水環(huán)境污染問題已經(jīng)對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時也給人們的生活帶來危害與不便，因此政府對污水中氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)提高，這給水處理行業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)與機遇。在處理污水標(biāo)準(zhǔn)提升的今天，水處理界更加重視研究、開發(fā)脫氮除磷處理的新工藝并期待其在工程應(yīng)用方面的效果。現(xiàn)在污水處理廠中廣泛應(yīng)用 A2O(厭氧 - 缺氧 - 好氧法)工藝或改良 A2O 工藝、CASS 工藝及氧化溝工藝等。

　　近年來，作為國外為克服傳統(tǒng)脫氮除磷的缺點而開發(fā)的分段進(jìn)水多級 AO 工藝工藝，資料顯示，日本是世界上運用多級 AO 工藝最為廣泛的國家之一，據(jù)日本下水道事業(yè)團(tuán)統(tǒng)計，截止到 2004 年，日本已建和在建的采用分段進(jìn)水多級AO 工藝的污水廠數(shù)量已達(dá)到 20 余座，總處理水量達(dá) 400 余萬t/d。現(xiàn)如今已在我國污水廠的改造升級中得到大力推廣和廣泛應(yīng)用。現(xiàn)階段在污水廠升級改造中多段多級 AO 工藝被普遍應(yīng)用，具體實例見表 1。且結(jié)果表明，其出水水質(zhì)均可達(dá)到設(shè)計要求，滿足了規(guī)定的新標(biāo)準(zhǔn)。

　　表 1 多段多級 AO 工藝在污水廠升級改造中的應(yīng)用實例

　　1 多段多級 AO 工藝概況

　　多段多級 AO 工藝是使生物反應(yīng)池形成多組缺氧池與好氧池交替的形式。在缺氧反應(yīng)池主要由聚磷菌利用少量碳源釋放體內(nèi)的磷且其以硝酸鹽為電子受體做無氧呼吸，產(chǎn)生的能量進(jìn)行吸磷，而污泥回流液中的硝酸鹽被反硝化菌還原脫氮，池內(nèi)以攪拌器混合并維持缺氧環(huán)境。在好氧段吸磷并使有機氮氨化，同時進(jìn)行硝化作用以及降解BOD、COD，而充分反應(yīng)后的混合液與下段進(jìn)水一起進(jìn)入下一段的缺氧反應(yīng)池，其余各段污水處理流程同首段。由進(jìn)水管分段流入每一級的缺氧段的污水既降低了前級出水的DO、pH 對后級缺氧處理的干擾又為反硝化菌提供了足夠的碳源。該工藝只需設(shè)污泥回流不必設(shè)硝化液回流，污泥由二沉池回流至第一段。反應(yīng)池出水流入二沉池，然后在其中進(jìn)行固液分離，上層清液由二沉池出水管排出流入下一個污水處理單元。剩余污泥分為 2 個部分進(jìn)行處理，一部分剩余污泥排入污泥濃縮池，另一部分通過剩余污泥回流管進(jìn)入多段多級 AO 反應(yīng)池的開始端來維持反應(yīng)池中的微生物量。從鼓風(fēng)機房接出的曝氣管由曝氣盤向各級 AO 池中的好氧池進(jìn)行曝氣，讓其保持一定的溶解氧濃度，如圖 1 所示。

　　2 多段多級 AO 工藝特點

　　多段多級 AO 工藝具有運行成本低、占地面積小、管理強度低、脫氮除磷率高和抗沖擊負(fù)荷能力強等特點。

　　2.1 運行成本低

　　由于多級 AO 工藝缺氧好氧交替排列，好氧池的混合液直接進(jìn)入下一級 AO 工藝的缺氧池，不必使用硝化液回流(內(nèi)回流)設(shè)施，與 A2O 工藝相比，這樣能夠減小很多電耗，可以在一定程度上降低運行成本。

　　同時由于多段進(jìn)水的優(yōu)勢，可對有機碳源進(jìn)行充分利用，節(jié)省投加碳源的成本。

　　2.2 占地面積小

　　該工藝中反應(yīng)池的 MLSS(混合液懸浮固體濃度)明顯要比其他工藝高，因此單位池容可處理的污水負(fù)荷較大，在處理污水量相同的情況下，多段多級 AO 工藝可以縮小建筑面積，節(jié)省建設(shè)費用。如果在污水廠改造中，由于原有工藝的占地面積比較大，給遠(yuǎn)期建設(shè)預(yù)留的場地相對較小，那么就非常適合采用該工藝。

　　1- 污水進(jìn)水管;2- 多段多級 AO 反應(yīng)池;3- 攪拌裝置;4-AO 反應(yīng)池出水管;5- 二沉池;6- 二沉池出水管;7- 剩余污泥排放管;8- 剩余污泥回流管;9- 曝氣管;10- 曝氣盤圖 1 多段多級 AO 工藝流程

　　2.1 管理強度低

　　該工藝由于設(shè)計上采用在各段中以等量營養(yǎng)源對應(yīng)等量生物量，所以各段的污泥負(fù)荷基本相同，因此在運行中可采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的方式對各段進(jìn)行管理。例如各段好氧池需要的需氧量相同，可以采用同樣的曝氣設(shè)備，并維持相同的溶解氧濃度。而且由于采用相同的管理方式便于及時發(fā)現(xiàn)某段出現(xiàn)的問題并進(jìn)行解決。

　　2.2 脫氮除磷率高

　　多段進(jìn)水在按比例分配好每一段的碳源的同時，也使反應(yīng)池內(nèi)混合液懸浮固體濃度得到提高。而污泥的回流及水力停留時間的延長讓好氧段產(chǎn)生的硝態(tài)氮可反復(fù)反硝化脫氮，提高了脫氮的效率。厭氧環(huán)境中聚磷菌把磷排出體外，在好氧環(huán)境中超量攝取磷，因此厭氧、好氧輪換進(jìn)行反應(yīng)，也大大地提高了磷的去除效率。而反硝化菌和聚磷菌在串聯(lián)交替的缺氧好氧環(huán)境也可以更好地生長繁殖。

　　2.3 抗沖擊負(fù)荷能力強

　　多段進(jìn)水相對于單一進(jìn)水能夠分配污水負(fù)荷，降低了由于各種原因?qū)е碌倪M(jìn)水污染物濃度變化對系統(tǒng)的沖擊，加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗沖擊負(fù)荷能力。

　　3 影響多段多級 AO 工藝處理效率的主要因素

　　3.1 溫度對處理效率的影響

　　硝化菌與反硝化菌等微生物對溫度變化敏感，在我國北方漫長寒冷的冬季，平均水溫在 4 ℃ ~15 ℃的情況下，其活性受到嚴(yán)重影響。根據(jù)污水處理廠在低溫環(huán)境下的運行經(jīng)驗，水溫降低會導(dǎo)致有機物、氮磷去除效果受到較大影響，污泥沉降性能變差，液面產(chǎn)生大量泡沫并伴隨結(jié)冰，出水水質(zhì)受到影響。

　　有實驗數(shù)據(jù)表明，在水溫為 10 ℃的情況下，(1)COD的去除效果良好，出水 COD 平均去除率可穩(wěn)定達(dá)到 87.6 %。出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。(2)運行期內(nèi)，前期的氨氮去除效果較差，后期的出水中，NH3-N 平均去除率達(dá)到 97.1 %，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。(3)前期因硝化效果不理想出水總氮較高。中后期出水 TN 的平均處理效率達(dá)到 67.2 %，脫氮率遠(yuǎn)高于同條件下傳統(tǒng)活性污泥法的脫氮率。(4)前期的低溫的抑制作用，導(dǎo)致磷的平均去除率很低。后期聚磷菌等微生物適應(yīng)了低溫環(huán)境，高磷污泥的規(guī)律排放為除磷提供了保證，出水 TP 的去除效率達(dá)到 94.3 %，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

　　如果在冬季水溫確實很低或者進(jìn)水總氮維持在較高濃度的情況下，可使段內(nèi)回流全部開啟以達(dá)到出水總氮的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，可在最末級出水端采用投加化學(xué)絮凝劑的方法進(jìn)一步確保出水總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。而在水溫較高的夏季或者進(jìn)水總氮維持在較高濃度的情況下，可使段內(nèi)回流全部關(guān)閉。這樣可使生物除磷效果達(dá)到最佳。既保證了出水總氮達(dá)標(biāo)，又減少了除磷藥劑的投加量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行的目的。

　　3.2 BOD5污泥負(fù)荷對處理效率的影響

　　研究顯示 BOD5 污泥負(fù)荷對多段多級 AO 工藝穩(wěn)定良好地處理有機污染物不構(gòu)成影響 ：當(dāng)其在 0.02 d-1~0.15 d-1 時，磷去除率與 BOD5 污泥負(fù)荷成正相關(guān)，而 TN 的去除率在其為 0.05 d-1~0.10 d-1 時最佳。

　　2.1 污泥齡對處理效率的影響

　　該工藝可加強內(nèi)源反硝化脫氮反應(yīng)，其反應(yīng)強度與污泥齡成正相關(guān)，但高泥齡使污泥量偏大。氨氧化菌活性基本不受污泥齡的影響，而亞硝酸鹽氧化菌活性受其影響較嚴(yán)重。

　　2.2 反應(yīng)器段數(shù)對處理效率的影響

　　該工藝的每一個反應(yīng)池都近似于完全混合反應(yīng)器，串聯(lián)數(shù)量越多，整體系統(tǒng)就越接近于推流反應(yīng)器，而在處理效率上推流反應(yīng)器遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于完全混合反應(yīng)器。但是考慮到段數(shù)與占地面積的關(guān)系，工程上多段多級AO 工藝的段數(shù)一般為2~4段。

　　2.3 流量分配比對處理效率的影響

　　流量分配比是該工藝穩(wěn)定運行、有效脫氮的關(guān)鍵，其硝化速率與污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷的成明顯的正相關(guān)。流量比最優(yōu)，能高效利用碳源，并降低出水總氮。

　　2.4 A、O 容積比對處理效率的影響

　　系統(tǒng)的脫氮處理效率與硝化效果直接受到該工藝的 A、O 容積比影響。在工程中，驗證了 0.6 為最佳 A、O 容積比，能讓生物池各段更好地處理污水，使有機氮盡可能地被硝化和反硝化，而偏小或偏大均會影響氮磷去除效果并導(dǎo)致缺氧池的二次釋磷。

　　3 問題和展望

　　(1)附著式生長系統(tǒng)具有很多懸浮式生長系統(tǒng)不具備的優(yōu)勢，應(yīng)多開展這方面研究。

　　(2)在 TN 污泥負(fù)荷對處理程度的影響這方面的探究比較缺乏，需要進(jìn)一步研究，得出合適的波動范圍，方便實際應(yīng)用過程中的管理。

　　(3)應(yīng)根據(jù)低溫環(huán)境對系統(tǒng)處理效率的影響機理，從HRT、進(jìn)水分配比、SRT、A、O 池容積比等多因素綜合考慮，進(jìn)而達(dá)到良好運行，穩(wěn)定出水。

　　目前該工藝在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而且局限在研究證明其在低溫、低碳源及較高 BOD5 污泥負(fù)荷情況下均有良好表現(xiàn)，這使其具有良好的發(fā)展與研究前景，值得推廣應(yīng)用。