AB法工藝優(yōu)化脫氮除磷的探討
AB法污水處理工藝是一種新型兩段生物處理工藝，是吸附生物降解法的簡(jiǎn)稱。該工藝將高負(fù)荷法和兩段活性污泥法充分結(jié)合起來(lái)，不設(shè)初沉池，A、B兩段嚴(yán)格分開(kāi)，形成各自的特征菌群，這樣既充分利用了上述兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了兩者的缺點(diǎn)。所以AB法工藝具有較傳統(tǒng)活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。但AB法工藝不具備深度脫氮除磷的條件，對(duì)氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，容易引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化。
1 AB法工藝的特點(diǎn)與脫氮除磷的效果
1.1 AB法工藝的運(yùn)行機(jī)理及特點(diǎn)
AB法工藝對(duì)污染物的去除主要是通過(guò)A段的吸附絮凝作用。A段直接與污水排水管網(wǎng)相接，污水中懸浮物與細(xì)菌混雜在一起成為結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的共存體，也為A段提供了大量的接種微生物。A段中的短世代周期的微生物在高負(fù)荷條件下處于對(duì)數(shù)增殖期，同時(shí)也產(chǎn)生大量的粘性物質(zhì)，使其與污水中的懸浮物、顆粒以及游離的細(xì)菌等產(chǎn)生吸附絮凝，形成較密實(shí)的絮凝體，然后通過(guò)沉淀去除；通過(guò)生物氧化去除的比例較小。實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐表明：A段以絮凝吸附去除的有機(jī)物大約占去除總量的65%。B 段對(duì)有機(jī)物的去除機(jī)制與普通活性污泥法相似。AB法工藝的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：(1)不設(shè)初沉池，污水經(jīng)排水系統(tǒng)直接進(jìn)入A段曝氣池，使整個(gè)排水系統(tǒng)起到一個(gè)生物選擇器的作用；為A段生物反應(yīng)池提供了與原污水相適應(yīng)的微生物種群。(2)A段吸附曝氣池在高負(fù)荷、短泥齡條件下運(yùn)行，微生物處于對(duì)數(shù)增殖期，繁殖較快，活性高。B段曝氣池以中低負(fù)荷運(yùn)行，整體有利于避免污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。(3)A段和B段串聯(lián)運(yùn)行，各自設(shè)沉淀池，單獨(dú)回流，將A段和B段污泥嚴(yán)格分開(kāi)，形成各自的特征生物菌群。(4)A段主要是利用以物理化學(xué)作用為主導(dǎo)的吸附作用去除污水中的污染物質(zhì)。因此，對(duì)負(fù)荷、pH值、溫度及毒物有一定的適應(yīng)能力。
1.2 AB法工藝與脫氮除磷
AB法工藝對(duì)氮、磷的去除以A段的吸附去除為主。污水中的部分有機(jī)氮和磷以不溶解態(tài)存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通過(guò)沉淀轉(zhuǎn)移到固相中，同時(shí)生物同化也可以去除一部分以溶解態(tài)存在的氮和磷。傳統(tǒng)的AB法工藝的總氮去除率約為30%～40%；對(duì)磷的去除以A段的高效吸附絮凝作用為主，A段對(duì)磷的去除率約為35%～50%，是傳統(tǒng)一段活性污泥法的兩倍以上；剩余的磷進(jìn)入B段用于B段的微生物的合成而得到進(jìn)一步去除。這樣AB法工藝整體顯示出了比傳統(tǒng)活性污泥法高的氮、磷的去除效果。但是AB法由于自身組成上的特點(diǎn)，決定了其對(duì)氮、磷的去除量有限，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
首先，生物脫氮過(guò)程包括硝化和反硝化兩個(gè)部分，最終使氮以氣態(tài)的形式釋放到大氣中而達(dá)到從污水中去除的目的。由于A段對(duì)BOD的去除率高而對(duì)氨氮去除的很少，使得進(jìn)入B段的BOD/N值降低，這樣有利于硝化菌的生長(zhǎng)，使B段充分完成硝化過(guò)程；由于常規(guī)的AB法工藝沒(méi)有反硝化過(guò)程，雖然氨氮得到去除，但是導(dǎo)致了硝態(tài)氮的增加，硝態(tài)氮的存在使出水依然難以達(dá)到污水排放對(duì)氮含量的要求。其次，對(duì)于磷來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的AB法工藝不能為聚磷菌提供優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的厭氧/好氧條件，因此不能充分發(fā)揮生物除磷的作用。磷的去除主要是利用A段的吸附絮凝作用，主要去除的也是以懸浮態(tài)存在的磷。但城市污水中以懸浮態(tài)存在的磷的比例有限，因此磷的去除率也有限。雖然AB法表現(xiàn)出比普通活性污泥法好的除磷效果，但出水也很難達(dá)到對(duì)磷的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
對(duì)于AB法工藝來(lái)說(shuō)，它不具備同時(shí)脫氮除磷的條件，對(duì)氮、磷的去除率很難進(jìn)一步提高。
2 AB法工藝優(yōu)化脫氮除磷的改進(jìn)設(shè)想
目前對(duì)AB法工藝優(yōu)化脫氮除磷改進(jìn)、運(yùn)用在實(shí)際工程中并取得良好效果的ADMONT工藝和泰安污水處理廠的A+A2/O工藝，都是在原有的基礎(chǔ)上對(duì)B段進(jìn)行了改造，但是沒(méi)有充分利用高負(fù)荷、短泥齡條件下的A段的生物除磷潛力。
2.1 改進(jìn)思路及設(shè)想
為了充分利用A段的除磷作用，筆者按照A/O除磷和A/O脫氮的思路分別對(duì)A段和B段進(jìn)行改進(jìn)，即在原來(lái)的A段前加一個(gè)厭氧池；厭氧池水利停留時(shí)間按1h左右設(shè)計(jì)。B段也按A/O方式運(yùn)行。具體工藝流程如下圖。
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2.2 改進(jìn)工藝的可行性
A/O法工藝在高效生物脫氮除磷中的作用已經(jīng)形成了一套完善的理論和處理模式。污水在管網(wǎng)系統(tǒng)中經(jīng)歷了厭氧或者缺氧過(guò)程，進(jìn)入A段厭氧池與A段沉淀池回流的污泥混合后很快便進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，部分難降解的有機(jī)物在厭氧水解條件下轉(zhuǎn)化成小分子易降解的有機(jī)物，提高了污水的可生化性能。同時(shí)除磷菌在大量的溶解性易降解有機(jī)物存在的條件下完成厭氧釋磷過(guò)程，混合液進(jìn)入A段吸附曝氣池后，除磷菌又在好氧條件下完成了過(guò)量吸磷。部分以懸浮態(tài)存在的磷也可以通過(guò)吸附絮凝作用進(jìn)入到污泥中。污泥在經(jīng)過(guò)沉淀后通過(guò)剩余污泥的排放達(dá)到去除磷的目的。上清液在B段A/O工藝中完成脫氮。這一過(guò)程在理論和實(shí)踐上都是可行的。
2.3 用兩段A/O法對(duì)AB工藝進(jìn)行改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)
2.3.1 A/O法工藝在脫氮和除磷中的區(qū)別
A/O法工藝在脫氮、除磷中的主要區(qū)別為：(1)對(duì)于脫氮，A/O工藝指的是缺氧/好氧，其中缺氧是指廢水中無(wú)分子氧而有硝態(tài)氮的存在。對(duì)于除磷，A/O工藝指的是厭氧/好氧，其中厭氧指的是既沒(méi)有分子氧也沒(méi)有硝態(tài)氮的存在。(2)二者在組成上大致相同，但是在反應(yīng)器的容積上有所不同。主要表現(xiàn)在廢水的停留時(shí)間上有所不同。在脫氮A/O工藝中，廢水在缺氧池的停留時(shí)間較短，在好氧池的停留時(shí)間較長(zhǎng)，以利于硝化反應(yīng)的完成。而在除磷A/O工藝中，廢水在厭氧池的停留時(shí)間較長(zhǎng)以形成有利于釋磷的厭氧條件，同時(shí)在好氧池的停留時(shí)間較短以利于聚磷菌過(guò)量吸收磷。(3)泥齡不同。由于硝化菌屬于自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)速率慢，世代周期較長(zhǎng)，在脫氮A/O工藝中必須保持曝氣池的長(zhǎng)泥齡以利于其生長(zhǎng)。磷的去除是以污泥的形式排放，要求系統(tǒng)多排泥，也就是要求除磷A/O工藝泥齡較短。從這三方面的區(qū)別來(lái)看，AB法工藝的A段和B段正好提供了改造成A/O除磷和A/O脫氮的條件。
2.3.2 改進(jìn)后的AB法工藝的優(yōu)點(diǎn)
(1)解決了傳統(tǒng)脫氮除磷過(guò)程中的碳源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。傳統(tǒng)的脫氮除磷過(guò)程中碳源主要消耗在釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌正常代謝等方面。改進(jìn)后的AB法工藝將除磷和脫氮分開(kāi)，在A段厭氧/好氧吸附過(guò)程中完成對(duì)磷的去除，在B段缺氧/好氧過(guò)程中充分完成脫氮作用。在A段中由于吸附曝氣池的高負(fù)荷、短泥齡和短停留時(shí)間使得系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行硝化，回流污泥不會(huì)攜帶硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，也就不會(huì)發(fā)生反硝化過(guò)程，從而保證了微生物厭氧釋磷的充分完成。
改善了進(jìn)入B段中污水的BOD/N值，有利于B段完成硝化和反硝化反應(yīng)。
(2)解決了同一系統(tǒng)中硝化和除磷的泥齡矛盾問(wèn)題。硝化菌屬于自養(yǎng)型專性好氧菌，繁殖速率慢，世代周期長(zhǎng)，如要在系統(tǒng)內(nèi)保持硝化菌的較好生長(zhǎng)，就要求有較長(zhǎng)的泥齡。而聚磷菌多為世代周期短的微生物，可以在較短的泥齡下正常生長(zhǎng)，并且生物除磷的唯一渠道是通過(guò)剩余污泥的排放，這就要求采用短泥齡來(lái)增加排泥量，以取得高的除磷率。另外，泥齡過(guò)長(zhǎng)還會(huì)由于有機(jī)質(zhì)的不足而使污泥發(fā)生“自溶”現(xiàn)象，即污泥在好氧狀態(tài)下吸收的磷又重新釋放到水中。改進(jìn)后的AB法工藝采用A段除磷和B段脫氮，將聚磷菌和硝化菌嚴(yán)格分開(kāi)，利用了A段的高負(fù)荷、短泥齡實(shí)現(xiàn)很好的除磷效果，在B段的低負(fù)荷和長(zhǎng)泥齡又有利于硝化菌的生長(zhǎng)，達(dá)到了很好的脫氮目的。這樣就解決了脫氮除磷過(guò)程中存在的泥齡矛盾的問(wèn)題。
(3)充分利用了傳統(tǒng)AB法工藝的負(fù)荷高、投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低以及處理效率高的特點(diǎn)。同時(shí)又增加了脫氮除磷功能，特別是A段將高負(fù)荷吸附絮凝除磷和生物除磷相結(jié)合，達(dá)到了更好的除磷效果。
(4)改進(jìn)后的AB法工藝只是在A段前加了一個(gè)容積很小的厭氧池，在B段增加了一套混合液回流管線，B段的缺氧/好氧運(yùn)行也可以通過(guò)B段曝氣池的分格實(shí)現(xiàn)，這些在實(shí)際的工程建設(shè)和改造中都很容易實(shí)現(xiàn)。
3 結(jié)語(yǔ)
AB法工藝作為一種穩(wěn)定、高效的污水處理工藝，具有投資省、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但不具備深度脫氮除磷的功能。改進(jìn)后的AB法工藝，克服了同一系統(tǒng)中脫氮和除磷在碳源上的競(jìng)爭(zhēng)以及泥齡矛盾的問(wèn)題，能夠達(dá)到很好的脫氮除磷效果，具有很好的發(fā)展前景。
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