摘要：部分进水与回流污泥进入第一段缺氧区，而其余进水则进入第二段缺氧区。在反应器中形成一个污染物浓度梯度。分段进水系统在不增加反应池出流M LSS的质量浓度的情况下，反应器平均污泥浓度增加，终沉池的水力负荷与固体负荷没有变化。同时系统中每一段好氧区产生的硝化液直接进入下一段的反硝化区进行反硝化，无需硝化液内回流设施，反硝化区利用废水中的有机物作为碳源，在不外加碳源的条件下，达到较高的反硝化效率。该工艺兼顾了除磷和反硝化对碳源的需求，提高系统除磷脱氮的整体效果，同时取消了硝化混合液的回流，与传统A O工艺相比可节约1／3的能源。结果表明分段进水两级A/O工艺有较好的脱氮除磷效果，当Q1／Q 2为2：1～ 1：1时，其TKN 去除率为80%以上,C0D去除率为90以上，PO43-去除率可达50%以上[1]。
关键词：分段进水两级A/O工艺,脱氮除磷,浓度梯度
0、引言
解决水体富营养化问题的关键，是对污水进行有效的脱氮除磷处理[2]．城市污水脱氮处理新工艺较多，但大多数工艺由于投资大、运行费用高或控制条件要求严等原因，难以发挥应有的作用．分段进水两级A/O工艺是日本提出的新标准活性污泥法的一种形式。新标准活性污泥法是好氧·缺氧组合的生物处理处理工艺，在好氧池中注入微气泡氧气辅助生物循环处理，可有效的去处BOD、COD、P、N等污染物。而分段进水两级A/O工艺是促进硝化的活性污泥法，是一种分段进水的生物脱氮技术，是传统A/O工艺的改良形式。理论上，在传统A/O工艺处理城市污水中，生物脱氮效率与活性污泥回流比成正比，回流比大，进入反硝化区的硝酸盐量增大，氮的去除率就会提高。为维持较高的脱氮效果，必须同时加大污泥回流量和硝化液回流量，但这样势必增加污水厂日常运行费用及硝化液回流给缺氧区带入的溶解氧量，而溶解氧会大量消耗废水中的易降解有机基质，从而影响脱氮速率。为了克服传统 A/O 工艺的这一不足，Irvine and Ketchum，Jones 和 Dem uynck 等人提出采用短时缺氧与好氧交替操作来替代传统的单段长时缺氧和好氧运行的新思路[3]。在此基础上，Kayser 和 ATV 提出将进水量分成 2 (或者更多)等份，分别进入各段缺氧区。随后，许多学者分别对此进行研究，提出根据进水水质调整工艺各段进水流量分配、缺氧区与好氧区的容积、污泥龄以及污泥回流比等运行参数，形成分段进水生物脱氮工艺。图1为分段进水两级A/O工艺流程：
............略
1、实验装置及方法
1.1实验装置
试验装置由两套A/O反应器组成，材质均为无色有机玻璃，装置的总尺寸为350mm x120mm X150mm，反应器的有效容积为6.3L，四个反应器的体积比分别为缺氧池1：好氧池1：缺氧池2：好氧池2=1:2:1.5:2.5,两个好氧池反应器底部装有2个砂芯微孔曝气头，通过气泵供氧，缺氧段采用转速为100 r／min的恒定转速搅拌器。好氧状态的DO为2～3mg／L；缺氧状态的DO为0．03～0．45mg／L，出水接入二沉池。
污泥取自西安北石桥污水净化中心氧化沟中的种泥，根据微生物生长对营养的要求，按照BOD ：N：P=100：5：1进行污泥驯化。污泥驯化采用好氧培养驯化，每天约曝气20h。且每天更换新鲜污水。约15d后．观察到污泥呈浅黄色．镜检结果显示其中的原生动物大部分为钟虫和轮虫．系统内MLSS约为3000mg／L。且曝气12h后CODcr与TN去除率分别达80％与60％以上时，即认为驯化结束。
1.2原水和水质指标分析方法
试验原水采用人工模拟污水，用隔夜的自来水加葡萄糖、淀粉、碳酸氢铵、尿素、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾等来模拟污水水质。配制后水质如表1所示。
表1 人工配水水质
|
水质指标 |
CODCR |
TN |
NH3-N |
TP |
PH值 |
|
mg/L |
300-500 |
40-65 |
30-55 |
5-10 |
6.5-7.5 |
水质指标分析方法：CODcr：标准重铬酸钾法；TN、NH3一N：蒸馏和滴定法；NO3--N：酚二磺酸分光光度法；DO：YSI55型溶解氧仪；pH值：PHS一3C型酸度计；MLSS：105oC干燥减量法。
2、实验结果与分析
当水力停留时间为5h,进水比分别为1：1和2：1时，对系统进行实验
2．1进出水COD的变化
试验过程中COD的去除效果见图2。
图2 COD去除效果图（略）
从图中可知，进水COD的浓度基本在300 mg／L-600 mg／L，出水COD的平均浓度小于50 mg／L ，平均去除率分别为91．03％，说明该工艺对COD具有较好的去除效果。进水的COD浓度波动较大而出水CO D浓度值比较稳定，说明该工艺对有机物去除效果好且具有较强的耐冲击负荷的能力。
2．2 进、出水NH3-N的变化
图3 氨氮去除效果图（略）
氨氮去除效果分析：
工况一：进水氨氮在19.4～33.7mg/L之间，平均氨氮浓度为25.4mg/L，波动较小，系统对氨氮的平均去除率为79.4%，出水氨氮浓度控制在1.3～8.1mg/L之间，平均出水氨氮浓度为5.2mg/L，出水较不稳定，处理效果一般。
工况二：进水氨氮在13.2～30.9mg/L之间，平均氨氮浓度为21mg/L，水质波动较大，系统对氨氮的平均去除率为87.7%，出水氨氮浓度控制在1～3.9mg/L之间，平均出水氨氮浓度为2.6mg/L，出水水质稳定，处理效果好于工况一。
2．3 进、出水TN的变化
图四总氮去除效果图（略）
总氮去除效果分析：
工况一：进水总氮浓度在30.1～46.6mg/L之间，平均总氮浓度为38.6mg/L，波动较小，系统对总氮的平均去除率为73.2%，出水总氮浓度控制在6.7～15.5mg/L之间，平均出水总氮浓度为10.4mg/L，处理效果一般。
工况二：进水总氮浓度在25.2～40.2mg/L之间，平均总氮浓度为32.5mg/L，水质稳定，系统对总氮的平均去除率为78.0%，出水总氮浓度控制在5.8～8.2mg/L之间，平均出水总氮浓度为7.2mg/L，出水水质稳定，处理效果好于工况一。
2． 4 进、出水TP的变化
图5 总磷去除效果图（略）
总磷去除效果分析：
工况一：进水总磷浓度控制在2.6～4.2mg/L之间，平均总磷浓度为3.3mg/L，波动较小，系统对总磷的平均去除率为60.3%，出水总磷浓度控制在0.8～1.8mg/L之间，平均出水磷的浓度为1.3mg/L，处理效果一般。
工况二：进水总磷浓度控制在2.6～4.2mg/L之间，平均总磷浓度为3.2mg/L，波动较小，系统对总磷的平均去除率为66.3%，出水总磷浓度控制在0.8～1.3mg/L之间，平均出水磷的浓度为1.1mg/L处理效果好于工况一。
综上所述： HRT=5H，污泥负荷为0.3 kgCOD/kgMLSS·d时，系统对污染物的去处效果较好。
3、分段进水生物脱氮工艺的特点
（1）脱氮效率高
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A —剩余污泥中的氮含量，g[N」/g[SS]；
XE —剩余污泥的质量浓度，g/m3；
QE —剩余污泥的排放量，m3/d；
Q —流入反应器的水量，m3/d。
以图3—3为例，（图略）分段进水A/O工艺在碳源、溶解氧等反硝化、硝化条件良好的情况下，反硝化脱氮部分的去除率为:
式中: r —回流污泥比，%；
n —反应器段数。
反应器级数越多，脱氮效率越高。可见分段进水A/O工艺可以在常规活性污泥回流比下，不需硝化液回流，就可获得较高的脱氮效率。实验表明，NH3-N的平均去除率为82.5-96%。
（2）节省基建投资
对分段进水A/O工艺反应器进行M LSS质量平衡计算，对于最后一段可以得到以下表达式:
表达式 （略）
式中: Xn —最后一段好氧池的M LSS的质量浓度，即进入终沉池的M LSS的质量浓度，mg/L；
Xr —回流污泥M LSS的质量浓度，mg/L。
同理，对反应器其余段可得出各段混合液浓度表达式:
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—流入第m段反应器的水量，m3/d。
由式(4)、式(5}可知，在反应器出水M LSS不变的情况下，分段进水A/O工艺比一般前置反硝化工艺的污泥平均浓度要高，在其它条件不变时，反应器容积可减小，因而节省基建投资。
（3）降低运行费用
由于好氧区硝化液直接进入下一级缺氧区，不需要设置硝化液回流设施，即无内回流。而对于传统A/O工艺，除50%——100%污泥回流外，还需200%——300%的硝化液回流。K inraku ji-cho等通过对分段进水缺氧/好氧活性污泥系统的研究指出，采用分段进水具有低能耗的特征，由于系统不需硝化液回流，仅需50%左右的污泥回流，因此回流系统能耗降低70%左右。实际运用中，可根据季节、进水水质及水量的变化调整分段进水的流量分配比例，取得较为理想的出水效果。
（4）碱度满足要求
由于采用分段进水，硝化、反硝化间歇进行，硝化过程中被消耗的碱度，在反硝化过程中可以得到一定程度的补偿，这样在整个系统中，碱度不会发生很大的变化，pH值基本上能维持在7—8之间，这非常接近于同步硝化反硝化，在整个脱氮过程中一般不需要再补充碱度。
（5）抗冲击负荷强
由于分段进水反应器内混合液流态界于平推流与全混流之间，属于非理想流反应器，在运行方式上为“整体推流，局部混合”。另外，该工艺还可以根据进水量、水质特性和环境条件的变化，灵活调整运行方式，因此与传统A/O工艺相比，能较好的承受冲击负荷。实验表明，即使进水的COD、SS、NH3-N、TN波动较大，出水水质也可以保持相对稳定，TCOD、SCOD平均去除率分别在90%和84.5%,出水SS值一般不会超过10mg/L。
不同地区，污水温度也不同，为了达到有效节能的污水处理，可以根据活性污泥新标准法作调整。当水温低于10℃时，可选择AOOO工艺，15℃～30℃时，可选择AOAO工艺，30℃以上时，可选择AAOO工艺，进行有效的季节性工艺调整[5]；
选择生物除氮，除COD，加PAC药剂脱磷。除磷使用药剂和水量的比例为0.01%，去除率可达90%以上，从而一次性达到脱氮除磷、去除COD的目的；
经过4个月的运行调试以后，该处理系统的出水水质达到了国家《污水综合排放标准》（GB18918—2002）一级A排放标准。
参考文献
[1]郑兴灿．城市污水生物除磷脱氮工艺方案的选择研究[J]．给水排水，2000，26(5)：1-4．
[2]吴燕,安树林.废水除磷方法的现状与展望[J].天津工业大学学报,2001,20（1）：74～78
[3]蔡文正.日本水体污染的现状与对策[J].世界环境,1988，2:15～18
[4]曹国民,赵庆祥,高广达.生物除磷脱氮工艺技术研究[J].中国环境科学,1996,16（1）：68～72
[5]H．Y．Chang，C．F．Ouyang．Improvement of nitrogen and phosphorus removal in the anaerobic—oxic—anoxic—oxic (AOAO )process by stepwise feeding [J]．Wat．Sci ．Tech．，2000，42(3／4)：89 94.
