倒置aao工艺的生产性试验研究英文文献翻译 - 中文.docx

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倒置AAO工艺的生产性试验研究

1 中国上海同济大学污染控制和资源化研究实验室

2IWARInstitute,TechnicalUniversityofDarmstadt,64287Germany

摘要

倒置缺氧/厌氧/好氧工艺（倒置AAO工艺）是上世纪90年代中期开发出来的用于脱氮除磷的污水处理工艺。

本文主要阐述了松江污水处理厂（中国）二期工程倒置AA0工艺处理城市污水的运行效果、运行参数以及影响因素。

近两年的运行结果表明：

对COD、BOD5、SS、NB-N和TN具有较好的处理效率，对TN和NH3-N的处理效率分另IJ达至U了0.022kgTN-kgMLSS-1-d/和0.026kgNH3-N•kgMLSS-1-d^o然而，对P0「P和TP的去除率却并不高。

因此，我们提出了一个除磷效率更高的改进措施。

运行结果表明：

倒置AA0工艺不仅适用于新建的污水处理厂的脱氮除磷，同样也适用于现有的脱氮除磷效率不高的污水处理厂改造和扩建。

关键词：

硝化反硝化除磷倒置AA0工艺城市污水

引言

氮和磷是城市污水中导致受纳水体富营养化的主要因素。

生物硝化、反硝化和除磷工艺是经济的可行的控制排放水水质的方法。

生物脱氮除磷技术主要有：

AA0工艺系列，氧化沟工艺和序批式活性污泥工艺（SBR法）。

不同菌种脱氮除磷的新陈代谢过程是需要在缺氧，厌氧和好氧条件下进行的。

在AA0工艺和氧化沟工艺中，可通过搅拌、曝气和污泥回流等方法实现上述条件。

SBR工艺是一个以时间顺序实现缺氧，厌氧，好氧的AA0工艺。

在中国，AA0工艺广泛应用于许多污水处理设施。

传统的AA0工艺有很多优点，同时也有两个缺点：

1）需要两个回流系统，其总回流比不少于300%；2）从二沉池抽走的剩余污泥有部分没有完全经过厌氧，缺氧和好氧阶段，这可能会减少总磷（TP）的去除率。

Qasim和Udomsinrot把内回流和外回流系统并为一个外回流系统进行试验性研究，将回流污泥被直接抽入曝气池的入口处，这一措施使处理工艺取得了较高的TN和TP的去除率。

对只有外回流系统的倒置AA0工艺去除城市污水中氮和磷效果的深入研究表明倒置AA0工艺对总磷的去除率有所提高，对总氮的去除率与传统AA0工艺差不多。

另有研究表明：

良好的除磷效率不仅包括释放磷的程度的功能和聚磷菌对PHB的吸收量，还包括水力停留时间和在厌氧阶段氧化还原电位。

倒置AA0工艺是上世纪90年代末提出的以实现城市污水的生物同步脱氮除磷技术。

其主要特点：

污水依次经过缺氧、厌氧和好氧阶段以去除生物营养物；只有一个回流系统和在生物反应池中具有相对较高的混合液悬浮固体浓度。

对倒置AA0工艺处理不同城市污水的初期和中期试验表明，当关闭传递硝酸盐的内回流系统和增加外回流系统污泥回流比至100-200%时，好氧池具有稳定高效的脱氮除磷效率。

这一积极有效的措施降低了污水处理的能耗。

倒置AA0工艺适用于那些现存的没有脱氮除磷功能的污水处理厂的改造。

生产性试验研究表明倒置AA0工艺也适用于新建的污水处理厂。

松江污水处理厂二期工程是上世纪90年代末设计和建设的，采用的是早期的倒置AA0工艺，本文根据近两年的运行数据对其污水处理效果进行了评估。

材料与方法

松江污水处理厂坐落于上海西南部，包括分别建设于上世纪80年代中期的一期工程和90年代末期的二期工程。

一期工程以去除污水BOD5和SS为目标，处理能力为18Q00m3d1,为实现脱氮除磷功能，二期工程采用倒置AAO工艺，处理能力为50,000m3・dL嗜温厌氧消化有助于污泥稳定。

二期工程的流程图在本文中已给出。

松江污水处理厂的进水包括80%的生活污水和20%的工业废水：

前者主要来自于松江新城区的污水管道系统，还有少量来自于老城区的黑水；后者则来自于附近的企业。

与常规污水管道系统中的污水相比，其平均CO%,B0D5,TKN和TN浓度都比较高。

由于高浓度的污水进入污水处理工艺，进水中的污泥负荷也将增大。

二期工程主要的设计和运行参数如下:

初级沉淀池

该工程采用两座直径35米高4米的圆形沉淀池沉淀分离大颗粒悬浮固体。

其设计比表面积容积负荷为L5m3-nr?

•h\水力停留时间为2小时。

曝气池

工程采用两座矩形曝气池用于生物法去除有机物、脱氮除磷，每一座曝气池有效容积尺寸为：

52X39X6m3,设计水力停留时间为12小时。

每座曝气池组成一个系列，都分为三个廊道，其中第一个廊道又分为4格（见图1）。

前三格池子内安装了搅拌器，第四格安装了鼓风曝气系统（盘片式）。

设计水力停留时间缺氧区和厌氧区与好氧区的比例为1:

3。

曝气池设计悬浮固体浓度为4.Og-L-1,进水有机负荷为0.10kgB0D5-kgMLSS-1-d-1o外回流系统将二沉池中富含硝酸盐的污泥回流至曝气池入口处，最大回流比为200%。

fid

HWh

・

IHA

图1-工艺流程图

二次澄清剂

二沉池采用的是4座圆形辐流沉淀池来进行泥水分离。

每座沉淀池直径35米深4米，设计表面负荷0.76m3nf2・hT,水力停留时间4小时。

二期工程于2001年初投入运营。

一般情况下，污水厂日流量在38,000-52,000m3-d-1,年平均流量在43,000-45,000胡・d\由于进水C0DCr,B0D5,SS,TN和TP浓度大于设计值，实际平均B0）进水负荷为0.114kgB0D5•kg

MLSS-1-d'o在运行期间，米用短时间初次沉淀有助于将更多的营养物带入曝气池，这有利于脱氮除磷。

尽管有许多固体被带入曝气池，池内的悬浮固体浓度可保持在4.5gl?

以上。

实际曝气率（气水比）在7.5:

1到8:

1之间。

在曝气池出口处溶解氧浓度（D0）大约为3.0nig/L。

污泥的循环利用率为100%至150%,正常情况下平均为120%,污泥停留时间为12至15天。

结果

除了一个半月的设备修理外，该项目连续23个月的每周平均运行数据被进行了不间断的记录。

下图2-7绘出了主要污染物、COD。

、BOD5、N和P的详细变化情况。

CODcr、BOD5和SS的去除

进水CODcr在435至1680间变化，夏季周平均值最高1443mg•L,冬季周平均值最低450mg•IA平均进水CODcr浓度为918.6±306.7mg•L-1,COD负荷率两季节都和设计值一样，为0.34kg-KgMLSS-1-h-1o为控制运营期间出水水质达标，可曝气池的悬浮固体浓度增加至4.5gL。

根据图2,可以发现，出水CODcr低于60mg-L-1；其平均值为56.2±9.7mg-L-lo进水的BODs浓度在162.6to591.9mg•L间，平均浓度为07.5±97.4mg•L-1o处理后，出水的BODs浓度低于15・0mg/L,其平均浓度为0.2±4.3mg•总的CODs和BODs的平均去除率分别为93.9和96.7%。

尽管生化池内悬浮固体浓度远大于活性污泥浓度，在最近三年的运行中还是很难见到污泥膨胀现象。

通常活性污泥的污泥容积指数（SVI）介于74.3和124.2ml•屋之间，而MLVSS/MLSS值比较稳定,保持在60-70%之间。

进水SS浓度介于257.1和1,499.4mg•L之间，平均浓度为626.1±264.9mg• 尽管经过短时间的初级沉淀，可去除约50%的SS；

还有许多SS流进了曝气池，因此相对较高的MLSS的情况下有较好的沉降效果不难理解的。

最终出水SS浓度低于15mg/L,其平均值为1L9±3.6mg•L、

脱氮除磷

进水NH3-N和TN浓度分另IJ为23.6-47.7mg•L-1and44.9-138.2mg-L-1,平均值分别为3L3±4.7mg•L和78.2±18.8mg-L-1o进水中约有70%的TN是有机氮。

从图4中可以看出：

出水NH「N和TN的浓度通常分别低于10mg・LW21mg•L-1,其平均浓度分别为：

3.14±2.6mg•L-1and18.9±3.1mg-L-1o当回流比为100%至150%时，平均有90.0%的NH3-N和75.8%的TN被去除。

根据图5可看出出水的TKN平均浓度也很低，为8.2±3.8nig・L。

可以看出TKN的去除效率基本不受季节和进水峰值率的影响。

而季节变化对NIt-N和TN则略有影响。

夏天的出水TN浓度正常低于18mg/L,冬天和早春出水TN浓度则在18mg・广

到25mg・L变化；而NH3-N的春水浓度则基本不受温度的影响。

这可能是由于缺氧池水力停留时间短，而好氧池水力停留时间相对长得多的缘故。

进水的TN的容积负荷率为0.08-0.24kg•m-3•d-1,平均值0.14kgTN-m-3•d-1,这要比周围其他污水处理厂高。

年平均去除负荷率为0.11kgTN 相当于0.022

kgTN-kgMLSS-1-d^o考虑到有机氮会降解成氨氮，实际平均生物硝化率为0.026kgNtt-N•kgMLSS-1•d-1,最高可达0.033kgNH3-N-kgMLSS-1-d-1o有意思的是实测的TN去除率比理论值高出了15-20%,这意味着在曝气池内同时进行着硝化和反硝化反应。

图6显示：

进水中N03-N浓度低于2.0mg・L\出水N03-N浓度在60与14mg•L之间，平均值为10.8±2.5mg-L-1o

许多中国的污水处理厂都是通过监测磷酸盐作为指示进出水中林的变化情况的。

图7显示磷酸盐的去除效率并不高。

进水的磷酸盐浓度介于1.51mg和11.5mg4?

之间，平均值为5.56±2.42mg出水平均浓度为3.17±1.56mg-f1,出水中磷酸盐浓度相对比较高。

同时，总磷间歇性的分析显示其去除率也并不高。

然而，北京清河污水处理厂于2002年底开始运营，日处理量为20万立方米，采用倒置AA0工艺脱氮除磷，其进水TN和P0「P浓度和松江污水处理厂相似。

根据北京环境监测中心2003年5月的检测结果，出水TN和P04-P值分别为14.6-19.5mg-L-1^0.11-0.18mg-L-1o松江污水处理厂二期工程除磷效率低的原因是：

缺氧和厌氧池的水力停留时间太短，剩余污泥和浮泥重返生化反应池时没有采取任何化学除磷措施去除污泥中的磷。

讨论

在缺氧区和厌氧区与在好氧区的水力停留时间的比率

如前所述，二期工程实现了NH3-N>B0D5和TN高效去除率，而P04-P和TP的去除率相对较低。

主要原因之一是在缺氧和厌氧区与好氧区的水力停留时间比例不协调。

在倒置AA0工艺中，缺氧和厌氧没有明显的时间阶段区分。

由于从二沉池回流的泥水混合物注入缺氧和厌氧池，N03-N被最先作为反硝化细菌取样呼吸的电子受体而首先被利用起来。

聚磷菌吸收还是释放磷主要取决于进水中可利用的营养物质的量。

随着N03-N的消耗，缺氧厌氧状态自动转变成厌氧阶段。

如果缺氧池和厌氧池的水力停留时间不足以去除N03-N,或者聚磷菌没有足够的厌氧反应时间，TP的去除率就会降低。

在二期工程中，缺氧和厌氧区的水力停留时间只有3小时，而好氧区水力停留时间却有9小时。

B0D5和NH「N的浓度都很低。

根据我们以往的研究，倒置AAO工艺最优的缺氧厌氧区和好氧区的水力停留时间之比为1:

1或者1:

1.25。

所以在这个项目里，5.4至6.0小时的缺氧好氧区水力停留时间才能获得较好的生物除磷效果。

为提高除磷效率，可以在生化池内做一个减单的改动：

将第一个廊道的最后一格和第二歌廊道的前半部分的曝气系统改为机械搅拌器。

这样缺氧和厌氧阶段的总水力停留时间将增加至6小时。

影响硝酸盐对TPN去除率

分配缺氧区和厌氧区的关键因素在于回流至缺氧厌氧区的N03-N的总量。

而回流的N03-N的量又取决于回流比和N03-N的浓度。

当缺氧厌氧区的而总水力停留时间确定后，提高回流比和NO3-N浓度可以延长缺氧段和缩短厌氧段，这将有利于脱氮。

相反，降低回流比和NO3-N浓度有利于除磷。

为取得高脱氮效率和高除磷效率并存，有一种方法就是保持曝气池内较高的MLSS,这样可以使硝化反硝化共存于好氧区o如果在好氧区消耗一部分N03-N,就有可以在不降低TN的去除效率的情况下降低流入缺氧厌氧区的混合液的回流比。

在松江污水处理厂的二期工程中，曝气池里的MLSS浓度通常可保持在4.7g・L'硝化反硝化作用对TN的平均去除率可达15.4%,占总额的20%。

松江污水厂一期工程的曝气池里的MLSS可达5.5g-f1,有25%-30%的氮被硝化反硝化作用去除，所以二期工程的实际回流比不超过150%,比传统AA0工艺小。

因此，较好的TN去除率可以和低回流的N（VN浓度同时实现。

总之，使好氧区实现硝化反硝化同步进行可以使回流比和N03-N浓度降到一个合理的程度，进而缩短反硝化的时间，延长厌氧区的水力停留时间。

倒置AA0工艺的有机营养

如同在其他工艺中一样，有机营养直接影响倒置AA0工艺中的生物脱氮除磷过程的TN和TP的去除效率。

为了有效地脱氮除磷，BODs/TN和BODs/TP的比率要分别大于3和25。

如果进水中有足够的有机营养，倒置AAO工艺和传统AA0工艺可达到相似的处理效率。

如果进水中碳源不足，要解决反硝化细菌和聚磷菌争夺有机营养的矛盾，就需要在短时初沉池或者在初沉池后投加有机营养，有助于提高曝气池内的MLSS浓度。

第三种解决办法就是将初沉池到缺氧池和厌氧池的污水实行两点或者多点进水。

通过该二期工程可以发现：

碳源营养足够以脱氮除磷,因为COD/TN比、BODs/TN比和BODs/TP比分别为H.7、4.0和28・5,缺氧和厌氧区的水力停留时间很短，厌氧消化池的浮泥没有经过除磷就直接回流至污水处理系统，PO4-P和TP的去除效率不高。

结论

上海松江污水处理厂二期工程采用倒置AAO工艺，其运行参数如下：

平均MLSS为4.7gL\外回流系统回流比为100-150%,进水污泥负荷率0.114kgBOD5-kgMLSS-1-h-1,整个生化池的水力停留时间为12小时，运行稳定，并且CODcr,BOD5和SS去除效果良好。

对TN和NH3-N的去除负荷率分别为0.022kgTN-kgMLSS-1•d-1和0.026kgNH3-N•kgMLSS-1•d-1o平均P04-P的去除率仅为43.0%,对TP的去除率也不是很高。

因此有必要延长缺氧和厌氧阶段的水力停留时间至5.4-6小时，并且采取深度化学处理去除污泥厌氧消化上清液的磷。

曝气池中较高的MLSS浓度有助于同步进行硝化反硝化作用，因此可以降低回流比和延长厌氧池的水力停留时间。

倒置AAO工艺适用于新建污水处理厂和扩建现存污水处理厂的脱氮除磷。

致谢

作者要感谢中国科学与科技部（MOST）为研究项目提供资金支持。

这些项目编号分别是2006DFA92690和2007DFB90280。

参考

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附录

7.1清单

表3-5材料清单综合布线系统设备配置清单及报价

7.2平面布置图