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 Wagner
2
1 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COD
Cr 、BOD
5
、SS、NH
3
-N和TN具有较好的处理效率，对TN 和
NH
3-N的处理效率分别达到了0.022 kg TN·kgMLSS-1·d-1和 0.026 kg NH
3
-N·kg
MLSS-1·d-1。然而，对PO
4
-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COD
Cr , BOD
5
, 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 BOD
5
·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COD
Cr , BOD
5
,
SS, TN 和TP浓度大于设计值，实际平均BOD
5进水负荷为0.114 kgBOD
5
·kg
