霍鵬

國電東北環(huán)保產業(yè)集團有限公司，中國·遼寧 沈陽 110136

1 引言

氮是生物生長過程中必須要用到的一類元素，而在水體中如果有大量的氮存在的話將會導致水體富營養(yǎng)化。根據(jù)相關資料表明，在水體中無機氮的濃度達到了0.3mg/L 時，其就已經是富營養(yǎng)化了，這種濃度下水中的藻類將大量繁殖，這將導致水中的溶解氧濃度較低，一方面威脅到了其他生物的生長安全，間接導致水質變差。另一方面有一些藻類存在毒素，將直接威脅到水源的安全。所以為了能降低水體中的氮含量，論文探究A2O 工藝在污水脫氮中的效果，并分析其節(jié)能能力。

2 中國水污染現(xiàn)狀

就目前中國的污水排放形式來看，工業(yè)廢水占據(jù)了百分之七十左右，這些廢水對于農業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等都造成了不小的影響，而水中的污染物質大多都進入了河流和土壤，對當?shù)氐乃丛斐闪似茐?，在表面上表現(xiàn)出惡臭、渾濁的狀態(tài)，而在使用時也容易導致中毒、癌癥等。在氮源方面，目前中國地表水水質中大多以NH4+-N 的形式存在[1]。

3 中國水污染治理現(xiàn)狀及A2O 工藝

3.1 A2O 工藝

所謂A2O 污水處理工藝，其全稱為厭氧/缺氧/好氧生物脫氮除磷工藝。該工藝發(fā)明自美國，其基本原理就是在于生物脫氮以及生物除磷。在A2O工藝中，污水直接進入?yún)捬醭?、缺氧池和好氧池，最后通過二沉池后得到過濾，在其工藝流程中，好氧池與缺氧池構成了硝化液內回流體系，而二沉池則直接與厭氧池構成外回流體系，專門用于污泥回流。可以說，A2O 污水處理工藝具有非常好的污水處理效果，而中國的污水處理工作也大量的應用該工藝[2]。

3.2 A2O 工藝的優(yōu)點及其延伸

A2O 工藝具有一套比較固定的污水處理流程，其將厭氧菌放置在流程的第一個位置是充分的利用厭氧菌群能在高濃度和高有機物的環(huán)境下生存，能達到更好的處理效果。而在具體的處理過程中，A2O 工藝將脫氮和除磷放在一個流程中，簡化流程的同時也提升了效果?？梢哉f，在目前中國的工業(yè)廢水和城市污水處理中，A2O 技術是最為有效的技術，并且在厭氧、缺氧和好氧細菌的交替運行下，絲狀菌無法得到繁殖，這也就抑制了污泥的膨脹，同時也會使污泥中存在大量的磷，所以其可以用為化肥。基于A2O 的這些優(yōu)點，中全球對A2O的研究也越來越多，目前已經有廣泛應用的A2O 工藝延伸技術有倒置A2O 工藝、UCT/MUCT 工藝、JHB 工藝等[3]。

4 A2O 工藝污水處理廠優(yōu)化脫氮

4.1 好氧段填料投加

為了加強A2O 系統(tǒng)在低溫下的脫氮效果，可以在好氧段加強投料，促進系統(tǒng)的脫氮能力。論文依照相關試驗，對進水量、內回流比、外回流比進行設置，并控制反應器厭氧段、缺氧段和好氧段溶解氧的濃度。通過研究可知，在投加填料前氨氮的去除率在70%，而投料后則達到了86%，這是由于低溫下雖然硝化細菌的世代間隔長，生長速度滿，但是在投加填料后硝化細菌將獲得更好的生長空間——生物膜，這就使硝化細菌的硝化效率增加，抵消了因為生長緩慢帶來的低效問題。[4]。

4.2 前端聚合鋁鐵投加

為了能確保A2O 系統(tǒng)處理效率，可以在該系統(tǒng)的曝氣池前段投加不同量的聚合鋁鐵。在投加聚合鋁鐵的初期階段，可以發(fā)現(xiàn)污水中總氮的平均去除率與聚合鋁鐵投加量有著十分密切的關系，其存在一個標準投加量線。在標準投加量線以下時，總氮的去除率將小于總氮的平均去除率，并且隨著投加量的增大而減小。而在標準投加量線以上，總氮的去除率將飆升至平均去除率以上，并隨著投加量的增大而減小。而對于氨氮來說，在聚合鋁鐵投加量在標準投加量以下時，氨氮去除率會隨著投加量的增大而增大，明顯高于出水濃度。而在標準投加量以上時，其出水平均濃度有著非常明顯的降低，也就是說無論是否在標準投加量線附近，氨氮的去除率都會隨著投加量的增大而增大，這意味著在前端投加聚合鋁鐵將有利于NO3--N 的去除。究其原因，處于較高投加量A2O 系統(tǒng)的好氧段異氧菌活性、硝化菌活性增加，而亞硝化菌活性降低，抑制了后生動物，提高硝化效率，從而達到了較好的脫氮效果。而處于標準投加量線附近的硝化菌與異氧菌濃度都較小，所以去除率不高[5]。

4.3 末端聚合鋁鐵投加

在進一步研究A2O 運行效率的過程中，有研究發(fā)現(xiàn)在末端投加聚合鋁鐵也能達到一定的效果，在運行階段可以看出，在末端各段加入聚合鋁鐵對總氮的去除率影響并不大，各階段對總氮的去除率差異也很小。而研究發(fā)現(xiàn)，相比于前端聚合鋁鐵的加入，在末端投加聚合鋁鐵將更加有效的降低NH4+-N，這意味著雖然聚合鋁鐵在曝氣池前端的投加會對硝化細菌產生一定的抑制，但是在后端加入?yún)s能降低其不利影響。

4.4 復合聚鐵投加

鐵鹽和鋁鹽中，鐵和鋁都以三價金屬離子的形式存在，但是鐵的相對原子質量是鋁的兩倍，而復合聚鐵這類高分子混凝劑在水中能水解成絮凝態(tài)的水解產物，其吸附性較好，所以如果能用在A2O 系統(tǒng)出水的水質保障上將發(fā)揮出非常好的效果。在A2O 曝氣池末段投加復合聚鐵可以發(fā)現(xiàn)，在溫度升高的過程中，其脫氮效率也會逐漸增加。另外，除了溫度，污泥齡也會對硝化效果產生影響，根據(jù)研究表明污泥齡越長，溫度對硝化效率的影響越大，但是當污泥齡達到一定范圍后溫度對硝化效率的影響不大。

4.5 聚合鋁鐵投加

在上述的研究中可以發(fā)現(xiàn)，聚合鋁忒的投加效果對A2O整體系統(tǒng)的生物活性有著較大的影響，包括對系統(tǒng)的污泥齡、沉降性、微生物活性和群落等的影響。在投加了聚合鋁鐵后，系統(tǒng)中的活性污泥微生物群落結構雖然不變，但是總生物量卻減少，這意味著聚合鋁鐵的投入將使單位體積內的污泥活性降低。那么在污泥齡和污泥沉降性方面，聚合鋁鐵的投加將使剩余的污泥量有明顯的增加，使硝化細菌的污泥齡長，反硝化氮菌的污泥齡卻較短，這對于A2O 系統(tǒng)的脫氮效率有著極大的影響。

5 A2O 工藝節(jié)能效果

在污水處理規(guī)模越來越大的背景下，污水處理工作的能耗就越來越大，所以如何能降低污水處理廠的能耗已經成為目前污水處理廠發(fā)展的重點所在。

5.1 A2O 工藝與能源消耗

A2O 工藝是中國應用最為廣泛的一類污水處理技術工藝，其從本質上來說就是一類將厭氧菌、好氧菌結合使用、合理組合得到的一個處理系統(tǒng)，通過將硝化菌、反硝化菌等對氮進行去除。而在工藝流程中，污水和污泥的提升、生物處理單元的曝氣、混合與推進、污泥濃縮與脫水、污泥回流等環(huán)節(jié)都將消耗大量的電能，嚴重的時候可以占到總能耗的90%，而最低也將占到總能耗的60%，而這顯然不符合中國的可持續(xù)發(fā)展與能源發(fā)展戰(zhàn)略，所以對A2O 工藝進行節(jié)能處理是非常有必要的，在微觀層面能為污水處理廠減小電能成本開支，提高經濟效益，而在宏觀層面看則是節(jié)省電能，為中國能源事業(yè)做出貢獻。

5.2 A2O 工藝節(jié)能關鍵

為了能在保證脫氮效率的前提下減小節(jié)能，需要針對于A2O 工藝的幾個關鍵流程進行分析。目前已知的對A2O 工藝性能有著較大影響的因素有HRT、混合液回流、污泥回流比等，特別是后兩者將直接對脫氮效率和節(jié)能效率產生影響。通過實驗表明，將內回流比設置為180%時，總氮的去處效率最好，而當內回流比更高時則會導致好氧段的溶解氧會回流到缺氧段，這將直接影響反硝化的進行，氨氮去除效率也會受到影響。在高回流比下，可以在缺氧段中加入一些有機碳。而對于外回流比來說，外回流比在一定范圍內提高會使A2O 系統(tǒng)內的生物段污泥濃度升高，這會有利于有機物的去除，但是這將會使硝態(tài)氮和溶解氧進入?yún)捬鯀^(qū)，使厭氧區(qū)的去磷效率降低，而出水硝態(tài)氮的濃度則會明顯的升高。

5.3 曝氣降耗分析

首先是A2O 工藝中好氧段分格控氧措施，這對于提高系統(tǒng)運行效能有著非常有效的作用。在好氧段的第一格中，溶解氧很高的話，一部分沒有被激活的污泥所利用的溶解氧將會不斷通過回流來進入缺氧池，而在該過程中，其會與硝酸鹽競爭電子宮體，這將直接影響系統(tǒng)的反硝化性能。所以如果能針對于A2O 工藝好氧段第一格中的溶解氧進行控制，那么曝氣階段的能耗將能大量降低，這將節(jié)省大量的電源。而在好氧段的第2 格與第3 格中，高濃度的溶解氧會引起系統(tǒng)的反硝化效率，但是能更加明顯的去除氨氮，所以在實際的處理過程中可以針對于好氧段的末端溶解氧濃度進行提高，從而保證脫氮的效率。

5.4 具體措施

對于A2O 工藝來說，膜單元的能耗和水處理量能耗是主要的能耗單元和技能單元，可以通過優(yōu)化膜池擦洗曝氣強度降低膜單元能耗的管理方法，將膜池的溶解氧量進行控制，并且調整好氧池容積強化工藝脫氮的精細化管理措施，使其具有良好的脫氮效果，同時增加缺氧池的容積以及控制其含氧量。由于膜單元的耗能較大，所以在整個A2O 工藝降耗的過程中，膜單元是主要的針對對象，需要污水處理廠的管理人員能根據(jù)實際情況，找到適合本地污水處理的最好的膜擦洗曝氣強度。當然，在脫氮中后置缺氧池也十分重要，其影響因素也很多，所以要加強HRT、好氧池DO 濃度、污泥齡、硝化液回流點、回流比等多方面的設計，從而保障后置缺氧池的脫氮效率。當然，對于好氧池鼓風機這類設備的運行頻率已經達到了最低情況，所以也沒有必要再對其進行降耗措施。

6 結語

綜上所述，論文分析了A2O 工藝脫氮優(yōu)化的具體措施，并分析了A2O 工藝的節(jié)能措施。為了能促進中國的水資源發(fā)展，維護中國的水環(huán)境和水資源安全，需要針對于工業(yè)廢水和城市污水進行處理，目前A2O 工藝已經在中國有了非常廣泛的應用，而后續(xù)的優(yōu)化和使用研究也還在繼續(xù)。