3 多級A/O比A2/O脫氮除磷效果好

多級A/O工藝以Bardenpho工藝為代表，隨后又衍生出多點進水的多級A/O，如圖3所示。

圖3 典型多級A/O工藝流程

Bardenpho(圖3a)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時還沒有發(fā)現(xiàn)反硝化除磷現(xiàn)象。這種工藝在設(shè)計原理上將脫氮與除磷分隔設(shè)置，通過前置反硝化方式將污水中大部分氨氮在第一個好氧池(O1)硝化回流至第一個缺氧池(A1)而脫氮。第二級A/O原理上是除磷，即通過第二個厭氧池(A2)釋磷、第二個好氧池(O2)吸磷。然而，這種工藝將進水碳源(特別是VFAs)在第一級A/O中已大部分消耗(A1反硝化、O1碳氧化)，留給第二級A/O的碳源已所剩無幾(特別是磷細(xì)菌所必須的VFAs)，因此，磷細(xì)菌在這種情況下難以生長、繁殖，除磷也就無從談起。顯然，Bardenpho工藝要想具備同步脫氮除磷功能需要進水中的碳源異常充足，在滿足反硝化(A1)和直接碳氧化(O1)的需要后仍有碳源(VFAs)剩余，這樣才能保證A2中磷細(xì)菌對乙酸的攝取，進而使O2產(chǎn)生吸磷作用。

多點進水多級A/O(圖3b)在工藝設(shè)計上碳源分段進入三個厭氧(實為缺氧)池，但在“厭”氧池內(nèi)發(fā)生的主要還是常規(guī)反硝化作用。首先，污泥回流中的NO3-首先在A1中反硝化而與磷細(xì)菌搶奪碳源，接下來O1池硝化產(chǎn)生的NO3-會進入A2，以此類推。結(jié)果，這個工藝其實與Bardenpho類似，主要以硝化和反硝化為主，磷細(xì)菌也很難得勢生長。

基于之前模擬A2/O時的相同水質(zhì)、水量以及反應(yīng)池體積，分別對圖3所示的Bardenpho和三段多點進水工藝進行模擬，結(jié)果如圖4所示。顯然，Bardenpho幾乎沒有除磷作用，多點進水工藝稍微存在一些除磷效果，但與A2/O效果簡直不能同日而語。如果將與A2/O變型為UCT，除磷效果則會更好。

圖4 A2/O，Bardenpho與多級A/O工藝出水模擬比較

4 MBR為低氮、磷出水之選

A2/O+膜過濾(MBR)目前似乎已成我國污水處理升級改造的“標(biāo)配”。很多決策者將出水達標(biāo)和緩解黒臭水體的寶全部“押”在了MBR上。事實上，MBR對生物凈化功能(特別是脫氮除磷)的強化作用幾乎沒有，只是可以聚積較高的生物量而已。相反，曝氣池高的生物量意味著低的排泥量，這對以排除剩余污泥而產(chǎn)生的生物除磷作用十分不利。況且，膜只能截留不溶解的SS，如果前端吸磷效果不佳，溶解性PO43-將無法對其進行截留。對A2/O和UCT模擬結(jié)果顯示，UCT在除磷效果方面遠(yuǎn)好于A2/O，只要保持出水SS在5 mg/L以下，出水TP甚至可以達到北京地方標(biāo)準(zhǔn)中的A標(biāo)準(zhǔn)(0.3 mg P/L)。而從傳統(tǒng)二沉池出水SS=10 mg/L降低至SS在5 mg/L以下只需傳統(tǒng)砂濾即可奏效。

有關(guān)MBR在能耗、占地、費用、清洗等方面的綜合評價表明，MBR并不是一種稱得上具有可持續(xù)性的工藝。有鑒于此，荷蘭僅有的幾座MBR工藝在經(jīng)歷了幾年高能耗以及清洗(膜污染)導(dǎo)致的高昂運行費后已被拆除，繼而回歸傳統(tǒng)活性污泥+砂濾方式工藝。這對比中國更加缺地的荷蘭來說實屬一種明智的選擇。

5 MBBR適合升級改造

輕質(zhì)懸浮型填料出現(xiàn)使得生物膜技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，人們寄希望于向曝氣池中定向投加懸浮填料，以期在懸浮增長的生物量(活性污泥)基礎(chǔ)上再獲得1倍以上的增值生物量(生物膜)，這也就促進了MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用。理論上講，單位體積內(nèi)的生物量增加，要么可以減少反應(yīng)器的體積，要么可以增加反應(yīng)器對污染負(fù)荷的處理能力。所以，MBBR應(yīng)用而生。

對污水處理各種細(xì)菌所需要的生長環(huán)境來說，填料投入A2/O好氧、缺氧池倍增生物量后可強化碳氧化、硝化、反硝化作用。但將填料投入?yún)捬醭?，只可能有助于顆粒有機物的水解、酸化作用，并不會促進磷細(xì)菌的倍增，因為磷細(xì)菌是一種“動態(tài)”細(xì)菌，需要順序存在厭氧--缺氧/好氧的環(huán)境下才能生長。投入?yún)捬醭氐奶盍巷@然難以實現(xiàn)這種環(huán)境上的需要(僅固守于厭氧池)，所以，磷細(xì)菌不會像常規(guī)異養(yǎng)菌(OHO)、硝化菌那樣增量繁殖。只有采用向SBR反應(yīng)器中投加填料的方式才有可能同時獲得PAOs/DPB、OHO和AOB/NOB倍增的機會。因此，填料在A2/O等連續(xù)流工藝生物除磷方面強化作用僅局限于水解、酸化，不會對磷去除產(chǎn)生明顯改進。

筆者進行的SBR加填料(德國Mutag BioChip?;園片型，直徑=22 mm，厚度=1 mm，比表面積>3 000 m2/m3)試驗表明，加填料SBR反應(yīng)器近1年后生物膜生物量確實持續(xù)增長，最終使該反應(yīng)器內(nèi)的總生物量(生物膜+活性污泥)增加到未加填料SBR反應(yīng)器(僅有活性污泥，MLVSS=1 400~1 800 mg/L)的2.9倍。但兩個反應(yīng)器對COD、N和P的去除率幾乎處于相同的處理水平，均能使模擬生活污水(COD=200~400 mg/L，TN=40~80 mgN/L，TP=8~16 mgP/L)達到國家一級A標(biāo)準(zhǔn)，并沒有觀察到兩個反應(yīng)器在凈化效果上的明顯差別。即使在非穩(wěn)態(tài)工況下運行，兩個反應(yīng)器對COD、N和P的去除率也沒有出現(xiàn)明顯預(yù)期差別。

總之，MBBR添加表觀比表面積填料會有助于生物膜生長、老化脫落、避免有機物沉積，產(chǎn)生的生物增加量也有助于生物凈化作用。然而，對市政污水而言，傳統(tǒng)活性污泥法只要保持3 000~4 000 mg/L的MLSS，對COD、N、P去除完全可以奏效，用不著額外再去加填料而增加太多的生物量，除非進水中各種污染物濃度超高。然而，所添加的填料無助于生物除磷(像A2/O這樣的連續(xù)流工藝)，反而會導(dǎo)致懸浮污泥的破碎、細(xì)化，造成二沉困難，最后只得求助于后端膜分離(MBR)來解決出水SS分離問題。這會使工藝流程延長而耗能，導(dǎo)致運行管理上出現(xiàn)麻煩。

6 結(jié)語

在污水處理升級改造或新廠建設(shè)方面，業(yè)主、設(shè)計者往往追求所謂新技術(shù)、新工藝，以至于形成了傳統(tǒng)工藝難以滿足嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的“共識”。對市政污水處理來說，脫氮除磷是關(guān)鍵，至于COD需達超低排放標(biāo)準(zhǔn)(30 mg/L)只是排放標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)制定的問題(荷蘭出水COD允許120 mg/L，但BOD5卻要求在1 mg/L;惰性COD進入水體不會耗氧，也不會對健康構(gòu)成什么危害)。在脫氮除磷方面，普遍低碳源是我國污水的特征，但這不等于說傳統(tǒng)工藝就不能應(yīng)對低碳源下的脫氮除磷問題?；貧w傳統(tǒng)工藝，比如說，A2/O特別是UCT，反硝化除磷及側(cè)流磷回收等都可以輕易實現(xiàn)，完全可棄用前端投加碳源(脫氮)，后端投加化學(xué)藥劑(除磷)的常規(guī)脫氮除磷方式，也不需要無限延長流程(多級AO、后端深V濾池等)，更不需要MBR或MBBR這些無助于生物除磷的所謂新工藝助力。

編輯：趙凡