何國(guó)富¹， 張 波^２，華光輝³， 周增炎¹
（1.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境工程學(xué)院，上海 200092；2.山東省環(huán)保局，山東濟(jì)南 250000；
3.?Department of Civil and Environmental Engineering,University of Massachusetts,Amherst,MA01003 ,USA）

　　摘　要：針對(duì)AB法的運(yùn)行特點(diǎn)及在脫氮除磷方面的局限性，采用了外加碳源、間歇曝氣等措施來(lái)強(qiáng)化AB法的脫氮除磷功能。小試結(jié)果表明，僅利用廠(chǎng)內(nèi)碳源(即將A段部分污泥回流到間歇曝氣池)仍不能實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)意的除磷效果，同時(shí)從廠(chǎng)外引入碳源(投加乙酸鈉或引入高濃度啤酒廢水)則系統(tǒng)的脫氮除磷效果將有較大的改善。
　　關(guān)鍵詞：AB法；間歇曝氣；脫氮除磷；碳源
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)09-0012-04

Study on the Enhanced AB Process for Removal of Phosphorus and Nitrogen
He Guo-fu¹， Zhang Bo²， Hua Guang-hui³， Zhou Zeng-yan¹
(1.School of Environmental Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;? 2.Shangdong Provincial Environmental Protection Bureau,Jinan 250000,China ;3.Department of Civil and Environmantal Engineering, Univers ity of Massachusetts,Amherst,MA01003 USA)

　　Abstract：In response to the operating characteristic of AB process and its limitation in
removal of phosphorus and nitrogen,AB process was enhanced by dosing carbon sources and using intermittent aeration.The test result showed that enhanced biological removal of phosphorus couldn‘t be achieved in the system only by utilizing the carbon sources in the system (sludge was kept in A-stage and part o f sludge was returned to intermittent aeration tank);while the desirable removal of phosphorus and nitrogen could be obtained by introducing carbon sources out of the system (by means of sodium acetate dosing and introduction of high strength brewery wastewater).
　　Keywords:AB process; intermittent aeration; biological nitrogen and phosphorus removal; carbonsources

　　由于AB法不具備脫氮除磷功能^［1］，因此國(guó)內(nèi)數(shù)家已采用AB工藝的城市污水處理廠(chǎng)客觀上要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以使出水氮、磷達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止，大多數(shù)的做法是將B段改進(jìn)為A/O或A²/O生物脫氮除磷工藝，或輔以物化除磷措施。這些改造方法通常需對(duì)原有設(shè)施進(jìn)行不同程度的改建或擴(kuò)建，故投資較大。而間歇曝氣工藝是在對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法的改造實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的一種脫氮除磷工藝(其顯著特點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，硝化、反硝化、釋磷、吸磷過(guò)程可在同一反應(yīng)池內(nèi)完成)，采用該工藝進(jìn)行改造時(shí)原有設(shè)施可不作變更，只需定時(shí)供氣、停氣或數(shù)組曝氣池通過(guò)閥門(mén)的交替切換輪流供氣，在實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的同時(shí)可達(dá)到有效利用原有設(shè)施和降低改造成本的目的^［2］。
　　在前期研究成果的基礎(chǔ)上擬采用間歇曝氣和從增加進(jìn)水碳源入手探討強(qiáng)化AB法脫氮除磷功能的可行性。

1 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)在青島海泊河污水處理廠(chǎng)(采用AB法)進(jìn)行。以粗格柵后的渠道進(jìn)水為原水，經(jīng)貯水箱后由微型計(jì)量泵送入A段曝氣池(取水管頭部設(shè)置網(wǎng)罩)。接種污泥取自青島李村河污水處理廠(chǎng)( 采用改良的A/O工藝)。小試裝置如圖1所示。
　　進(jìn)水為連續(xù)流，流量為3.3L/h。A段曝氣池設(shè)計(jì)HRT為0.5h；將B段曝氣池改為間歇曝氣池，出水口分別按HRT為6、8、10h設(shè)計(jì)，增氧泵由時(shí)間繼電器控制啟閉以實(shí)現(xiàn)間歇曝氣，同時(shí)B段設(shè)機(jī)械攪拌槳進(jìn)行連續(xù)攪拌；中間沉淀池和二沉池均采用豎流式，設(shè)計(jì)HRT分別為1.5h和4.2h。

2 結(jié)果與討論

　　各工況的運(yùn)行條件及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各工況運(yùn)行條件和試驗(yàn)結(jié)果 運(yùn)行工況 工況1 工況2 工況3 工況4 工況5 工況6 工況7 工況8 曝氣方式 曝氣3 h，
停氣3 h 曝氣3 h，
停氣3 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣3 h，
停氣5 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣4 h，
停氣4 h 曝氣4 h，
停氣4 h B段HRT(h) 10 10 8 10 10 8 10 8 B段泥齡(d) 8 8 10 8 8 10 8 10 回流比(%) A段 100 100 100 100 100 100 100 100 B段 150 150 100 100 100 100 100 100 內(nèi)循環(huán)比(A～B)(%) 　 65 65 65 65 65 65 65 MLSS(mg/L) 2.24 2.55 3.76 3.11 3.66 4.54 3.33 4.33 DO(mg/L) 3.2 3.1 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.3 溫度(℃) 25 26 26 28 28 29 29 29 COD 進(jìn)水(mg/L) 571 *496 728 830 *500 797 678 671 出水(mg/L) 70.4 53.2 52.4 45.8 30.4 38.7 39.8 46.8 去除率(%) 87.7 89.2 92.8 94.5 93.9 95.1 94.1 93.0 NH₃-N 進(jìn)水(mg/L) 63.2 58.2 47.9 32.7 32.5 36.4 39.8 36.4 出水(mg/L) 11.0 5.6 5.42 3.86 4.10 3.85 3.8 9.2 去除率(%) 82.6 90.4 88.7 88.2 87.3 89.4 90.5 74.7 TN 進(jìn)水(mg/L) 77.4 75.7 61.2 42.58 37.6 43.3 45.3 46.8 出水(mg/L) 31.8 16.0 19.2 8.07 8.30 7.25 8.34 12.6 去除率(%) 58.9 78.9 68.6 81.0 77.9 83.3 81.6 73.1 PO₄^3--P 進(jìn)水(mg/L) 6.86 6.42 7.08 7.82 6.50 5.75 7.25 7.00 出水(mg/L) 5.77 5.55 5.08 1.63 0.78 0.85 2.25 1.10 去除率(%) 15.9 13.6 28.2 79.2 88.0 85.2 69.0 84.3 進(jìn)水TN/COD 1∶7.4 1∶6.6 1∶12 1∶20 1∶13 1∶19 1∶15 1∶14 進(jìn)水PO₄^3--P/COD 1∶83 1∶77 1∶102 1∶106 1∶77 1∶138 1∶94 1∶96 　　 注： ① 工況1進(jìn)水為原水，中間沉淀池未向間歇曝氣池回流污泥；②工況2進(jìn)水為原水，同時(shí)從中間沉淀池向間歇曝氣池回流污泥；③ 工況3進(jìn)水為經(jīng)物化除磷后的污泥與原水按為1∶70的體積比混合而成；④工況4、5、6是向進(jìn)水中投加乙酸鈉以提高有機(jī)物濃度；⑤工況7、8是向進(jìn)水中投加啤酒廢水以提高有機(jī)物濃度。⑥標(biāo)有*的COD為溶解性COD。

2.1 僅利用廠(chǎng)內(nèi)碳源
　　該階段試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表1中工況1、2、3。工況1中若考慮A段對(duì)有機(jī)物的去除(去除率為50%)，則B段進(jìn)水的COD/TN值為3.7，BOD₅/COD值為0.48，BOD₅/TN值為1.78，而理論上BOD₅/TN≥2.86才能保證反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行^［3］，故此時(shí)進(jìn)水的C/N值過(guò)低，碳源無(wú)法滿(mǎn)足脫氮的需求。另外由于污水廠(chǎng)A段曝氣池能有效去除有機(jī)物，致使B段進(jìn)水COD值偏低也是反硝化碳源不足的一個(gè)重要原因。在這種水質(zhì)條件和運(yùn)行參數(shù)下難以獲得較高的脫氮效率。
　　工況2與工況1相比，多了一套將污泥從A段引入間歇曝氣池(B段曝氣池)的循環(huán)系統(tǒng)，這樣反硝化效果就好得多，說(shuō)明A段曝氣池的剩余活性污泥是一種有效的碳源，對(duì)緩解脫氮除磷的碳源矛盾起一定的作用(這與A段對(duì)有機(jī)物的去除主要靠吸附作用有關(guān))。工況3對(duì)TN的去除率較高(68.6%)，原因是將消化池進(jìn)泥經(jīng)物化除磷處理后按一定比例回流到進(jìn)水水箱，故進(jìn)水COD較高(700mg/L)，同時(shí)將部分A段污泥引入B段也在一定程度上緩解了碳源不足的矛盾，結(jié)果出水NOx-N比工況1減少8mg/L左右，對(duì)TN的去除率比工況1提高了10%左右。
　　對(duì)于PO₄^3--P而言，工況1對(duì)其的去除率為15.9%，工況2、3對(duì)其的去除率均低于30%(沒(méi)有實(shí)現(xiàn)生物強(qiáng)化除磷)。
　　為了探討間歇曝氣工藝的脫氮除磷機(jī)理，在每一曝氣、停氣周期內(nèi)定時(shí)從間歇曝氣池中取出混合液，經(jīng)過(guò)濾后測(cè)定NOx-N和PO₄^3-P的變化。
　　從測(cè)定結(jié)果可知，雖然增加間歇曝氣池進(jìn)水的碳源可部分緩解系統(tǒng)碳源不足的矛盾并提高對(duì)ＴＮ的去除率，但出水NOx-N仍偏高，碳源仍顯不足，致使系統(tǒng)在停氣期厭氧狀態(tài)而不具備過(guò)度吸磷條件。工況3較工況1、2對(duì)PO₄^3--P的去除率提高了15%左右，這主要與工況3的污泥濃度較高有關(guān)。
　　上述試驗(yàn)結(jié)果表明，以污水廠(chǎng)的實(shí)際進(jìn)水為原水，小試裝置能有效去除有機(jī)物且達(dá)到了良好的硝化效果；但由于試驗(yàn)進(jìn)水的有機(jī)物含量和C/N值偏低，碳源無(wú)法滿(mǎn)足脫氮的需求，致使反硝化作用不充分，停氣階段達(dá)不到厭氧狀態(tài)，系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)生物強(qiáng)化除磷。將小試系統(tǒng)部分A段污泥回流到間歇曝氣池(工況2)使TN去除率有較大的提高，但停氣階段后期的NOx-N濃度仍較高，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全厭氧狀態(tài)，系統(tǒng)仍不具備生物強(qiáng)化除磷功能。這說(shuō)明對(duì)于AB法，將部分A段污泥引入間歇曝氣池是一種緩解系統(tǒng)碳源不足、強(qiáng)化脫氮的有效方法，而且它還能減少污泥處理量，但僅采取這種措施不能同時(shí)滿(mǎn)足脫氮除磷對(duì)碳源的要求，需與其他措施相結(jié)合。
2.2 以乙酸鈉作外碳源
　　此階段試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表1中的工況4、5、6。NH₃-N和PO₄^3--P在一個(gè)曝氣、停氣周期內(nèi)的變化情況見(jiàn)圖2、3。

　　①曝氣方式
　　不等時(shí)曝氣、停氣(工況4)和等時(shí)曝氣、停氣方式(工況5、6)對(duì)間歇曝氣池各水質(zhì)指標(biāo)產(chǎn)生了較大的影響。
試驗(yàn)中工況4的COD波動(dòng)范圍較大，出水穩(wěn)定性比工況5、6差。在停氣過(guò)程中由于硝化菌的硝化作用受抑制，NH₃-N濃度隨停氣時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，而停氣段過(guò)長(zhǎng)將影響系統(tǒng)出水水質(zhì)，工況4中NH₃-N隨時(shí)間的變化印證了這一點(diǎn)。
　　從PO₄^3--P隨時(shí)間的變化看，工況4中聚磷菌好氧3 h時(shí)超量吸磷能力沒(méi)完全發(fā)揮便進(jìn)入對(duì)吸磷不利的缺氧段，然后厭氧釋磷系統(tǒng)雖然存在明顯的釋磷、吸磷現(xiàn)象，但出水PO₄^3--P仍然偏高；而工況6的吸磷能力則得到了充分發(fā)揮，聚磷菌在好氧段的前2h內(nèi)已將PO₄^3--P降低到極低水平(＜0.2mg/L)并一直維持到缺氧段結(jié)束，然后轉(zhuǎn)入?yún)捬踽屃祝鋮捬踽屃椎乃俣纫蚕喈?dāng)快。
　　綜合以上分析，等時(shí)曝氣方式在對(duì)COD、NH₃-N及PO₄^3--P的去除方面優(yōu)于不等時(shí)曝氣方式。需要指出的是，選擇曝氣方式需根據(jù)具體水質(zhì)而定，一般情況下不要使停氣時(shí)段超過(guò)曝氣時(shí)段。
　　② 污泥回流比
　　污泥回流比大則回流中帶入的NO₃-增多。在停氣時(shí)段一定的條件下，缺氧段愈長(zhǎng)則厭氧段愈短，但在一定范圍內(nèi)厭氧段越長(zhǎng)對(duì)除磷越有利，故回流比降低利于除磷。同時(shí)，為了保證間歇曝氣池中污泥濃度和硝化反應(yīng)的正常進(jìn)行，回流比應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)(回流比≥100%)。
　　③ HRT和泥齡
　　HRT和泥齡不同，則污泥濃度和污泥負(fù)荷會(huì)有較大差別，運(yùn)行結(jié)果也就不相同。通常泥齡延長(zhǎng)，污泥濃度上升，利于硝化菌生長(zhǎng)和在污泥中取得優(yōu)勢(shì)地位，但生物強(qiáng)化除磷主要是靠排除富磷剩余污泥來(lái)實(shí)現(xiàn)，且聚磷菌世代期較短，在一定范圍內(nèi)縮短泥齡有利于生物除磷，同時(shí)考慮到上述相互矛盾的兩方面，故常控制泥齡在8～12d。
　　試驗(yàn)前期的研究結(jié)果表明，B段HRT為6h太短，不能同時(shí)滿(mǎn)足硝化、反硝化、吸磷、釋磷的要求。本試驗(yàn)將HRT增為8h或10h，運(yùn)行結(jié)果表明HRT為8h即可達(dá)到滿(mǎn)意的脫氮除磷效果。
　　試驗(yàn)表明，進(jìn)水中C/N值是影響強(qiáng)化AB法脫氮除磷功能的決定性因素之一，而厭氧環(huán)境則是生物強(qiáng)化除磷的先決條件之一。在碳源充足時(shí)采用間歇曝氣以強(qiáng)化AB法脫氮除磷功能是可行的，小試裝置出水能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)TN 和PO₄^3--P的去除率均在80%以上。
2.3 以啤酒廢水作外碳源
　　現(xiàn)階段城市污水廠(chǎng)靠投加外碳源來(lái) 強(qiáng)化其脫氮除磷功能的可行性不大，能否利用易降解的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水(如啤酒廢水)為碳源，使其不經(jīng)處理或僅經(jīng)預(yù)處理便引入城市污水廠(chǎng)以提高進(jìn)水COD濃度值得進(jìn)行一定的研究。
　　試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，向進(jìn)水水箱中投入少量啤酒廢水，以后逐日增加啤酒廢水投量。約兩周后使混有啤酒廢水的進(jìn)水COD達(dá)到700 mg/L左右，繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間開(kāi)始正式試驗(yàn)，即工況7、8的試驗(yàn)(結(jié)果見(jiàn)表1)。
　　從表1可見(jiàn)，以啤酒廢水為外碳源是有效的，但對(duì)磷的去除效果仍不夠理想。

3 結(jié)論

　　① C/N值是影響采用間歇曝氣措施以強(qiáng)化AB法脫氮除磷功能的決定性因素之一，在碳源充足的情況下采用這一措施是可行的。?　② 將部分A段污泥引入間歇曝氣池和將硝化池進(jìn)泥經(jīng)物化除磷后與原水按一定比例混合作為進(jìn)水是緩解系統(tǒng)碳源不足、強(qiáng)化脫氮的有效手段，能夠提高系統(tǒng)對(duì)TN的去除率，但它們都不能同時(shí)滿(mǎn)足脫氮除磷對(duì)碳源的要求，要徹底解決脫氮除磷的碳源不足問(wèn)題，僅從污水廠(chǎng)內(nèi)部考慮碳源是不夠的。
　　③ 以啤酒廢水為外碳源是有效的，但應(yīng)同時(shí)考慮除磷的對(duì)應(yīng)措施。
　　④ 適當(dāng)延長(zhǎng)間歇曝氣池(B段曝氣池)的HRT是必要的。
　　⑤ 厭氧環(huán)境是強(qiáng)化生物除磷的先決條件之一，應(yīng)進(jìn)一步探討厭氧歷時(shí)和泥齡對(duì)除磷的影響。

參考文獻(xiàn)：

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　　作者簡(jiǎn)介：何國(guó)富(1975-)，男，湖北黃崗人，同濟(jì)大學(xué)在讀博士生，研究方向?yàn)樗廴究刂啤?br> 　　電　　話(huà)：(021)65985972
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　　收稿日期：2002-02-26