向仁軍¹，張在峰²，李和平
（1.湖南省環境保護科學研究所,湖南長沙410004；2.湖南省環保局,湖南長沙410007
3.長沙市第一污水處理廠,湖南長沙410005）

　　摘要：用自行研制的一體化厭氧好氧生物除磷脫氮工藝裝置對A／O系統的除磷脫氮效果進行了試驗研究，結果表明：該裝置實現了污泥的無泵自動回流，較傳統的A／O工藝節能15%以上；同時具有結構緊湊、占地少、投資低、操作方便及除磷脫氮效果較好等特點。
　　關鍵詞：A/O工藝；除磷脫氮；一體化裝置?
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2000)04-0014-03

Integrative A/O Device for Biological Phosphorous and Nitrogen Removal

XIANG Ren jun¹,ZHANG Zai feng ², LI He ping ³

(1.Hunan Research Institute for Environ. Protection Sci., Changsha 410004, China; 2.Hunan? ?Prov. Environ. Protection Bureau, Changsha 410007， China; 3.No.1 Wastewater Treatment Plant of Changsha,Changsha 410005，China)

　Abstract：An experimental study was carried out to investigate the effects and influential factors of A/O phosphorous and nitrogen removal process with a self - made integrative device. Results showed that the integrative A/O device could recycle sludge automatically without pump and achieve good effect in phosphorus and nitrogen removal under simple operation with less area and investment demand.
　　Keywords:A/O process; phosphorous and nitrogen removal; integrative device

1 試驗裝置與方法

1. 1 試驗裝置
　　為了解決污泥（A／A／O工藝還包括混合液）回流需用泵輸送而導致能耗偏高的問題，根據A／O工藝的基本原理，設計并制作了能無泵自動回流污泥的一體化厭氧好氧生物除磷脫氮工藝裝置（見圖1）。

　　裝置分為三個部分，即厭氧區、好氧區和沉淀區。污水用泵輸入厭氧區，經厭氧后自流至好氧區進行反應后，自流進入沉淀區進行泥水分離；沉淀區上清液排出，底部污泥自動回流到厭氧區，剩余污泥從排泥管排出。
　　裝置設計中通過如下幾個方面的改進實現了污泥的無泵自動回流：①改變沉淀區遠離厭氧區的常規設置法，使沉淀區緊靠厭氧區，從而縮短了污泥回流距離；②利用污泥與厭氧區混合液比重的差異，合理設計沉淀區泥斗及污泥回流通道，使污泥向厭氧區自沉；③改進攪拌器的設計，充分利用攪拌過程形成的負壓，將污泥吸入厭氧區；④改進厭氧區設計，使其形成很好的軸向混合效果。
　　試驗裝置厭氧區、好氧區和沉淀區體積分別為20、60和20 L。為了便于變換操作條件，采用接觸調壓器對攪拌電機實行無級調速；好氧區用隔板分成5段，體積分別為10、10、10、10和20 L；污泥回流比則通過回流通道閥門控制。
1.2 試驗方法
　　用一體化裝置進行連續運行試驗，檢驗該裝置的可行性，并探索合理的工藝運行參數。試驗分兩個階段進行，第一階段處理人工合成污水，第二階段處理長沙市第一污水處理廠一沉池出水，其流程見圖2。

　　用自吸泵將一沉池出水抽入原水貯槽（人工合成污水試驗時，配水直接在原水貯槽中進行），再由柱塞計量泵送入厭氧區，厭氧區用可調電動攪拌器攪拌以保證反應區內混合均勻；厭氧后的混合液自流進入好氧區，好氧區用氣泵進行曝氣；曝氣后的混合液自流進入沉淀區，在此實現泥水分離，沉淀區上清液排出、污泥自動回流至厭氧區，剩余污泥從排泥管排出。連續運行試驗工藝控制參數見表1。

表１　連續運行試驗工藝參數 項目 合成污水 一沉池污水 1(運行23d) 2(運行20d) 3(運行25d) 4(運行28d) 流量（L/h） 8.3 9.1 14.2 15.8 水溫（℃） 24.5 23.1 24.7 25.5 停留時間（h） 厭氧 2.4 2.2 1.4 1.3 好氧 7.3 6.6 2.8 3.2 BOD負荷
[kgBOD/kgMLSS] 0.18 0.27 0.15 0.36 COD/TKN(C/N) 7.63 13.20 3.57 7.81 污泥回流比（%） 199 226 182 109 泥齡（d） 20 20 20 20

2 試驗結果及分析

　　連續運行試驗結果見表2。

表2　連續運行試驗結果

mg/L 項目 合成污水 一沉池污水 １ ２ ３ ４ BOD 進水 109 155 41 96 出水 2.3 9.7 4.4 12.1 去除率(％) 97.7 94.4 89.4 87.5 COD 進水 235 345 81.5 156 出水 12.0 42.0 28.0 24.0 去除率(％) 94.5 88.3 65.1 84.5 TP 進水 5.77 5.72 1.98 2.70 出水 2.04 1.28 1.16 0.34 去除率(％) 64.7 76.9 41.2 84.9 TN 進水 29.30 29.90 22.89 19.90 出水 5.52 5.37 9.40 7.50 去除率(％) 80.9 81.1 58.3 60.4

2.1 節能效果
　　表3列出了天津紀莊子污水處理中試廠、廣州大坦沙污水處理廠和本裝置的生物除磷脫氮污水處理部分的能耗情況。

表3 生物除磷脫氮污水處理能耗情況 名稱 工藝 能耗情況 總耗 攪拌 污泥回流 混合液回流 好氧曝氣 天津紀莊子污水處理中試廠
(kW.h/m³_污水) A/A/O 0.1219
(100%) 0.0251
(20.6) 0.017
(13.9%) 0.0307
(25.2%) 0.0491
(40.3%) 0.0491廣州大坦沙污水處理廠
（kW） A/A/O 699
(100%) 126
(18.0%) 192(27.5) 381(54.5%) 一體化生物除磷脫氮裝置(kW.h/m³_污水) A/O 0.1036
(100%) 0.0588
(56.8%) 0.0488
(43.2%)

　　表3表明，A/A/O生物除磷脫氮工藝中，污泥回流和混合液回流兩部分的能耗占污水處理部分總能耗的27%～39%，其中污泥回流部分為14%左右。一體化厭氧好氧生物除磷脫氮工藝裝置實現了污泥的無泵自動回流，可比常規工藝節能15%左右。此外，1.1節中所述改進污泥回流系統設計的4條原理，除第2條外其余均可應用于改進A/A/O工藝中的混合液回流系統，實現混合液的無泵自動回流，預計可節能20%左右。?
2.2 污水處理效果
　　通過近5個月的連續運行試驗，一體化生物除磷脫氮裝置污水處理去除率為：BOD為87.5%～97.7%、COD為65.1%～94.5%、TP為41.2%～84.9%、TN為58.3%～81.1%，均優于同期長沙市第一污水處理廠的處理效率。值得一提的是，對于氮磷含量不是太高的南方城市生活污水，只要選擇適當的工藝參數，采用簡單的A/O工藝流程便可實現除磷脫氮，而不必采用復雜的A/A/O工藝流程。
2.3 工藝參數
　　① C/N。在試驗1、2中，C/N分別為7.63和13.2，其他各項運行條件基本相同，結果兩者TN脫除效果基本相同。而試驗2中總磷去除效果明顯優于試驗1，說明其他運行條件基本相同時，C/N的提高會明顯改善除磷效果；或者說C/N的減少會首先影響磷的去除。本試驗認為，C/N＞7～8為宜。
　　② 污泥回流比。A/O工藝無缺氧段，要實現脫氮必須增大污泥回流比，使好氧過程生成的NO₃-N隨污泥一起回流至厭氧段，在厭氧段完成反硝化。表4列出了試驗3、4的NO₃-N濃度變化。

表4　NO₃^--N濃度變化情況

mg/L 試驗序號 原水 出水 實際進水 厭氧出水 反硝化量 反硝化率 備注 ３ 0.41 2.92 2.03 0.89 1.14 56.2% r=1.82
C/N=3.5 ４ 0.38 3.01 1.75 0.19 1.56 89.1% r=1.09
C/N=7.8

　　表4表明，由于試驗4的污泥回流比低于試驗3，隨污泥一起回流至厭氧段的NO₃-N減少，加之C/N由3.57提高到7.81，改善了反硝化效果，形成了較好的厭氧狀態，厭氧出水中NO₃-N濃度僅為0.19 mg/L，遠低于試驗3的0.89 mg/L。NO₃-N的減少和C/N的提高同時促進了磷的厭氧釋放，從而有助于磷的好氧吸收，提高了磷的去除效果。表4還表明，雖然C/N的增大較好地改善了反硝化程度，反硝化率由56.2%提高到89.1%（增幅58.7%），但由于回流比減少，實際隨污泥進入厭氧段的NO₃-N量降低，導致反硝化量增幅小得多（僅為36.8%），因而TN去除率改善不明顯。同樣，試驗2與試驗1相比較，雖然C/N的增大顯著地改善了TP的去除效果，但由于回流比提高不多，兩種條件下TN去除水平相當。因此，在反硝化范圍內，增大回流比可提高脫氮率，本試驗推薦采用200%左右的污泥回流比。
　　③ 停留時間。無缺氧段的A/O工藝要實現除磷脫氮，厭氧段必須具有完成反硝化和磷的釋放兩種功能，且優先完成反硝化過程；厭氧段停留時間應包括反硝化時間和磷的釋放時間。因此，A/O工藝中的厭氧停留時間一般應大于擁有缺氧段的生物除磷脫氮工藝中的厭氧停留時間。本試驗認為，A/O工藝厭氧停留時間以1.5～2.2 h合適。

3 結論

　　① 一體化厭氧好氧生物除磷脫氮工藝裝置具有結構緊湊、占地少、投資省、操作方便等特點。
　　② 一體化厭氧好氧生物除磷脫氮裝置實現了污泥的無泵自動回流，較常規工藝節能15%左右。
　　③ 對于磷、氮含量不高的南方城市生活污水，只要選擇適當的運行參數，采用簡單的A/O工藝便可實現除磷脫氮，不必采用復雜的A/A/O工藝。
　　④ C/N增大有助于除磷脫氮；要使A/O工藝具有較佳的除磷脫氮效果，C/N＞7～8為宜。
　　⑤ 在反硝化范圍內，增大污泥回流比有助于脫氮；若要兼顧除磷，宜采用200%左右的污泥回流比。A/O工藝厭氧停留時間應稍長于A/A/O工藝，以1.5～2.2 h為宜。

參考文獻：
［1］錢易.環境管理與技術［M］.北京：中國環境科學出版社，1994.
［2］嚴煦世.水和廢水技術研究［M］.北京：中國建筑工業出版社，1992.451-590.

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基金項目：湖南省科委基金資助項目(93-128-3)

作者簡介：向仁軍(1966-)，男，湖南人，湖南省環境保護科學研究所助理研究員，學士，研究方向：水污染治理技術。
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