AAO工艺处理生活污水反硝化效率影响原因

———AAO工艺处理生活污水反硝化效率影响原因AAO工艺是城市生活污水处理中常用的处理工艺，具有结构简洁，技术较为成熟，便于管理与运行费用低等优势，在目前城市污水处理厂中被广泛应用。笔者所在的广州市某污水厂地处北回归线以南，属亚热带季风气候，污水管网系统主要实行合流制，导致常常进水碳源较低。在生物脱氮除磷的过程中，生物脱氮与生物除磷对于碳源的需求是相互独立且相互竞争的关系，碳源不足是我国南方城市污水处理厂处理效果不稳定的重要缘由。

大部分城市污水处理厂在进水碳源过低时，通常做法是另投加有机碳源。出于节省成本考虑，笔者在不另投加碳源基础上，通过调整内回流量、好氧末段溶解氧(DissolvedOxygen，DO)浓度、进水量三个影响反硝化的因素，探究影响反硝化的制约因素，并查找最佳工况条件，以提高生化系统的反硝化力量。

1、工艺概况

1．1工艺简介

本污水厂共有1#、2#两条生产线，以1线为例，工艺流程如图1所示。污水分别进入预缺氧区和厌氧区，然后进入缺氧区，最终进入好氧区，好氧池末端混合液部分回流到缺氧区(内回流)。好氧区出水经二沉池泥水分别后进入滤池，再经过消毒外排河涌。二沉池部分污泥回流到预缺氧区(外回流)，剩余污泥处理后外运。本污水处理厂所采纳的方法为典型的传统AAO处理工艺。

1．2水质状况与检测方法

本污水处理厂设计进水水质和实际进水水质差异较大，其设计进水水质：化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)为300mg／L，总氮(TotalNi—trogen，TN)为35mg／L。而以2022年12月进水水质为例，该月平均进水水质为：COD159．31mg／L，TN35．5mg／L。实际进水的COD浓度远低于设计进水COD浓度，其C／N仅为4．49。而依据Peng等人的讨论表明，当进水COD／TN≥8时，AAO工艺脱氮效果较好，其实际进水碳氮比远小于Peng等人的结论。

本试验均采纳国标法检测水质。COD采纳重铬酸钾法，TN采纳碱性过硫酸钾紫外分光光度法，硝氮(NO)采纳紫外分光光度法。

2、结果和争论

2．1内回流比对反硝化作用的影响

在同一时段内，对生产线1#、2#分别采纳了150％和80％的内回流比；设置外回流比均为80％；掌握其曝气量，进水量均相同；于预缺氧区末端、缺氧区末端、好氧区末端取样测试其硝氮指标，结果如表1所示。

由表1可知，在外回流比均为80％，内回流比分别为80％与150％的条件下，两条生产线的硝氮总去除量分别为8．35mg／L和12．7mg／L。内回流比为150％的条件下，硝氮的总去除量比内回流比为80％条件下增加了52％。其缘由是当内回流增大时，增加了异氧反硝化过程中底物浓度，有利于提高反硝化效率。反硝化过程在生物化学工程中是还原反应，硝氮作为电子受体，在厌氧菌的作用下被还原。该反应需要具备四个条件：一是必需有足够厌氧菌；二是污水中有足够的电子受体；三是污水中有足够的电子供体；四是厌氧或缺氧环境。提高内回流比使得缺氧区中硝氮的浓度上升，从而提高了反硝化反应的速率。

提高内回流比会使到缺氧区的实际停留时间削减。依据王社公平的讨论，反硝化过程反应速率可分为三个阶段，12～30min反硝化速率最大，反应60min后，反硝化速率已经大大降低。当内回流比为80％时，实际污水在缺氧区的停留时间为1．1h；内回流比为150％时，实际污水在缺氧区停留时间为0．83h。维持进水量不变，内回流量提高了88％，即停留时间削减了25％，反硝化去除量只增大52％。在低碳源条件下，内回流量增大，使反硝化去除量增大，但由于污水在缺氧区的停留时间削减，使反硝化量增幅低于内回流量的增幅。

2．2好氧末段DO浓度的影响

在同一时段内，对生产线1#、2#分别采纳了150％和80％的内回流比，设置外回流比均为80％，掌握其进水量相同，试验第1~10d通过掌握曝气量使好氧末端溶解氧大于3．0mg／L，第11~20d掌握曝气量使得好氧末端溶解氧维持在1．0mg／L以下，于预缺氧区末端，缺氧区末端，好氧区末端取样测试其硝氮指标，取平均值，其结果如表2所示。

反硝化菌是异氧兼性厌氧菌，只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。依据吉芳英等人的讨论，平均溶解氧浓度过低会导致NH3-N氧化不足而影响缺氧区的反硝化过程；溶解氧过高不仅破坏了缺氧区的缺氧环境，而且使得部分碳源被氧化分解，导致原来COD较低的污水中电子供体更为不足，不利于反硝化过程效率的提高。对比好氧末段DO大于3．0mg／L与小于1．0mg／L，可以看出不同内回流比的两生产线的总硝氮去除量相差均约为12mg／L。末段DO小于1．0mg／L时，两生产线缺氧区的反硝化量占了总硝氮量的六成，而好氧区末段DO大于3．0mg／L时，两生产线缺氧区的反硝化量仅占总硝化量的三成不到。内回流比不变时，好氧末段DO对缺氧区的处理效率影响较大。因此，在低碳源条件下，掌握好好氧末段出水DO，尤为关键。

2．3进水量的影响

为探究进水量对AAO工艺反硝化效率的影响，掌握内回流比为150％，好氧末端溶解氧浓度为1．0mg／L，调整每日进水量，于进水口，预缺氧区末端，缺氧区末端，好氧区末端取样测试其硝氮以及COD指标，进水量与硝氮去除量关系如表3所示。

当进水量提高时，硝氮的去除量并没有与进水量呈现出较强的相关关系，但是通过计算可以得知，当进水总碳源提高时，硝氮去除量随着污泥负荷的变化而变化。依据文单等人的讨论表明，较高的污泥负荷可为微生物供应更为充分的养分物质，增加了单位体积污泥中的生物量，从而增加了污泥的活性。本试验中，污泥负荷在0．0255kgBOD／kgMLSS.d时，硝氮总去除量为4．85mg／L，而污泥负荷在0．0568kgBOD／kgMLSS.d时，硝氮总去除量为19．57mg／L，污泥负荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。反硝化反应是由特别型微生物完成的生化反应，碳源浓度不同，反应速率也不同，在低碳源浓度时，随着污泥负荷增大而反硝化反应速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥负荷的增幅。

3、结论

1)在低碳源条件下，通过增大内回流比至150％，可有效提高反硝化过程的效率，对比起内回流比为80％，其硝氮去除量提升了52％。但由于停留时间削减，使反硝化量低于内回流量增幅。

2)内回流比不变时，好氧区末段DO对缺氧区的反硝化过程的处理效率影响较大，掌握好好氧末段出水DO，尤为关键。末段DO小于1．0mg／L时，两生产线缺氧区的反硝化量占了总硝氮量的六成。

3)随着污泥负荷增大而反硝化反应速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥负荷的增幅，污泥负荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。

AAO工艺是城市生活污水处理中常用的处理工艺，具有结构简洁，技术较为成熟，便于管理与运行费用低等优势，在目前城市污水处理厂中被广泛应用。笔者所在的广州市某污水厂地处北回归线以南，属亚热带季风气候，污水管网系统主要实行合流制，导致常常进水碳源较低。在生物脱氮除磷的过程中，生物脱氮与生物除磷对于碳源的需求是相互独立且相互竞争的关系，碳源不足是我国南方城市污水处理厂处理效果不稳定的重要缘由。

大部分城市污水处理厂在进水碳源过低时，通常做法是另投加有机碳源。出于节省成本考虑，笔者在不另投加碳源基础上，通过调整内回流量、好氧末段溶解氧(DissolvedOxygen，DO)浓度、进水量三个影响反硝化的因素，探究影响反硝化的制约因素，并查找最佳工况条件，以提高生化系统的反硝化力量。

1、工艺概况

1．1工艺简介

本污水厂共有1#、2#两条生产线，以1线为例，工艺流程如图1所示。污水分别进入预缺氧区和厌氧区，然后进入缺氧区，最终进入好氧区，好氧池末端混合液部分回流到缺氧区(内回流)。好氧区出水经二沉池泥水分别后进入滤池，再经过消毒外排河涌。二沉池部分污泥回流到预缺氧区(外回流)，剩余污泥处理后外运。本污水处理厂所采纳的方法为典型的传统AAO处理工艺。

1．2水质状况与检测方法

本污水处理厂设计进水水质和实际进水水质差异较大，其设计进水水质：化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)为300mg／L，总氮(TotalNi—trogen，TN)为35mg／L。而以2022年12月进水水质为例，该月平均进水水质为：COD159．31mg／L，TN35．5mg／L。实际进水的COD浓度远低于设计进水COD浓度，其C／N仅为4．49。而依据Peng等人的讨论表明，当进水COD／TN≥8时，AAO工艺脱氮效果较好，其实际进水碳氮比远小于Peng等人的结论。

本试验均采纳国标法检测水质。COD采纳重铬酸钾法，TN采纳碱性过硫酸钾紫外分光光度法，硝氮(NO)采纳紫外分光光度法。

2、结果和争论

2．1内回流比对反硝化作用的影响

在同一时段内，对生产线1#、2#分别采纳了150％和80％的内回流比；设置外回流比均为80％；掌握其曝气量，进水量均相同；于预缺氧区末端、缺氧区末端、好氧区末端取样测试其硝氮指标，结果如表1所示。

由表1可知，在外回流比均为80％，内回流比分别为80％与150％的条件下，两条生产线的硝氮总去除量分别为8．35mg／L和12．7mg／L。内回流比为150％的条件下，硝氮的总去除量比内回流比为80％条件下增加了52％。其缘由是当内回流增大时，增加了异氧反硝化过程中底物浓度，有利于提高反硝化效率。反硝化过程在生物化学工程中是还原反应，硝氮作为电子受体，在厌氧菌的作用下被还原。该反应需要具备四个条件：一是必需有足够厌氧菌；二是污水中有足够的电子受体；三是污水中有足够的电子供体；四是厌氧或缺氧环境。提高内回流比使得缺氧区中硝氮的浓度上升，从而提高了反硝化反应的速率。

提高内回流比会使到缺氧区的实际停留时间削减。依据王社公平的讨论，反硝化过程反应速率可分为三个阶段，12～30min反硝化速率最大，反应60min后，反硝化速率已经大大降低。当内回流比为80％时，实际污水在缺氧区的停留时间为1．1h；内回流比为150％时，实际污水在缺氧区停留时间为0．83h。维持进水量不变，内回流量提高了88％，即停留时间削减了25％，反硝化去除量只增大52％。在低碳源条件下，内回流量增大，使反硝化去除量增大，但由于污水在缺氧区的停留时间削减，使反硝化量增幅低于内回流量的增幅。

2．2好氧末段DO浓度的影响

在同一时段内，对生产线1#、2#分别采纳了150％和80％的内回流比，设置外回流比均为80％，掌握其进水量相同，试验第1~10d通过掌握曝气量使好氧末端溶解氧大于3．0mg／L，第11~20d掌握曝气量使得好氧末端溶解氧维持在1．0mg／L以下，于预缺氧区末端，缺氧区末端，好氧区末端取样测试其硝氮指标，取平均值，其结果如表2所示。

反硝化菌是异氧兼性厌氧菌，只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。依据吉芳英等人的讨论，平均溶解氧浓度过低会导致NH3-N氧化不足而影响缺氧区的反硝化过程；溶解氧过高不仅破坏了缺氧区的缺氧环境，而且使得部分碳源被氧化分解，导致原来COD较低的污水中电子供体更为不足，不利于反硝化过程效率的提高。对比好氧末段DO大于3．0mg／L与小于1．0mg／L，可以看出不同内回流比的两生产线的总硝氮去除量相差均约为12mg／L。末段DO小于1．0mg／L时，两生产线缺氧区的反硝化量占了总硝氮量的六成，而好氧区末段DO大于3．0mg／L时，两生产线缺氧区的反硝化量仅占总硝化量的三成不到。内回流比不变时，好氧末段DO对缺氧区的处理效率影响较大。因此，在低碳源条件下，掌握好好氧末段出水DO，尤为关键。

2．3进水量的影响

为探究进水量对AAO工艺反硝化效率的影响，掌握内回流比为150％，好氧末端溶解氧浓度为1．0mg／L，调整每日进水量，于进水口，预缺氧区末端，缺氧区末端，好氧区末端取样测试其硝氮以及COD指标，进水量与硝氮去除量关系如表3所示。

当进水量提高时，硝氮的去除量并没有与进水量呈现出较强的相关关系，但是通过计算可以得知，当进水总碳源提高时，硝氮去除量随着污泥负荷的变化而变化。依据文单等人的讨论表明，较高的污泥负荷可为微生物供应更为充分的养分物质，增加了单位体积污泥中的生物量，从而增加了污泥的活性。本试验中，污泥负荷在0．0255kgBOD／kgMLSS.d时，硝氮总去除量为4．85mg／L，而污泥负荷在0．0568kgBOD／kgMLSS.d时，硝氮总去除量为19．57mg／L，污泥负荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。反硝化反应是由特别型微生物完成的生化反应，碳源浓度不同，反应速率也不同，在低碳源浓度时，随着污泥负荷增大而反硝化反应速