1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。A2O及其改良工藝脫氮除磷效果比較研究-A2O及其改良工藝脫氮除磷效果比較研究耿鋒(常州市市政工程設計研究院，江蘇常州213003)摘要：氮、磷是引起水體富營養化和環境污染的重要污染物質，其來源多，排放量大，除生活污水和動物排泄物外，工業污水以及垃圾填埋滲濾液等都含有大量的氮磷。因此，研究污水脫氮除磷技術，保護水體不受富營養化的影響，已成為一個亟待解決的問題。進入20世紀七、八十年代以來，隨著研究工作的進行，對脫氮除磷的生物學原理的認識不斷深入，誕生了多種生物脫氮除磷工藝。其中倒置A2/O工藝和改良型A

2、2/O工藝生物脫氮除磷理論與技術工藝是污水處理領域的重要創新技術。本課題針對常州市江邊污水處理廠改良型A2/O工藝，儒林、鄒區污水廠倒置A2/O工藝、戚墅堰污水廠傳統A2/O工藝有機污染物的去除效果，尤其是除磷脫氮效果進行了對比分析，推導出倒置A2/O工藝氮去除動力學模型，對常州市污水處理的除磷脫氮工藝設計與運行參數進行優化。研究結果表明，倒置A2/O工藝、改良型A2/O工藝生物脫氮除磷生化效率高、流程簡捷、運行穩定，具有很高的實用價值，不僅可用于城市污水及具有相似水質條件的工業廢水污水廠的建設，而且適用于傳統活性污泥法污水廠的改造，值得推廣使用。其中，倒置A2/O工藝，流程簡單更加適合中小型

3、污水處理廠；改良型A2/O生物脫氮除磷工藝由于其可調節性比較強，更符合大型污水處理廠。通過對儒林污水廠的倒置A2/O工藝氮去除動力學模型的推導，提出動力學表達式SS0exp（-0.0784h），驗證結果顯示，倒置A2/O池中NH3-N的實際出水值與理論出水值的平均誤差為0.003023，方差為0.00848。理論值與實際值相差很小，該模型能適用于常州市倒置A2/O工藝的優化設計。關鍵詞：脫氮除磷倒置A2/O工藝改良型A2/O工藝AbstractTheresolvableharmfulsubstancesuchasNitrogenandPhosphorremained.NandParethema

4、joritypollutionsourceofwatereutrophicationandenvironmentpollution,whichexistnotonlyinsewageandanimalexcrementbutinindustrywastewaterinwideareawithlargequantity.So,itisanimportantproblemtostudythetechnologyofnitrogenandphosphorusremovaltoavoideutrophication.Since1970sand1980s,manykindsofnitrogenandph

5、osphorusremovaltechnicshavebeenraisedwiththedevelopmentofresearchonbiologytheoreticsofnitrogenandphosphorusremovaltechnology.TheoryandtechniqueofnitrogenandphosphorusremovalofmodifiedA2/OandinvertedA2/Otechnicsareveryimportantinwastewatertreatmentarea.Soweanalysistheeffectoftheremoveofnitrogenandpho

6、sphateinRulinwastewatertreatmentplant,ZouquwastewatertreatmentplantandJiangbianwastewatertreatmentplantinChangzhoucity.TheexperimentshowedthatmodifiedA2/OandinvertedA2/Oareofgreatapplicationvaluebecauseofhighbio-chemicalefficiency,simpleprocess,easymanagement,stableoperation,andloweconomicalandenerg

7、yconsumption.Theycanbeappliednotonlyinsewageplantandsimilarwatertreatment,butalsoalternationoftraditionalactivatedsludgesewageplant,forexample,ModifiedA2/OandinvertedA2/OtechnicsarerecommendedtoputintouseinChinawithsomanyadvantagesandgoodeffect,especiallytheinvertedA2/Oprocess.Removethederivingofthe

8、dynamicsmodelthroughtheinversionA2/Ocraftnitrogenofthesewagefactoriesofacademiccircles,proposethedynamicsexpressionformulaS=S0exp(0.0784h),proveresultreveal,invertA2/OpoolrealityofNH3-Nsurfacevalueandtheorysurfacemeanerrorofvalue0.003023,varianceis0.00848.Theoryvalueandactualvaluedifferenceareverysm

9、all,thismodelcanbesuitableforChangzhousinvertingtheoptimizationdesignofA2/Ocraft.Keywords:NitrogenandphosphorusremovalModifiedA2/OprocessInvertedA2/Oprocess1緒論1.1氮、磷污染及危害隨著人類活動的不斷增加，環境資源的不斷改變，含氮污水排放急劇增加，廢水中氮、磷等營養物質對環境所造成的影響逐漸引起人們的注意1。氮、磷是引起水體富營養化和環境污染的重要污染物質。水體富營養化即在自然條件下，隨著河流夾帶沖擊物和水生生物殘骸在湖底的不斷沉降淤積，

10、湖泊會從平營養湖過渡為富營養湖，進而演變為沼澤和陸地，這是一種極為緩慢的過程。但由于人類的活動，將大量HYPERLINK/view/638152.htmt_blank工業廢水和HYPERLINK/view/638151.htmt_blank生活污水以及農田徑流中的植物營養物質排入湖泊、水庫、河口、海灣等緩流水體后，水生生物特別是HYPERLINK/view/159230.htmt_blank藻類將大量繁殖，使生物量的HYPERLINK/view/43530.htmt_blank種群種類數量發生改變，破壞了HYPERLINK/view/150061.htmt_blank水體的HYPERLINK/

11、view/30800.htmt_blank生態平衡。大量死亡的水生生物沉積到湖底，被HYPERLINK/view/3736.htmt_blank微生物分解，消耗大量的HYPERLINK/view/43019.htmt_blank溶解氧，使水體溶解氧含量急劇降低，水質惡化，以致影響到魚類的生存，大大加速了水體的富營養化過程。水體出現富營養化現象時，由于HYPERLINK/view/167850.htmt_blank浮游生物大量繁殖，往往使水體呈現藍色、紅色、棕色、乳白色等，這種現象在江河湖泊中叫HYPERLINK/view/131157.htmt_blank水華，在海中叫HYPERLINK/vi

12、ew/773.htmt_blank赤潮。這些藻類有惡臭、有毒，魚不能食用。藻類遮蔽陽光，使水底生植物因HYPERLINK/view/8885.htmt_blank光合作用受到阻礙而死去，腐敗后放出氮、磷等植物的營養物質，再供藻類利用。這樣年深月久，造成惡性循環，藻類大量繁殖，水質惡化而有腥臭，造成魚類死亡。氮、磷來源較多，排放量較大，除生活污水和動物排泄物外，大量的工業污水，如石化、制藥、食品等工業污水以及垃圾填埋滲漏水等，都含有大量的氮磷，因此，研究污水脫氮除磷技術，保護水體不受富營養化的影響，已成為一個亟待解決的問題2-5。隨著水體富營養化問題日益嚴重，國家對氮磷排放要求日益嚴格，絕大多數

13、不具備脫氮除磷功能的城市污水處理廠都面臨著艱巨改造任務6。城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）對所有排放污水中的氮、磷量都做出了明確的規定：2006年1月1日起建設的污水處理廠，其中磷（以P計）的排放要嚴格控制在0.5mg/l（一級A標準）以下，其中氨氮的排放要求嚴格控制在5mg/l（一級A標準）以下。為了滿足出水排放標準，絕大多數城鎮污水處理廠都必須采用二級生化處理和深度脫氮除磷處理工藝技術。1.2生物除磷脫氮工藝概述生物同步脫氮除磷工藝既在一個處理系統中能同時實現對氮、磷進行去除，其中我國經常使用的工藝有：傳統A2/O工藝、倒置A2/O工藝、改良型A2/O工藝、CAST

14、工藝、MSBR工藝、UNITANK工藝等7。現重點介紹目前常用的幾種處理工藝。1.2.1傳統A2/O工藝傳統A2/O（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工藝是厭氧-缺氧-好氧生物除磷脫氮工藝的簡稱，它是70年代由美國專家在厭氧-好氧除磷工藝(A/O)的基礎上開發出來的8。該工藝是傳統活性污泥工藝、生物脫氮工藝和生物除磷工藝的綜合，能同時具有去除有機物、除磷脫氮的功能，該系統可以稱為最簡單的同步除磷脫氮的工藝。從工藝上來說，它是在傳統活性污泥法的基礎上增加一個缺氧段和一個厭氧段9。其處理流程如下圖所示，污水依次經過厭氧區，缺氧區和好氧區，好氧區出水一部分回流至缺氧區前端，以達到硝化脫氮

15、的目的。其工藝特點主要是：工藝流程比較簡單；厭氧、缺氧、好氧交替運行，不利于絲狀菌繁殖，減小無污泥膨脹；無需投藥，運行費用低37-39。出水污泥回流進水厭氧缺氧好氧二沉池剩余污泥混合液回流圖1-1傳統A2/O工藝流程圖1.2.2改良型A2/O工藝改良型A2/O工藝（即MUCT，ModifiedUniversityofCapeTown）。污泥回流混合液回流90進水10剩余污泥厭氧/缺氧調節厭氧缺氧好氧二沉池出水圖1-2改良型A2/O工藝流程圖改良型A2/O活性污泥法工藝是通過厭氧、缺氧和好氧交替變化的環境完成除磷脫氮反應的。改良型A2/O活性污泥法工藝的特點是把除磷、脫氮和降解有機物三個變化過程

16、巧妙結合起來，在厭氧段和缺氧段為除磷和脫氮提供各自不同的反應條件，在最后的好氧段提供共同的反應條件，通過簡單的組合，很好地解決了除磷脫氮的矛盾。該工藝相對成熟可靠，處理效果穩定，對于管理水平較高、規模較大地城市污水處理廠比較適用。在反應池的布置型式上，可以考慮多點進水，根據實際的進水水質，來確定曝氣池的運行方式，可按A2/O運行、A/O運行、普通活性污泥法運行等等，運行靈活，可以節約運行成本。此外，污泥回流泵的選擇、污泥回流管的配置等方面設計中也可考慮倒置A2/O運行的可能性。該工藝在傳統A2/O工藝的基礎上，在厭氧池之前增設厭氧/缺氧池。來自于二沉池的回流污泥和10%左右的進水進入厭氧/氧調

17、節池。其主要特點是：回流污泥和一部分污水進入該池進行反硝化，去除了回流污泥中的硝酸鹽，消除（或大大降低）了回流污泥中硝態氮對后續厭氧池的不利影響，有利于厭氧池的聚磷菌釋磷，同時抑制了絲狀菌的繁殖，改善了泥水分離性能，從而使運行穩定、處理效果更好10。1.2.3倒置A2/O工藝倒置A2/O工藝（reversedA2/O）。其工藝流程圖如圖1-3。倒置A2/O工藝采用缺氧、厭氧及好氧的布置順序，取消了內循環。其主要特點是：缺氧區位于厭氧區之前，硝酸鹽在這里消耗殆盡，厭氧區ORP較低，有利于微生物形成更強的吸磷動力；微生物厭氧釋磷后直接進入生化效率較高的好氧環境，其在厭氧條件下形成吸磷動力可以得到更

18、充分利用；缺氧段位于工藝的首端，允許反硝化優先獲得碳源，進一步加強了系統的脫氮能力；工藝流程更為簡捷14-18。進水出水剩余污泥污泥回流9010缺氧/厭氧厭氧好氧二沉池圖1-3倒置A2/O工藝流程圖1.2.4CAST工藝RASRAS出水進水池1池2CAST（CyclicActivatedSludgeTechnology，循環活性污泥系統）。為生物選擇器；為預反應區；為主反應區；RAS為回流活性污泥圖1-4典型CAST池平面示意圖CAST工藝是SBR（序批式活性污泥法）和ICEAS工藝的更新變型，它在主反應區（SBR池）的前面設置了生物選擇器并將污泥回流到這里。生物選擇器是容積較小的泥水接觸區，

19、它可在厭氧或缺氧條件下運行，在接觸區形成了明顯的基質濃度梯度，活性污泥能快速吸附和水解水中的有機物，污泥中的硝酸鹽氮經反硝化去除，而磷得到釋放。生物選擇器能有效地抑制絲狀菌的繁殖。預反應區為水力反沖區，大小與高峰流量有關，若在非曝氣階段，不進水可將其省去。主反應區在可變容積完全混合反應條件下運行，完成含碳有機物和包括氮、磷的污染物的去除。運行時通過控制溶解氧的濃度來保證硝化、反硝化以及磷吸收的同步進行19。1.2.5UNITANK工藝進水出水剩余污泥ABCUNITANK（組合交替式活性污泥法）35-36工藝集中了傳統活性污泥法和SBR33-34的優點，處理單元一體化，經濟、運轉靈活。其基本單元

20、由三個區（或格）組成，相互之間通過公共墻開洞或池底渠連通。兩個邊區設有固定出水堰及污泥排出設施，可交替進行缺氧、厭氧、好氧和沉淀工況；中區進行好氧或缺氧、好氧交替工況。污水可分時序進入三區中的任一區，區中“三氧”工況的歷時長短則根據水質等因素確定，根據監測指標（ORP或DO）值調整曝氣設備供氧情況及攪拌器的開閉，動態地（空間和時間）實現厭氧、缺氧和好氧條件而達到除磷脫氮的目的20。圖1-5UNITANK工藝流程圖1.3生物除磷脫氮原理1.3.1生物除磷原理（1）聚磷菌除磷機理城市污水中存在的含磷物質基本上都是不同形式的磷酸鹽（簡稱磷或總磷，用P或TP表示）。按化學特性（酸性水解和消化）則可進一

21、步分成正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽，分別簡稱正磷、聚磷和有機磷。污水生物除磷就是利用聚磷菌的超量吸磷現象，即聚磷菌吸收的磷量超過微生物正常生長所需要的磷量，在傳統生物處理系統中采用排除過量吸磷的剩余污泥來實現污水處理系統磷的去除。據報道，在生物除磷系統中污泥含磷量的典型值在6%左右，有些能達到8%-12%，而普通活性污泥含磷量只有2%。圖1-6聚磷菌除磷機理通常在厭氧/好氧交替變化的活性污泥系統中產生聚磷菌。在厭氧/缺氧條件下聚磷菌的生長會受到抑制，為了生存它釋放出其細胞中的聚磷酸鹽（以溶解性的磷酸鹽形式釋放到溶液中），并利用此過程中產生的能量（以ATP形式）攝取污水中的揮發性脂肪酸（VF

22、A）以合成聚-羥基丁酸鹽（PHB）顆粒貯存在其體內。此階段水中溶解性磷酸鹽的濃度有所增加22。當聚磷菌進入好氧環境后，它們的活力將得到充分的恢復。而此時水中有機物由于經過了厭氧環境下的降解其濃度非常低，為了生存它們將氧化分解PHB獲得能量（以ATP形式）。它們從污水中大量攝取溶解態正磷酸鹽用于合成ATP，并在其細胞內以多聚磷酸鹽的形式貯存能量。這種對磷的積累作用大大超過微生物正常生產所需的磷量。在此階段水中溶解性磷酸鹽的濃度大大減少。溫度對除磷效果的影響不如對脫氮過程的影響明顯。因為在高溫、中溫、低溫條件下，不同菌群都具有生物除磷的能力，在530的范圍內，都可以得到很好的除磷效果，而溫度對除磷

23、的影響主要是影響厭氧發酵作用進而影響厭氧條件下低分子有機物的形成和吸收，從這種意義上來說低溫運行時厭氧區的停留時間應該長些。一般聚磷菌的適宜溫度是530之間44，45Pi乙酸乙酰-CoAPHA細胞NADNADH糖原ADPPolyPCO2（a）厭氧乙酰-CoAPHA細胞NADNADHCO2ADPPolyPATPTCA+乙醛酸循環Pi（b）好氧圖1-7生物除磷過程中的生物代謝圖（2）兼性厭氧反硝化除磷細菌機理研究者發現了一種“兼性厭氧反硝化除磷細菌”(DPB)，它可以在缺氧條件下利用NO3-作為電子受體氧化細胞內貯存的PHA，并從環境中攝磷，實現同時反硝化和過度攝磷。兼性反硝化菌生物攝/放磷作用的

24、確認，不僅拓寬了除磷的途徑，而且更重要的是這種細菌的攝/放磷作用將反硝化脫氮與生物除磷有機地合二為一。該工藝具有處理過程中COD和O2消耗量較少、剩余污泥量小等特點，并且利用DPB實現生物除磷，能使碳源得到有效利用，使該工藝在COD/(N+P)值相對較低的情況下仍能保持良好的運行狀態，并使除磷的化學藥劑量大大減少，同時除磷器內可獲得富含磷的污泥，使磷的循環利用成為可能40，41。1.3.2生物脫氮原理生物脫氮是在微生物的作用下，將有機氮和NH3-N轉化為N2和NxO氣體的過程7。廢水中存在著有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等形式的氮，而其中以氨氮和有機氮為主要形式。在生物處理過程中，有機氮被

25、異養微生物氧化分解，即通過氨化作用轉化為成NH3-N，而后經硝化過程轉化變為NOx-N，最后通過反硝化作用使NOx-N轉化成N2，而逸入大氣。由此可見，進行生物脫氮可分為氨化硝化反硝化三個步驟。由于氨化反應速度很快，在一般廢水處理設施中均能完成，故生物脫氮的關鍵在于硝化和反硝化23。1）氨化作用氨化作用是指將有機氮化合物轉化為NH3-N的過程，也稱為礦化作用。參與氨化作用的細菌稱為氨化細菌。在HYPERLINK/lixue/自然界中，它們的種類很多，主要有好氧性的熒光假單胞菌和靈桿菌、兼性的變形桿菌和厭氧的腐敗梭菌等。在好氧條件下，主要有兩種降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脫氨。例如氨基酸生成

26、酮酸和氨：丙氨酸亞氨基丙酸丙酮酸另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脫氮反應。例如尿素能被許多細菌水解產生氨，分解尿素的細菌有尿八聯球菌和尿素芽孢桿菌等，它們是好氧菌，其反應式如下：在厭氧或缺氧的條件下，厭氧微生物和兼性厭氧微生物對有機氮化合物進行還原脫氨、水解脫氨和脫水脫氨三種途徑的氨化反應。2）硝化作用硝化作用是指將NH3-N氧化為NOx-N的生物化學反應，這個過程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亞硝化反應和硝化反應兩個步驟。該反應歷程為：亞硝化反應硝化反應總反應式亞硝酸菌有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺桿菌屬和亞硝酸球菌屬。硝酸菌有硝酸桿菌屬、硝酸球菌屬。亞硝酸菌和硝酸菌統稱為硝化菌2

27、3。發生硝化反應時細菌分別從氧化NH3-N和NO2-N的過程中獲得能量，碳源來自無機碳化合物，如CO32、HCO、CO2等。假定細胞的組成為C5H7NO2，則硝化菌合成的化學計量關系可表示為：亞硝化反應硝化反應在綜合考慮了氧化合成后，實際HYPERLINK應用中的硝化反應總方程式為：由上式可以看出硝化過程的三個重要特征：（1）NH3的生物氧化需要大量的氧，大約每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；（2）硝化過程細胞產率非常低，難以維持較高物質濃度，特別是在低溫的冬季；（3）硝化過程中產生大量的質子（H+），為了使反應能順利進行，需要大量的堿中和，HYPERLINK/理論上大約為每氧化1g的N

28、H3-N需要堿度5.57g(以NaCO3計)。在硝化反應過程中氮元素的轉化經歷了以下過程：NH4+NH2OHNOHNO2-NO3-3）反硝化作用反硝化作用是指在厭氧或缺氧（DO0.3-0.5mg/L）條件下，NOx-N及其它氮氧化物被用作HYPERLINK/dianzijixie/電子受體被還原為氮氣或氮的其它氣態氧化物的生物學反應，這個過程由反硝化菌完成。反應歷程為：H可以是任何能提供電子，且能還原NOx-N為氮氣的物質，包括有機物、硫化物、H+等。進行這類反應的細菌主要有變形桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬、芽胞桿菌屬、產堿桿菌屬、黃桿菌屬等兼性細菌，它們在HYPERLINK/lixue/自然

29、界中廣泛存在。有分子氧存在時，利用O2作為最終電子受體，氧化有機物，進行呼吸；無分子氧存在時，利用NOx-N進行呼吸。HYPERLINK/研究表明，這種利用分子氧和NOx-N之間的轉換很容易進行，即使頻繁交換也不會抑制反硝化的進行。大多數反硝化菌能進行反硝化的同時將NOx-N同化為NH3-N而供給細胞合成之用，這也就是所謂同化反硝化。只有當NOx-N作為反硝化菌唯一可利用的氨源時NOx-N同化代謝才可能發生。如果廢水中同時存在NH3-N，反硝化菌有限地利用NH3-N進行合成。4）同化作用在生物脫氮過程中，廢水中的一部分氮（NH3-N或有機氮）被同化為異養生物細胞的組成部分。微生物細胞采用C60

30、H87O23N12P來表示，按細胞的干重量HYPERLINK/pc/計算，微生物細胞中氮含量約為12.5%。雖然微生物的內源呼吸和溶胞作用會使一部分細胞的氮又以有機氮和NH3-N形式回到廢水中，但仍存在于微生物的細胞及內源呼吸殘留物中的氮可以在二沉池中得以從廢水中去除。5）脫氮新機理近年一些研究者在研究中陸續觀察到一些超出傳統生物脫氮理論的新現象21。比如將好氧硝化過程控制在亞硝酸鹽階段，然后在缺氧條件下直接反硝化的亞硝酸型生物脫氮；在一定的條件下，硝化和反硝化可以在同一個反應器內同時完成；異養硝化以及厭氧氨氧化等。這些現象可以從微環境理論和生物學角度進行解釋。微環境理論主要從物理學角度研究活

31、性污泥和生物膜的微環境中各種物質（如DO、有機物、NO3-N和NO2-N等）傳遞的變化、各類微生物的代謝活動及其相互作用，從而導致的微環境中物理、化學和生物條件或狀態的改變。在宏觀環境中微好氧狀態時，由于氧擴散的限制，微生物絮體內產生了溶解氧梯度，也就形成了不同的微環境。生物學角度的解釋不同于傳統理論，微生物學家發現了異養硝化菌和好氧反硝化菌，它們甚至可在完全厭氧的條件下發生硝化作用。有些好氧反硝化菌同時也是異養型硝化菌，它們能夠在好氧條件下直接將氨轉化為最終的氣態產物。以上這些現象的發現為研究者研究新的生物脫氮理論和開發新的生物脫氮工藝指引了方向，使他們不斷開發出了許多新型脫氮工藝。如：SN

32、D(同時硝化反硝化工藝)、SHARON(Singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite，亞硝化反應器)工藝、OLAND(Oxygen-limitedautotrophicnitrification-denitrification，氧限制自氧硝化反硝化)工藝、厭氧氨氧化工藝以及短程硝化-厭氧氨氧化組合工藝等。1.4研究目的及內容1.4.1研究目的隨著常州市經濟的迅速發展，人口也不斷增長，尤其是當武進區納入市區統一管理后，排放的污水越來越多，水質也越來越復雜，原來的污水設施基本上均滿負荷運轉，增加的污水必須新增污水處理設施，才能確保市區水環境不

33、再惡化。因此，必須及早完善城市污水系統，加大污水處理力度，使城市實現供水和排水的良性循環，完善和保持城市風貌，使城市賴以生存和發展的生態環境得到有效的改善和提高。根據前面的論述不難看出，城市污水的處理，歸根結底是如何有效的脫氮除磷。隨著研究工作的進行，對脫氮除磷的生物學原理的認識不斷深入，誕生了多種生物脫氮除磷工藝，推動了污水生物脫氮除磷技術的發展，促進了污水生物處理技術的進步24。其中應用較多的工藝有：傳統A2/O工藝、倒置A2/O工藝、改良型A2/O工藝等。本研究的目的就是在通過對常州市四個采用上述工藝的污水廠生物池的除磷脫氮效果的分析，找出更適合常州市情況的處理工藝，為后續污水廠的建設提

34、供借鑒。1.4.2研究內容（1）在常州市江邊、儒林、鄒區、戚墅堰污水廠運行期間，記錄各廠的進出水水質中COD、BOD5、TP、NH4+-N、SS的歷時變化，分析相應工藝的污染物去除效果及存在的不足，找出最適合常州市水質條件的處理工藝。（2）對其中處理效果較好的倒置A2/O工藝建立氮去除動力學模型，為將來的工藝設計工作提供理論指導。2A2/O及其改良工藝工程應用2.1常州市污水處理概況常州市位于江蘇省南部、滬寧鐵路中段，東臨無錫、南接宜興、北枕長江、西毗茅山山脈，京杭大運河貫穿全境。全市交通便利，水陸空運輸齊全。市中心東距上海167公里，西距南京138公里。全市土地總面積4375平方公里，人口3

35、42萬，其中市區面積1864平方公里，人口201萬。常州是一座有著2500多年歷史的文化古城，同時又是一座充滿現代氣息、經濟發達的新興工業城市，處于我國沿江開發與沿海“T”型發展戰略的結合部附近。隨著區域調整的實現，常州正在向建設特大城市的目標邁進。常州作為長江三角洲的重要城市之一，在上海經濟區中具有重要的地位。近年來，常州市被列為全國第二輪綜合體制改革試點城市、社會發展綜合實驗區，高新技術產業開發區被國務院、國家科委批準為國家級開發區。常州市區被中國經濟社會發展水平評價中心列為全國城市綜合實力50強和投資環境40優城市之一。2.1.1常州市水環境狀況概況常州市區水環境質量相比上一年度總體上得

36、到改善，劣類水體有所減少，市區水域功能區水質達標率與上年持平，但環境形勢仍不容樂觀，水環境污染類型仍然屬綜合型有機污染。（1）飲用水水源水質：市區飲用水均取自長江，長江常州段水源地水質保持較好狀態，達到國家地表水環境質量標準（GB3838-2002）中類水標準，長江西石橋第一水廠和長江魏村第二水廠全年取水量為21890萬噸，城市飲用水水源地水質達標率為100%。（2）地表水環境質量：市區主要河流為長江和京杭運河，監測表明：41個地表水水質監測斷面中，11個斷面符合V類水體要求，占27%；12個斷面符合IV類水體要求，占29%；2個斷面符合III類水體要求，占5%。長江和運河干流常州段水質總體較

37、好，且較上年有所改善，但運河支流污染仍比較嚴重，尤其是大通河和北塘河，隨著我市“清水工程”力度加大，相比上年，市河黑臭發生率已有明顯下降。市區主要湖泊滆湖水質較上年有所改善，但仍然表現為中度富營養化。市區地表水體主要污染指標為氨氮、生化需氧量、溶解氧、總磷、揮發酚和石油類25。2.1.2常州市污水處理現狀2007年常州市市區廢水年排放總量為3.95億噸，主要污染物化學需氧量年排放總量為4.54萬噸。其中：工業廢水年排放量為2.76億噸，排放達標率為98.62%，主要污染物化學需氧量、揮發酚和石油類的年排放量分別為2.59萬噸、2.25噸和73.89噸；生活污水年排放量為1.19億噸，其中化學需

38、氧量的年排放量為1.95萬噸。主要措施與行動（1）城鎮污水處理：近幾年，常州市積極實施江邊污水處理廠二期工程及鄉鎮污水處理廠建設，先后建成戚墅堰等城市生活污水處理廠6座，日處理污水能力達40萬噸，擁有鄉鎮污水處理廠7座，日處理能力達6.2萬噸，年處理城鎮污水16145.6萬噸，城鎮生活污水處理率達82.2%。擁有工業廢水集中處理裝置7座，日處理能力達26.6萬噸，其它工業廢水處理裝置444套，日處理能力達50.34萬噸，工業廢水排放達標率為98.6%。（2）水環境綜合整治：開展全市水環境專項整治行動，深入推進“清水工程”，鞏固整治成果，通過市水利、建設和環保三部門分工協作，通過提標排放、接管截

39、污、限期搬遷，以及固岸、清淤、綠化、換水等工程手段，開展市河水環境綜合整治，已有20條市區河道基本達到了“變清”的整治目標，市河水環境狀況有所改善25。2.2戚墅堰污水處理廠2.2.1水質、水量戚墅堰區位于常州市東部，地處長江三角洲平原，地勢平坦，平均地面高程4.5m左右，最高5.80m，部分地區較低，僅23m。區域內河道縱橫交錯，四通八達，京杭運河自東向西貫穿該區，是該區的水網中心。運河以南有通濟河、武進港承接運河北部河道來水，輸向太湖；運河以北有丁塘港、革新河、三山港等承接長江來水,為運河補給水量29。戚墅堰污水處理廠位于常州戚墅堰區，收集系統服務范圍為戚墅堰區，總服務面積約為31km2，

40、現狀服務人口約為10萬，污水處理廠設計總規模10萬m3/d。戚墅堰污水處理廠設計進出水水質為：五日生化需氧量BOD5180mg/l化學需氧量CODcr400mg/l懸浮固體SS250mg/l氨氮NH3-N=35mg/l總磷（以磷酸鹽計）TP4mg/l出水按照城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）（以下簡稱“排放標準”）一級排放B標準排放，即：BOD520mg/lCODCr60mg/lSS20mg/lTN20mg/lNH3-N8（15）mg/lTP1.0mg/l糞大腸菌群數104個/l注：括號內數值為水溫12時的控制指標。2.2.2處理工藝該廠的污水處理工藝為：進水粗格柵渦流沉

41、砂池A2/O生物池二次沉淀池消毒出水戚墅堰污水處理廠采用粗格柵間和進水泵房分建的型式，以盡量實現污染集中、維修集中。生物反應池采用傳統A2/O工藝：（1）設計參數設計流量1300m3/h座（變化系數1.25）污泥齡10d污泥濃度3500mg/l污泥負荷0.09kgBOD5/kgMLSSd污泥產率1.17kgDS/去除kgBOD5設計水溫12內回流比200外（污泥）回流比100%有效水深5.5m供氧方式鼓風曝氣傳氧效率16%攪拌功率密度6w/m3（2）計算結果單座總池容13525m3其中：厭氧池2288m3缺氧池1144m3好氧池8976m3A/A/O容積比約為1：1：4總水力停留時間（HRT）

42、13h（3）反應池設計生物反應池一座，總尺寸3478.2m，水深5.5m。生物反應池共分8格，前4格為厭氧、缺氧池，每格尺寸268m。其中第一、二格為厭氧池，溶解氧濃度小于0.2mg/l，三、四格為缺氧池，溶解氧濃度小于0.5mg/l，后4格均為好氧池，每格尺寸為518m。池內布有微孔曝氣器，分別為1165只、1020只、816只、816只，合計3818只。在厭氧、缺氧池中每格設有水下攪拌機1臺，每臺功率5KW。生物反應池全程平均水力停留時間為13h（其中厭氧段2.17h，缺氧段2.17h，好氧段8.66h），厭氧、缺氧、好氧三段容積比為1：1：4，污泥濃度3.5kg/m3，污泥負荷0.09k

43、gBOD5/kgMLSSd，產泥率1.17kgMLSS/kg.BOD5，污泥齡為10天。二次沉淀池采用中心進水、周邊出水式輻流式沉淀池，最后出水經過真空加氯機加氯消毒。2.3江邊污水處理廠2.3.1水質、水量江邊污水處理廠位于常州新北區，距離長江岸邊約3公里處，收集系統服務范圍為中心城區。總服務面積約為500km2，現狀服務人口約為110萬。污水處理廠設計總規模80萬m3/d，一期規模10萬m3/d，生活污水占總水量的49.6%，工業廢水占總水量的50.4%，工業廢水主要以化工、印染廢水為主30.。據檢測，有時PH值偏低，會影響生物除磷的效果43.。江邊污水處理廠的進水水質為：五日生化需氧量B

44、OD5160mg/l化學需氧量CODcr500mg/l懸浮固體SS220mg/l氨氮NH3-N=40mg/l總磷（以磷酸鹽計）TP4mg/l出水按照排放標準一級排放B標準排放。2.3.2處理工藝該廠的污水處理工藝為：進水粗格柵渦流沉砂池改良型A2/O生物池二次沉淀池消毒出水江邊污水處理廠采用粗格柵間和進水泵房分建的型式，以盡量實現污染集中、維修集中。生物反應池采用改良型A2/O工藝：（1）設計參數設計流量4584m3/h座（共2座）分兩格（變化系數1.1）污泥齡12d污泥濃度3000mg/l污泥負荷0.0821kgBOD5/kgMLSSd污泥產率0.9kgDS/去除kgBOD5設計水溫12缺氧

45、回流比75好氧混合液回流200污泥回流比100%有效水深5.5m供氧方式鼓風曝氣傳氧效率16%攪拌功率密度5w/m3（2）計算結果單座（共2座）總池容49390m3其中：厭氧池5350m3缺氧池（）1745m3缺氧池（）9480m3好氧池32815m3A/A/O容積比約為1：2.1：6.1總水力停留時間（HRT）11.85h（3）反應池設計單座反應池平面尺寸為137m69m，分為獨立的兩格。有效水深5.5m，平均超高1.0m。每格分隔成4個相通的部分，依次為厭氧池、缺氧池（I）、缺氧池（II）和好氧池。厭氧池水力停留時間1.3h，內設隔墻，分成兩個流道，裝有2臺水下攪拌器，攪拌功率為5w/m3

46、。進水進入厭氧池，與從缺氧池回流來的污泥在此進行充分混合，釋放回流污泥中的磷酸鹽。回流污泥泵采用安裝在池壁上的潛水泵，設計回流比75%，選泵時考慮回流比為50100運行的可能。缺氧池（I）為針對進一步去除回流污泥中的硝酸鹽而設置的，目的是為了消除回流污泥中的硝酸鹽對釋磷的影響。1個流道，安裝水下攪拌器，功率密度5w/m3。缺氧池（II）為脫氮的主要場所，4個流道，安裝水下攪拌器，功率密度5w/m3。內回流泵安裝在好氧池與缺氧池（II）的隔墻上，設計內回流比為200%，選擇回流泵時考慮回流比100400%運行的可能。缺氧池水力停留時間2.7h。好氧池是硝化反應場所，設計成推流式池型，設隔墻分成6

47、條廊道。池內安裝膠片式微孔曝氣器，前段安裝密度2個/m2，后段安裝密度為1.2個/m2。好氧池水力停留時間7.85h。在反應池的布置型式上，考慮了多點進水，可以根據實際的進水水質，來確定曝氣池的運行方式，可按A2/O運行、A/O運行、普通活性污泥法運行等等，運行靈活，可以節約運行成本。此外，污泥回流泵的選擇、污泥回流管的配置等方面設計中也考慮了今后倒置A2/O運行的可能性。二次沉淀池采用中心進水、周邊出水式輻流式沉淀池，一期2座二沉池，單池直徑60m。出水經過真空加氯機加氯消毒，采用流量配比進行投加，加氯量為510mg/l。氯庫按平均加注量儲存15天設計。2.4儒林污水處理廠2.4.1水質、水

48、量儒林污水處理廠位于常州金壇，收集系統服務范圍為金壇儒林鎮。總服務面積約為61.8km2，現狀服務人口約為1.2萬。污水處理廠設計總規模1.5萬m3/d，一期規模0.5萬m3/d。儒林污水處理廠進水水質如下：五日生化需氧量BOD5160mg/l化學需氧量CODcr500mg/l懸浮固體SS220mg/l氨氮NH3-N=45mg/l總磷（以磷酸鹽計）TP5mg/l出水按照排放標準一級排放B標準排放。2.4.2處理工藝該廠的污水處理工藝為：進水粗格柵渦流沉砂池倒置A2/O生物池二次沉淀池消毒出水江邊污水處理廠采用粗格柵間和進水泵房分建的型式，以盡量實現污染集中、維修集中。儒林污水處理廠生物反應池采

49、用倒置A2/O工藝：（1）設計參數設計流量360m3/h座（變化系數1.3）污泥齡10d污泥濃度3500mg/l污泥負荷0.08kgBOD5/kgMLSSd污泥產率1.17kgDS/去除kgBOD5設計水溫15外（污泥）回流比150%有效水深5.5m供氧方式鼓風曝氣傳氧效率16%攪拌功率密度5.5w/m3（2）計算結果單座總池容2800m3其中：缺氧池700m3厭氧池350m3好氧池1750m3A/A/O容積比約為2：1：5總水力停留時間（HRT）13h（3）反應池設計生物反應池一座，總尺寸25.819.8m，分為6格。第一、二格為缺氧池，每格尺寸8.67.4m，溶解氧濃度小于0.5mg/l，

50、第三格為厭氧池，尺寸8.67.4m，溶解氧濃度小于0.2mg/l，后3格為好氧池，每格尺寸8.612.4m，布有微孔曝氣器總共為877只。在厭氧、缺氧池中設有水下攪拌機3臺，每臺功率1.5KW。缺氧、厭氧、好氧三段容積約比2：1：5。在反應池的布置型式上，考慮了多點進水，可以根據實際的進水水質，來確定曝氣池的運行方式，可按A2/O運行、A/O運行、普通活性污泥法運行等等，運行靈活，可以節約運行成本。由于池容較小，二沉池采用沉淀效率高、表面負荷變化大的周邊進水、周邊出水式輻流式沉淀池。出水消毒方式為經消毒明渠的紫外線消毒。2.5鄒區污水處理廠2.5.1水質、水量鄒區污水處理廠位于常州市鄒區，收集

51、系統服務范圍為鄒區鎮。總服務面積約為90km2，現狀服務人口約為3.5萬。污水處理廠設計總規模4.0萬m3/d，一期規模1.0萬m3/d。鄒區污水處理廠進水水質如下：五日生化需氧量BOD5160mg/l化學需氧量CODcr480mg/l懸浮固體SS250mg/l氨氮NH3-N=35mg/l總磷（以磷酸鹽計）TP4mg/l出水按照排放標準一級排放B標準排放。2.5.2處理工藝該廠的污水處理工藝為：進水粗格柵渦流沉砂池倒置A2/O生物池二次沉淀池消毒出水江邊污水處理廠采用粗格柵間和進水泵房分建的型式，以盡量實現污染集中、維修集中。鄒區污水處理廠生物反應池采用倒置A2/O工藝：（1）設計參數設計流量

52、416.7m3/h座（變化系數1.15）污泥齡13.2d污泥濃度3500mg/l污泥負荷0.07kgBOD5/kgMLSSd污泥產率1.23kgDS/去除kgBOD5設計水溫15外（污泥）回流比150%有效水深5.5m供氧方式鼓風曝氣傳氧效率16%攪拌功率密度5.5w/m3（2）計算結果單座總池容5073m3其中：缺氧池1670m3厭氧池557m3好氧池2846m3A/A/O容積比約為3：1：5總水力停留時間（HRT）17.1h（含水解酸化段3.9小時）（3）反應池設計生物反應池一座，單座總尺寸56.1528.5m，總高6.5m。分為12格，第一、二、三格為水解酸化池，其中一格尺寸為9.011

53、.4m，兩格尺寸為12.79.0m；第四格為厭氧池，溶解氧濃度小于0.2mg/L，尺寸為9.011.4m；第五、六、七格為缺氧池，其中一格尺寸為9.011.4m，兩格尺寸為12.79.0m，溶解氧濃度小于0.5mg/L；其余五格為好氧池，其中兩格尺寸為9.012.7m，三格尺寸為20.69.0m，池底布有微孔曝氣器，總共為1609只。在水解、厭氧、缺氧池中設有水下攪拌機7臺，每臺功率3.5KW。缺氧、厭氧、好氧三段容積約比3：1：5。在反應池的布置型式上，考慮了多點進水，可以根據實際的進水水質，來確定曝氣池的運行方式，可按A2/O運行、A/O運行、普通活性污泥法運行等等，運行靈活，可以節約運行

54、成本。由于池容較小，二沉池采用沉淀效率高、表面負荷變化大的周邊進水、周邊出水式輻流式沉淀池。出水消毒方式為經消毒明渠的紫外線消毒。3各處理工藝污染物去除效果比較3.1COD、BOD5、SS去除效果比較常州市戚墅堰污水處理廠2003年開始運行，常州市江邊污水處理廠2005年8月開始運行，常州金壇儒林污水處理廠2008年開始運行，常州鄒區污水處理廠2008年開始運行。試驗取樣時間為2008年4月，每天取生物池的進出水，對其COD、BOD5、SS、TP、氨氮進行分別檢測，并取其一天中的平均值作為一次數據。最終得到四座污水廠的相關數據，現將COD、BOD5、SS數據列舉如下。3.1.1COD去除效果圖

55、3-1江邊污水處理廠COD的去除效果圖3-1為江邊污水處理廠改良型A2/O生物池進出水COD值及去除率。如圖所示，選取江邊污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水COD的歷時變化。可以看出，進水COD濃度在330mg/L1600mg/L之間，平均值為691.5mg/L；出水COD濃度大部分在29mg/L50mg/L之間，只有一次達到105mg/L，超過出水標準，平均值為43.1mg/L。COD平均去除率為93.0%。剛開始時進水COD值變化稍有波動，出水COD值變化較大。后來進水COD值產生了較大變化，但是此時出水COD值沒什么變化，基本維持在60mg/L以下。說明剛開始時該工藝還沒完全適應環

56、境，運行不穩定，后期運行穩定，抗沖擊能力加強，因此出水具有較好穩定性。圖3-2戚墅堰污水處理廠COD的去除效果圖3-2為戚墅堰污水處理廠傳統A2/O生物池進出水COD值及去除率。如圖所示，選取戚墅堰污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水COD的歷時變化。可以看出，進水COD濃度在220mg/L515mg/L之間，平均值為350.8mg/L；出水COD濃度在23mg/L63mg/L之間，平均值為39.7mg/L。COD平均去除率為88.3%。進水COD值變化幅度比較大，出水COD值也同時發生了波動，該工藝抗沖擊能力還不強。圖3-3儒林污水處理廠COD的去除效果圖3-3為儒林污水處理廠倒置A2/

57、O生物池進出水COD值及去除率。如圖所示，選取儒林污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水COD的歷時變化。可以看出，進水COD濃度在150mg/L605mg/L之間強烈變化，平均值為348.2mg/L；出水COD濃度在19mg/L41mg/L之間，平均值為28.1mg/L。COD平均去除率為91.2%。有上圖可以看出進水COD值變化幅度很大，但出水COD值僅發生了較小的波動，該工藝抗沖擊能力很強，出水穩定。圖3-4鄒區污水處理廠COD的去除效果圖3-4為鄒區污水處理廠倒置A2/O生物池進出水COD值及去除率。如圖所示，選取鄒區污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水COD的歷時變化。可以看出

58、，進水COD濃度在320mg/L612mg/L之間變化，平均值426mg/L；出水COD濃度在18mg/L68mg/L之間，平均值為43.3mg/L。COD平均去除率為89.6%。根據上述數據，將四個污水處理廠各A2/O生物池平均進出水COD值和平均去除率匯總，見表3-1。表3-1污水廠COD去除數據江邊污水廠戚墅堰污水廠儒林污水廠鄒區污水廠平均進水COD（mg/L）691.5350.8348.2426平均出水COD（mg/L）43.139.728.143.3平均去除率（%）9388.391.289.6由上表可以看出，四個污水廠COD去除效果都較好，其中江邊、儒林、鄒區污水處理廠COD平均去除

59、率高于戚墅堰污水廠。3.1.2BOD5的去除效果圖3-5江邊污水處理廠BOD5的去除效果圖3-5為江邊污水處理廠改良型A2/O生物池進出水BOD5值及去除率。如圖所示，選取江邊污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水BOD5的歷時變化。可以看出，進水BOD5濃度在119mg/L390mg/L之間變化強烈，平均值為210.3mg/L；出水BOD5濃度大部分在6mg/L25mg/L之間，平均值為12.8mg/L。BOD5平均去除率為92.9%。由于進水BOD5值變化較大，出水BOD5值相對穩定。說明該工藝抗沖擊能力強，出水具有較好穩定性。圖3-6戚墅堰污水處理廠BOD5的去除效果圖3-6為戚墅堰污

60、水處理廠傳統A2/O生物池進出水BOD5值及去除率。如圖所示，選取戚墅堰污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水BOD5的歷時變化。可以看出，進水BOD5濃度在87mg/L200mg/L之間變化強烈，平均值為136.5mg/L；出水BOD5濃度大部分在1.9mg/L15.3mg/L之間，平均值為6.4mg/L。BOD5平均去除率為95.1%。由于進水BOD5值變化較大，出水BOD5值相對穩定。圖3-7儒林污水處理廠BOD5的去除效果圖3-7為儒林污水處理廠倒置A2/O生物池進出水BOD5值及去除率。如圖所示，選取儒林污水處理廠14次的數據觀察分析該廠進出水BOD5的歷時變化。可以看出，進水BO