倒置AAO工艺的生产性试验研究陈宏斌1，唐先春1，董斌1，高廷耀1，Martin Wagner21 中国上海同济大学污染控制和资源化研究实验室2 IWAR Institute, Technical University of Darmstadt, 64287 Germany摘要倒置缺氧/厌氧/好氧工艺（倒置AAO工艺）是上世纪90年代中期开发出来的用于脱氮除磷的污水处理工艺。

本文主要阐述了松江污水处理厂（中国）二期工程倒置AAO工艺处理城市污水的运行效果、运行参数以及影响因素。

近两年的运行结果表明：对CODCr 、BOD5、SS、NH3-N和TN具有较好的处理效率，对TN 和NH3-N的处理效率分别达到了0.022 kg TN·kgMLSS-1·d-1和 0.026 kg NH3-N·kgMLSS-1·d-1。

然而，对PO4-P和TP的去除率却并不高。

因此，我们提出了一个除磷效率更高的改进措施。

运行结果表明：倒置AAO工艺不仅适用于新建的污水处理厂的脱氮除磷，同样也适用于现有的脱氮除磷效率不高的污水处理厂改造和扩建。

关键词：硝化反硝化除磷倒置AAO工艺城市污水引言氮和磷是城市污水中导致受纳水体富营养化的主要因素。

生物硝化、反硝化和除磷工艺是经济的可行的控制排放水水质的方法。

生物脱氮除磷技术主要有：AAO工艺系列，氧化沟工艺和序批式活性污泥工艺（SBR法）。

不同菌种脱氮除磷的新陈代谢过程是需要在缺氧，厌氧和好氧条件下进行的。

在AAO工艺和氧化沟工艺中，可通过搅拌、曝气和污泥回流等方法实现上述条件。

SBR工艺是一个以时间顺序实现缺氧，厌氧，好氧的AAO工艺。

在中国，AAO工艺广泛应用于许多污水处理设施。

传统的AAO工艺有很多优点，同时也有两个缺点：1）需要两个回流系统，其总回流比不少于300％；2）从二沉池抽走的剩余污泥有部分没有完全经过厌氧，缺氧和好氧阶段，这可能会减少总磷（TP）的去除率。

Qasim和Udomsinrot把内回流和外回流系统并为一个外回流系统进行试验性研究，将回流污泥被直接抽入曝气池的入口处，这一措施使处理工艺取得了较高的TN和TP的去除率。

对只有外回流系统的倒置AAO工艺去除城市污水中氮和磷效果的深入研究表明倒置AAO工艺对总磷的去除率有所提高，对总氮的去除率与传统AAO工艺差不多。

另有研究表明：良好的除磷效率不仅包括释放磷的程度的功能和聚磷菌对PHB的吸收量，还包括水力停留时间和在厌氧阶段氧化还原电位。

倒置AAO工艺是上世纪90年代末提出的以实现城市污水的生物同步脱氮除磷技术。

其主要特点：污水依次经过缺氧、厌氧和好氧阶段以去除生物营养物；只有一个回流系统和在生物反应池中具有相对较高的混合液悬浮固体浓度。

对倒置AAO 工艺处理不同城市污水的初期和中期试验表明，当关闭传递硝酸盐的内回流系统和增加外回流系统污泥回流比至100 - 200％时，好氧池具有稳定高效的脱氮除磷效率。

这一积极有效的措施降低了污水处理的能耗。

倒置AAO工艺适用于那些现存的没有脱氮除磷功能的污水处理厂的改造。

生产性试验研究表明倒置AAO 工艺也适用于新建的污水处理厂。

松江污水处理厂二期工程是上世纪90年代末设计和建设的，采用的是早期的倒置AAO工艺，本文根据近两年的运行数据对其污水处理效果进行了评估。

材料与方法松江污水处理厂坐落于上海西南部，包括分别建设于上世纪80年代中期的一期工程和90年代末期的二期工程。

一期工程以去除污水BOD5和SS为目标，处理能力为18,000m3·d-1。

为实现脱氮除磷功能，二期工程采用倒置AAO工艺，处理能力为50,000 m3·d-1。

嗜温厌氧消化有助于污泥稳定。

二期工程的流程图在本文中已给出。

松江污水处理厂的进水包括80%的生活污水和20％的工业废水：前者主要来自于松江新城区的污水管道系统，还有少量来自于老城区的黑水；后者则来自于附近的企业。

与常规污水管道系统中的污水相比，其平均CODCr , BOD5, TKN 和TN浓度都比较高。

由于高浓度的污水进入污水处理工艺，进水中的污泥负荷也将增大。

二期工程主要的设计和运行参数如下：初级沉淀池该工程采用两座直径35米高4米的圆形沉淀池沉淀分离大颗粒悬浮固体。

其设计比表面积容积负荷为1.5 m3·m-2·h-1，水力停留时间为2小时。

曝气池工程采用两座矩形曝气池用于生物法去除有机物、脱氮除磷，每一座曝气池有效容积尺寸为：52×39×6 m3，设计水力停留时间为12小时。

每座曝气池组成一个系列，都分为三个廊道，其中第一个廊道又分为4格（见图1）。

前三格池子内安装了搅拌器，第四格安装了鼓风曝气系统（盘片式）。

设计水力停留时间缺氧区和厌氧区与好氧区的比例为1:3。

曝气池设计悬浮固体浓度为4.0g·L-1，进水有机负荷为0.10 kg BOD5·kg MLSS-1·d-1。

外回流系统将二沉池中富含硝酸盐的污泥回流至曝气池入口处，最大回流比为200％。

二次澄清剂二沉池采用的是4座圆形辐流沉淀池来进行泥水分离。

每座沉淀池直径35米深4米，设计表面负荷0.76 m3·m-2·h-1，水力停留时间4小时。

二期工程于2001年初投入运营。

一般情况下，污水厂日流量在38,000-52,000 m3·d-1，年平均流量在43,000-45,000 m3·d-1。

由于进水CODCr , BOD5,SS, TN 和TP浓度大于设计值，实际平均BOD5进水负荷为0.114 kgBOD5·kgMLSS-1·d-1。

在运行期间，采用短时间初次沉淀有助于将更多的营养物带入曝气池，这有利于脱氮除磷。

尽管有许多固体被带入曝气池，池内的悬浮固体浓度可保持在4.5 gL-1以上。

实际曝气率（气水比）在7.5:1到8:1之间。

在曝气池出口处溶解氧浓度（DO）大约为3.0 mg/L。

污泥的循环利用率为100%至150%，正常情况下平均为120%，污泥停留时间为12至15天。

结果除了一个半月的设备修理外，该项目连续23个月的每周平均运行数据被进行了不间断的记录。

下图2-7绘出了主要污染物、CODCr 、BOD5、N 和 P的详细变化情况。

COD Cr 、BOD 5和SS 的去除进水COD Cr 在435至1680间变化，夏季周平均值最高1443mg ·L -1，冬季周平均值最低450mg ·L -1。

平均进水COD Cr 浓度为918.6 ± 306.7 mg ·L -1 ，COD 负荷率两季节都和设计值一样，为0.34 kg ·Kg MLSS -1·h -1。

为控制运营期间出水水质达标，可曝气池的悬浮固体浓度增加至4.5gL -1。

根据图2，可以发现 ， 出水COD Cr 低于60 mg ·L - 1；其平均值为56.2 ± 9.7 mg ·L - 1。

进水的BOD 5浓度在162.6 to 591.9 mg ·L -1间，平均浓度为07.5 ± 97.4 mg ·L -1。

处理后，出水的BOD 5浓度低于15·0 mg/L ，其平均浓度为0.2 ± 4.3 mg ·L -1。

总的COD Cr 和BOD 5的平均去除率分别为93.9和96.7％。

尽管生化池内悬浮固体浓度远大于活性污泥浓度，在最近三年的运行中还是很难见到污泥膨胀现象。

通常活性污泥的污泥容积指数（SVI ）介于74.3 和124.2 ml ·g -1之间，而MLVSS/MLSS 值比较稳定，保持在60-70％之间。

进水SS 浓度介于257.1和1,499.4 mg ·L -1之间，平均浓度为626.1 ± 264.9 mg ·L -1。

尽管经过短时间的初级沉淀，可去除约50%的SS ；还有许多SS 流进了曝气池，因此相对较高的MLSS 的情况下有较好的沉降效果不难理解的。

最终出水SS 浓度低于15 mg/L ，其平均值为11.9 ± 3.6 mg ·L -1。

脱氮除磷进水NH 3-N 和TN 浓度分别为23.6-47.7 mg ·L -1 and 44.9-138.2 mg ·L -1，平均值分别为31.3 ± 4.7 mg ·L -1和78.2 ± 18.8 mg ·L -1。

进水中约有70%的TN 是有机氮。

从图4中可以看出：出水NH 3-N 和TN 的浓度通常分别低于10mg ·L -1和21 mg ·L -1，其平均浓度分别为：3.14 ± 2.6mg ·L -1 and 18.9 ± 3.1 mg ·L -1。

当回流比为100%至150%时，平均有90.0%的NH 3-N 和75.8%的TN 被去除。

根据图5可看出出水的TKN 平均浓度也很低，为8.2 ± 3.8 mg ·L -1。

可以看出TKN 的去除效率基本不受季节和进水峰值率的影响。

而季节变化对NH 3-N 和TN 则略有影响。

夏天的出水TN 浓度正常低于18 mg/L ，冬天和早春出水TN 浓度则在18 mg ·L -1到25 mg·L-1变化；而NH3-N的春水浓度则基本不受温度的影响。

这可能是由于缺氧池水力停留时间短，而好氧池水力停留时间相对长得多的缘故。

进水的TN 的容积负荷率为0.08 - 0.24 kg·m-3·d-1，平均值0.14 kg TN·m-3·d-1，这要比周围其他污水处理厂高。

年平均去除负荷率为0.11 kg TN·m-3·d-1，相当于0.022 kg TN·kgMLSS-1·d-1。

考虑到有机氮会降解成氨氮，实际平均生物硝化率为0.026kg NH3-N·kg MLSS-1·d-1，最高可达0.033 kg NH3-N·kg MLSS-1·d-1。

有意思的是实测的TN去除率比理论值高出了15-20%，这意味着在曝气池内同时进行着硝化和反硝化反应。

图6显示：进水中NO3-N浓度低于2.0 mg·L-1。

出水NO3-N浓度在6.0与14 mg·L-1之间，平均值为10.8 ± 2.5 mg·L-1。