浅谈A2O工艺处理污水117.docx

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浅谈A2O工艺处理污水117

浅谈A2/O工艺处理城市生活污水

姓名：

单位：

2016年11月于山西晋城

目录

第一部分城市生活污水处理工艺发展简介…………………………3

一、一级处理阶段……………………………………………………………………3

二、二级处理阶段……………………………………………………………………4

三、常见城市污水处理工艺种类…………………………………………………4

四、三级处理阶段……………………………………………………………………6

第二部分A2/O工艺简述……………………………………………6

一、工艺综述………………………………………………………………6

二、A2/O工艺设计要点……………………………………………………7

三、A2/O池主要控制参数…………………………………………………10

四、A2/O污水处理工艺过程控制方法………………………………………11

五、A2/O工艺发展…………………………………………………………13

浅谈A2/O工艺处理城市生活污水

摘要：

随着城市的产生和发展，人类生活产生的污水量和浓度也在日益增多，城市生活污水处理技术应运而生。

本文在简要回顾污水处理发展史的基础上，重点介绍了近年来使用较多的A2/O工艺。

包括主要艺流程、工艺参数、实际控制指标及工艺发展等。

关键词：

污水处理活性污泥A2/O

污水处理的需求是伴随着城市的诞生而产生的。

城市污水处理技术，历经数百年变迁，从最初的一级处理发展到现在的三级处理，从简单的消毒沉淀到有机物去除、脱氮除磷再到深度处理回用。

其中A2/O活性污泥法污水处理工艺是目前较为使用广泛的重要工艺类型。

本文就该工艺做一浅显分析。

第一部分城市生活污水处理工艺发展简介

一、一级处理阶段

　　城市污水处理历史可追溯到古罗马时期，那个时期环境容量大，水体的自净能力也能够满足人类的用水需求，人们仅需考虑排水问题即可。

而后，城市化进程加快，生活污水通过传播细菌引发了传染病的蔓延，出于健康的考虑，人类开始对排放的生活污水处进行处理。

早期的处理方式采用石灰、明矾等进行沉淀或用漂白粉进行消毒。

明代晚期，我国已有污水净化装置。

1762年，英国开始采用石灰及金属盐类等处理城市污水。

　　二、二级处理阶段

　　1914年，Arden和Lokett在英国化学工学会上发表了一篇关于活性污泥法的论文，并于同年在英国曼彻斯特市开创了世界上第一座活性污泥法污水处理试验厂。

两年后，美国正式建立了第一座活性污泥法污水处理厂。

活性污泥法的诞生，奠定了未来100年间城市污水处理技术的基础。

　　1921年，活性污泥法传播到中国，中国建设了第一座污水处理厂—上海北区污水处理厂。

1926年及1927年又分别建设了上海东区及西区污水厂，当时3座水厂的日处理量共为3.55万吨。

　　20世纪50年代，水体富营养化问题凸显，脱氮除磷成为污水处理的另一主要诉求。

于是，在活性污泥法的基础上衍生出了一系列的脱氮除磷工艺。

　50年代初，摄磷菌被发现并用于除磷。

1969年，美国的Barth提出采用三段法除氮，第一段是好氧段，主要去除有机物，第二段加碱硝化，第三段是厌氧反硝化，除氮。

三、常见城市污水处理工艺种类

1.A/O工艺

1973年，Barnard在原有工艺基础上，将缺氧和好氧反应器完全分隔，污泥回流到缺氧反应器，并添加了内回流装置，缩短了工艺流程，也就现在常说的缺氧好氧（A/O）工艺。

2.氧化沟工艺

氧化沟则为封闭的沟渠型结构，结合了推流式和完全混合式活性污泥法的特点，集曝气、沉淀和污泥稳定于一体。

污水和活性污泥的混合液不断地循环流动，系统中能够形成好氧区和缺氧区，进而实现生物脱氮除磷。

活性污泥法相比，其具有处理工艺及构筑物简单、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优势。

氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。

3.AB工艺

20世纪70年代中期，德国的BothoBohnke教授开发了AB工艺。

该工艺在传统两段法的基础上进一步提高了第一段即A段的污泥负荷，以高负荷、短泥龄的方式运行，而B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长，A段由于泥龄短、泥量大对磷的去除效果很好，经A段去除了大量的有机物以后B段的体积可大大减小，其低负荷的运行方式可提高出水水质。

4.SBR工艺

序批式活性污泥法（SBR）工艺是在时间上将厌氧段与好氧段进行分割。

20世纪70年代初由美国Irvine公司开发。

它在流程上只有一个基本单元，集调节池、曝气池和二沉池的功能于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等。

经典SBR反应器的运行过程为：

进水→曝气→沉淀→滗水→待机

5.A2/O工艺

70年代，美国专家在A/O工艺的基础上，再加上除磷就成了A2/O工艺。

我国1986年建厂的广州大坦沙污水处理厂，采用的就是A2/O工艺，当时的设计处理水量为15万吨，是当时世界上最大的采用A2/O工艺的污水处理厂。

　四、三级处理阶段

　　近十几年，随着污染加剧，水资源短缺严重，人类对水质提出了更高的要求，污水深度处理与回用技术兴起。

污水处理厂的侧重点不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水质。

膜技术开始显现其独特优势。

　　生物膜技术在20世纪60-70年代，随着新型合成材料的大量涌现再次发展起来，主要工艺有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等。

目前，应用较多的膜处理技术主要有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）和膜生物反应器（MBR）技术。

本世纪初的新加坡“Newwater”水厂就是采用在二级处理后加超滤膜及反渗透膜的方式进行再生水回用处理。

污水处理企业在选择工艺时既要考虑处理系统的稳定性，还要达到理想的脱氮除磷效果，同时降低运行成本，综合各种工艺的优点和缺点，A2/O工艺的使用越来越广泛。

第二部分A2/O工艺简述

一、工艺综述

A2/O是Anaeroxic-Anoxic-Oxic的英文缩写，A2/O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。

工作原理：

生物池通过曝气装置、推进器（厌氧段和缺氧段）及回流渠道的布置分成厌氧段、缺氧段、好氧段。

原水与从沉淀池回流的污泥首先进入厌氧池，在此污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷；然后与好氧末端回流的混合液一起进入缺氧池，在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有机物和回流的硝酸盐进行反硝化作用脱氮；脱氮反应完成后，进入好氧池，在此污泥中的硝化菌进行硝化作用将废水中的氨氮转化为硝酸盐同时聚磷菌进行好氧吸磷，剩余的有机物也在此被好氧细菌氧化，最后经沉淀池进行泥水分离，出水排放，沉淀的污泥部分返回厌氧池，部分以富磷剩余污泥排出。

在该工艺流程内，BOD5、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。

A2/O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。

在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。

二、A2/O工艺设计要点

1.污泥回流比

A2/O工艺流程简单，较易于运行管理，总的水力停留时间较短，一般缺氧区的水力停留时间为0.5~1.0小时，泥龄也短，一般为3~5天，使剩余污泥中磷含量高，一般为2.5%以上。

在反硝化脱氮过程中直接利用废水中的有机物为碳源，降低了运行。

在A2/O工艺中，影响生物除磷的关键因子是厌氧池的污泥回流量。

因为从沉淀池回流污泥中会携带一定量的硝态氮，污泥回流量越大，携带的硝态氮越多，反硝化利用的有机物就越多，由于有机质的减少影响了厌氧释磷，从而导致除磷效果下降。

如果污泥回流量小，虽然携带的硝态氮少，但同时进入厌氧池中的聚磷菌相应减少，同样影响系统的除磷功能。

所以对A2/O工艺来说，污泥回流比通常控制在进水流量的0.5～1.0倍左右。

2.碳源

在脱氮除磷A2/O工艺中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。

其中释磷和反硝化的反应速率与进入各自反应池中的易降解碳源，尤其是挥发性有机脂肪酸（VFA）的数量关系很大。

我国市政污水中易降解的有机碳源相对较低，南方城市更为明显，在A2/O工艺中，聚磷菌优先利用进水中的碳源进行厌氧释磷，使得在后续缺氧反硝化过程中碳源不足，从而影响脱氮效果，因此在A2/O工艺中存在释磷和反硝化因碳源不足而引发的竞争问题，针对这一问题提出了以下几种途径解决。

（1）改变进水方式

分点进水，在厌氧段和缺氧段根据实际情况合理分配分段进水流量，以便同时满足聚磷菌和反硝化菌对碳源的需要，将生化区的进水碳源分配给厌氧池和缺氧池来同时达到释磷和反硝化的最佳，以此解决碳源的竞争问题。

（2）补充碳源

补充的碳源可分为两类：

一类是包括甲醇、乙醇、丙酮和乙酸等可用作外部碳源的化合物，另一类是易生物降解的COD源，它们可以是初沉池污泥发酵的上清液或其它酸性消化池的上清液或者是某种具有大量易生物降解COD组分的有机废水等，如：

麦芽工业废水、水果和蔬菜工业废水和果汁工业废水等。

碳源的投加位置可以是缺氧反应池，也可以是厌氧反应池，在厌氧反应池中投加碳源不仅能改善除磷，而且能增加硝酸盐的去除潜力，因为投加易生物降解的COD能使起始的脱氮速率加快，并能运行较长的一段时间。

但此方法运行费用比较高，一般适合小型污水的处理。

（3）其它方法

可以通过提高系统有机负荷来解决碳源竞争问题。

进水有机负荷与进水流量和整个系统的有效容积有关，一方面在有效容积不变的条件下增加进水流量；另一方面在进水流量不变的情况下，通过缩短运行周期减少有效容积达到提高有机负荷目的。

3.泥龄

反硝化细菌和聚磷细菌为短污泥龄细菌,污泥龄越短则反硝化速率越快,而除磷的效果也越好。

而硝化细菌繁殖速度慢,世代周期较长,属长污泥龄细菌，过短的污泥龄会使系统中硝化细菌过量外排而影响其硝化功能。

因此在统一的污泥系统中,为了同时获得较好的释磷、反硝化和硝化效果，势必会造成系统运行上的泥龄矛盾。

实际生产中，A2/O系统常采用10～15d的长污泥龄以满足硝化功能,因此也就造成系统在一定程度上牺牲了部分有机物降解和除磷效率。

三、A2/O池主要控制参数

A2O生物除磷脱氮工艺处理污水效果与DO、内回流比r、外回流比R、泥龄SRT、污水温度及PH值等有关。

一般厌氧池DO在0.2mg/l以下，缺氧池DO在0.5mg/l以下，而好氧池DO在2.0mg/l以上；污泥混合液的PH值大于7；SRT为8－15天。

A2/O生物除磷脱氮过程，本质上是一系列生物氧化还原反应的综合，A2O生物池各段混合液中的ORP（氧化还原值）能够综合地反应生物池中各参数的变化。

混合液中的DO越高，ORP值也越高；而当存在磷酸根离子和游离的磷时，ORP则随磷酸根离子和游离的浓度升高而降低。

一般A2/O生物除磷脱氮工艺处理过程中，厌氧段的ORP应小于－250mV，缺氧段控制在－100mV左右，好氧段控制在40mV以上。

如厌氧段ORP升高，表明DO值过大，可能与回流比过大带入更多的氧及回流污泥中带入太多的氮有关，还与搅拌强度太大产生空气复氧有关。

如缺氧段ORP升高，表明DO值过大，可能与回流比过大带入更多的氧有关，另外还与搅拌强度太大产生空气复氧有关。

根据以上说明的A2/O池中各参数变化对污水除磷脱氮处理工艺的影响,合理选择检测仪表，对污水处理过程中各参数的变化情况进行检测，为污水处理厂的运行控制提供依据。

一般A2/O工艺中需要检测的数据为：

进水：

进水量Q、COD、BOD5、PH、T

A2/O池厌氧段：

溶解氧DO、氧化还原值ORP

A2/O池缺氧段：

溶解氧DO、氧化还原值ORP

A2/O池好氧段：

溶解氧DO、氧化还原值ORP、MLSS

出水：

COD、BOD5

根据以上推荐的典型仪表配置与工艺控制特点，以ORP和DO为主要控制参数，来对曝气系统、内回流系统、外回流系统、剩余污泥排放系统进行控制，以实现良好的除磷脱氮效果，有效地降低污水中的BOD5，同时最大限度地节约能源，使整个系统高效稳定地运行。

四、A2/O污水处理工艺过程控制方法

A2/O池传统的控制是：

DO值的PID调节（进气量）、MLSS的PID调节（回流比）均为对单一参数的单一对象控制。

然而污水处理过程是一个滞后量非常大的过程，影响过程的参数也很多，不可能依据某一具体参数来实现整个过程的控制。

污水处理过程中，生物池的曝气系统控制、污流回流系统控制都是极其复杂的控制过程。

采用独立的单一的闭环控制很难达到控制要求。

随着控制技术的不断发展，同时在污水处理运行过程中不断积累了大量的运行数据，这就为控制过程的查表运算，实现模糊控制带来了可能。

1.曝气系统自动化控制

根据季节、进水水质、进水水温、进水水量、好氧池DO、出水COD、BOD5、NH3-N、TOP、TKN、SS等情况不同，分别确定不同的供气量，即确定空气调节阀的开度和鼓风机的开启台数及其转速。

自动对工艺过程控制进行自动修整，实现模糊控制。

控制系统通过在线（或人工检测的输入参数）检测的DO、进水量、PH等值、出水COD、BOD5、NH3-N、TOP、TKN、SS等值，确定初始控制方案，用初始值控制阀开度和鼓风机转速；稳定运行一段时间后，如果在线仪表的检测到的参数值达不到要求，根据检测值偏高或偏低的事实，对输出值进行自动修正；如果在一段时间内达到一定要求，则这段时间可确定为控制滞后量，最接近要求的一组值记录到数据库中，形成一条控制记录，这个库称之为控制系统专家库。

如人工得出了最佳运行方式，也可输入计算机，一同进入专家库。

不同进水情况下的最优的控制方式会存储在数据库中，计算机会处理运算，形成具有污水厂特有的曝气控制系统专家数据库和专家系统。

控制系统运行过程中，不断地积累数据，同时运行人员在运行过程中也会总结积累相关的运行数据，这些数据输入到计算机，这些数据经过计算机分析，得出N种不同的调节方式进行自动控制或者给予操作人员提示，选择相应的控制模式。

2.除磷脱氮系统自动化控制

根据季节、进水水质、进水水量、生物池各段DO、ORP、PH及出水COD、BOD、TON、TOP等情况不同，自动采集、存储、控制自动调整，分别确定不同的内外回流比，同时所有的数据进入专家数据库，并确定内外回流泵的开启台数和变频泵的转速、水下推进器的开启台数，进行查表运算，实现模糊控制。

五、A2/O工艺发展

1.双污泥脱氮除磷工艺

双污泥脱氮除磷工艺，分前后两段，前段采用活性污泥法，主要由厌氧池、缺氧池、短泥龄好氧池、沉淀池等构筑物组成；后段为生物膜法，主要采用曝气生物滤池。

污水依次流经活性污泥段和生物膜段。

系统回流包括污水回流和污泥回流，污水回流是将部分生物滤池出水回流至缺氧池，以保证脱氮效果；污泥回流则是将沉淀池污泥部分回流到厌氧池，其余富含磷的剩余污泥被排掉。

采用微生物分相的方法使硝化细菌与系统内其他细菌分开培养的改进工艺，可使不同功能的微生物能在各自有利的条件下生长。

将除磷和脱氮在空间或时间上分开，解决了聚磷菌、硝化菌不同泥龄的矛盾，具有稳定的处理效果和较高的处理效率。

控制硝化滤池出水硝酸盐的回流量，解决厌氧段反硝化与除磷菌释磷的矛盾。

创造有利于反硝化除磷菌的生长环境，降低了对碳源的需求。

2.倒置A2O工艺

将传统A2/O工艺的厌氧、缺氧环境倒置过来，污水在缺氧池和厌氧池分段进水，进水量由氮磷的去除程度计算；进入缺氧池的污水和循环污泥，硝化液经充分混合后一起进入缺氧区。

污泥中的硝酸盐，残余的溶解氧，在反硝化菌的作用下进行反硝化反映，实现了系统的前置脱氮。

污泥经过缺氧反硝化以后进入厌氧区，避免了硝酸盐对厌氧环境的不利影响。

在好氧区，有机污染物进一步被降解，硝化菌将污水中存在的氨氮转化为硝酸盐氮，同时聚磷菌利用在厌氧条件下产生的动力进行过度吸磷。

工艺的特点是缺氧区位于厌氧区之前。

脱氮效果好的原因一是污泥回流比大；二是缺氧段位于工艺的首端，反硝化可优先获得碳源。

除磷效果好的原因一是污泥回流比大，且所有回流污泥全部经历完整的厌氧（释磷）～好氧（吸磷）过程，排放的剩余污泥含磷更高；二是缺氧区在前，消除了硝酸盐的不利影响；三是厌氧池在好氧池之前，微生物厌氧释磷后直接进入好氧环境，其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到更充分利用。

参与循环的微生物全部经历了完整的厌氧-好氧过程，具有“群体效应”，因而显著提高了系统的氮磷脱除能力。

3.A+A2/O工艺

该工艺在传统A2/O法的厌氧池之前设置回流污泥反硝化池，来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入该池（另90%左右的进水直接进入厌氧池），停留时间为20～30分钟，微生物利用10%进水中的有机物作碳源进行反硝化，去除回流污泥带入的硝酸盐，消除硝态氮对厌氧池放磷的不利影响，保证除磷效果。

该工艺只需在厌氧池中分出一格作回流污泥反硝化池即可。

A+A2/O工艺的特点是两个阶段的污泥分别回流，A段具有很高的有机负荷，在缺氧条件下工作，水力停留时间短，对有机物有快速吸附作用。

在A段作用下，A2/O工艺在较低负荷下运行更加效的脱氮除磷，在运行效率，稳定性及投资运行费用上，都比传统工艺更有优势。