反硝化除磷去除，這就節(jié)省了好氧區(qū)容積，從而削弱了A2O 反應(yīng)段的硝化作用． 

圖7 不同硝化液回流比缺氧區(qū)出水硝態(tài)氮與缺氧吸磷率的變化
Fig． 7 Change of the anoxic nitrate effluent and anoxic uptake ratio at different nitrate recycle ratios

圖8 厭氧釋磷和好氧、缺氧吸磷試驗(yàn)

Fig．8 Phosphorus release and uptake under anaerobicanoxic and anaerobic-aerobic conditions

3 結(jié)論

1) A2O-BAF 聯(lián)合工藝處理ρ(C)/ρ(N) 為3. 21的生活污水，A2O 工藝段各區(qū)容積比為3∶4∶2時(shí)，系統(tǒng)的脫氮除磷效率周，總氮和總磷的去除率分別是67. 4%和98. 6%．

2) 保持A2O 工藝段中各區(qū)容積比為3∶4∶2不變，調(diào)節(jié)硝化液回流比其值為250% 時(shí)系統(tǒng)的脫氮除磷周杰倫魔術(shù)，絕大多數(shù)的聚磷菌具有反硝化除磷的能力，并保證缺氧區(qū)出水ρ(NO3--N)和ρ(TP) 幾乎為0，實(shí)現(xiàn)了碳源的分配和利用．

3) 提高厭氧區(qū)的容積，聚磷菌的釋磷量增加;提高缺氧區(qū)的容積，反硝化除磷比例增大．通過(guò)減少好氧段的容積可實(shí)現(xiàn)以上2方面，該工藝用于處理碳氮比低的生活污水，可zui大效率地發(fā)揮系統(tǒng)的反硝化除磷作用．