1、第二讲 A2O工艺,BNR工艺,2,A2O工艺的发展,1932年开发的Wuhrmann工艺是最早的脱氮工艺(见图1),流程遵循硝化、反硝化的顺序而设置。,由于反硝化过程需要碳源,而这种后置反硝化工艺是以微生物的内源代谢物质作为碳源,能量释放速率很低,因而脱氮速率也很低。,此外污水进入系统的第一级就进行好氧反应,能耗太高;如原污水的含氮量较高,会导致好氧池容积太大,致使实际上不能满足硝化作用的条件,尤其是温度在15以下时更是如此;在缺氧段,由于微生物死亡释放出有机氮和氨,其中一些随水流出,从而减少了系统中总氮的去除。,因此该工艺在工程上不实用,但它为以后除磷脱氮工艺的发展奠定了基础。,3,196
2、2年,Ludzack和Ettinger首次提出利用进水中可生物降解的物质作为脱氮能源的前置反硝化工艺,解决了碳源不足的问题。 1973年,Barnard在开发Bardenpho工艺时提出改良型Ludzack-Ettinger脱氮工艺,即广泛应用的A/O工艺(见图2)。,A/O工艺中,回流液中的大量硝酸盐到缺氧池后,可以从原污水得到充足的有机物,使反硝化脱氮得以充分进行。A/O工艺不能达到完全脱氮,因为好氧反应器总流量的一部分没有回流到缺氧反应器而是直接随出水排放了。,4,为了克服A/O工艺不完全脱氮的不足,1973年Barnard提出把此工艺与Wuhrmann工艺联合,并称之为Bardenph
3、o工艺(见图3)。,Barnard认为,一级好氧反应器的低浓度硝酸盐排入二级缺氧反应器会被脱氮,而产生相对来说无硝酸盐的出水。为了除去二级缺氧器中产生的、附着于污泥絮体上的微细气泡和污泥停留期间释放出来的氨,在二级缺氧反应器和最终沉淀池之间引入了快速好氧反应器。Bardenpho工艺在概念上具有完全去除硝酸盐的潜力,但实际上是不可能的。,5,1976年,Barnard通过对Bardenpho工艺进行中试研究后提出:在Bardenpho工艺的初级缺氧反应器前加一厌氧反应器就能有效除磷(见图4)。,该工艺在南非称5阶段Phoredox工艺,或简称Phoredox工艺,在美国称之为改良型Barden
4、pho工艺。,6,1980年,Rabinowitz和Marais对Phoredox工艺的研究中,选择3阶段的Phoredox工艺,即所谓的传统A2/O工艺(见图5)。,7,A2O工艺的概述及原理,A2O是Anaeroxic-Anoxic-Oxic的英文缩写， A2O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。 工作原理,其工艺流程图如右图，生物池通过曝气装置、推进器(厌氧段和缺氧段)及回流渠道的布置分成厌氧段、缺氧段、好氧段。,8,在该工艺流程内，BOD5、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。A2O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌
5、、聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。,9,工艺特点,厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。 在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺。 在厌氧缺氧好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100
6、，不会发生污泥膨胀。 污泥中磷含量高，一般为25以上。,10,A2O工艺各反应池的单元功能及其存在的问题,各反应器的功能 厌氧反应器，原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化； 缺氧反应器，首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）； 好氧反应器曝气池，这一反应单元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等均在此处进行。流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器。 沉淀池，功能是泥水分离，污泥一部分回流至厌氧反应器，上清液作为处理水排放。,11,亟待解决的问题 除磷效果难再提高，污泥增长有
7、一定限度，不易提高，特别是P/BOD值高时更甚； 脱氮效果也难再进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高； 进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。,12,A2O工艺处理效果的影响因素,污水中生物降解有机物对脱氮除磷的影响,可生物降解有机物对脱氮除磷有着十分重要的影响,它对A2/O工艺中的三种生化过程的影响是复杂的、相互制约甚至是相互矛盾的。,在厌氧池中,聚磷菌本身是好氧菌,其运动能力很弱,增殖缓慢,只能利用低分子的有机物,是竞争能力很差的软弱细菌。但由于聚磷菌能在细胞内贮存P
8、HB和聚磷酸基,当它处于不利的厌氧环境下,能将贮藏的聚磷酸盐中的磷通过水解而释放出来,并利用其产生的能量吸收低分子有机物而合成PHB,在利用有机物的竞争中比其它好氧菌占优势,聚磷菌成为厌氧段的优势菌群。因此,污水中可生物降解有机物对聚磷菌厌氧释磷起着关键性的作用。所以,厌氧池进水中溶解性磷与溶解性有机物的比值(S-P/S-BOD)应在0.06之内,且有机物的污泥负荷率应 0.10 kgBOD5/kgMLSSd。,13,在缺氧段,异养型兼性反硝化菌成为优势菌群,反硝化菌利用污水中可降解的有机物作为电子供体,以硝酸盐作为电子受体,将回流混合液中的硝态氮还原成N2而释放,从而达到脱氮的目的。污水中的
9、可降解有机物浓度高,则C/N比高,反硝化速率大,缺氧段的水力停留时间HRT短,一般为0.51.0 h即可。反之,则反硝化速率小,HRT需23 h。可见污水中的C/N比值较低时,则脱氮率不高。通常只要污水中的COD/TN8时,氮的去除率可达80%。,14,在好氧段,当有机物浓度高时污泥负荷也较大,降解有机物的异养型好氧菌超过自养型好氧硝化菌,使氨氮硝化不完全,出水中NH4+-N浓度急剧上升,使氮的去除效率大大降低。所以要严格控制进入好氧池污水中的有机物浓度,在满足好氧池对有机物需要的情况下,使进入好氧池的有机物浓度较低,以保证硝化细菌在好氧池中占优势生长,使硝化作用完全。对此,好氧段的污泥负荷应
10、0.18 kgBOD5/kgMLSSd。,15,由此可见,在厌氧池,要有较高的有机物浓度;在缺氧池,应有充足的有机物;而在好氧池的有机物浓度应较小。,16,2. 污泥龄ts的影响,A2/O工艺污泥系统的污泥龄受二方面的影响。 首先是好氧池,因自养型硝化菌比异养型好氧菌的最小比增殖速度小得多,要使硝化菌存活并成为优势菌群,则污泥龄要长,经实践证明一般为2030 d为宜。 但另一方面, A2/O工艺中磷的去除主要是通过排出含高磷的剩余污泥而实现的,如ts过长,则每天排出含高磷的剩余污泥量太少,达不到较高的除磷效率。同时过高的污泥龄会造成磷从污泥中重新释放,更降低了除磷效果。 所以要权衡上述二方面的
11、影响, A2/O工艺的污泥龄一般宜为1520 d。,17,3. DO的影响,在好氧段,DO升高,硝化速度增大,但当DO2mg/L后其硝化速度增长趋势减缓,高浓度的DO会抑制硝化菌的硝化反应。同时,好氧池过高的溶解氧会随污泥回流和混合液回流分别带至厌氧段和缺氧段,影响厌氧段聚磷菌的释放和缺氧段的NO-x-N的反硝化,对脱氮除磷均不利。相反,好氧池的DO浓度太低也限制了硝化菌的生长率,其对DO的忍受极限为0.50.7 mg/L,否则将导致硝化菌从污泥系统中淘汰,严重影响脱氮效果。所以根据实践经验,好氧池的DO为2 mg/L左右为宜,太高太低都不利。,18,在缺氧池,DO对反硝化脱氮有很大影响。这是
12、由于溶解氧与硝酸盐竞争电子受体,同时还抑制硝酸盐还原酶的合成和活性,影响反硝化脱氮。为此,缺氧段DO0.5 mg/L。 在厌氧池严格的厌氧环境下,聚磷菌才能从体内大量释放出磷而处于饥饿状态,为好氧段大量吸磷创造了前提,从而才能有效地从污水中去除磷。但由于回流污泥将溶解氧和NO-x带入厌氧段,很难保持严格的厌氧状态,所以一般要求DO0.2 mg/L。,19,4. 混合液回流比RN的影响,从好氧池流出的混合液,很大一部分要回流到缺氧段进行反硝化脱氮。混合液回流比的大小直接影响反硝化脱氮效果,回流比RN大、脱氮率提高,但回流比RN太大时则混合液回流的动力消耗太大,造成运行费用大大提高。,注： RN一
13、般宜取(200400)%,20,5. 污泥回流比R,如果污泥回流比R太小,则影响各段的生化反应速率,反之回流比R太高,A2/O工艺系统中硝化作用良好, 但回流污泥将大量NOX-N带入厌氧池,引起反硝化菌和聚磷菌产生竞争,因聚磷菌为软弱菌群,所以反硝化速度大于磷的释放速度,反硝化菌抢先消耗掉快速生物降解的有机物进行反硝化,当反硝化脱氮完全后聚磷菌才开始进行磷的释放,这样虽有利于脱氮但不利于除磷。,权衡上述污泥回流比的大小对A2/O工艺的影响,一般采用污泥回流比R=(20100)%为宜.,21,6. TKN/MLSS负荷率的影响,好氧段的硝化反应,过高的NH4+-N浓度对硝化菌会产生抑制作用,实验
14、表明TKN/MLSS负荷率应0.05 kgTKN/kgMLSSd,否则会影响氨氮的硝化。,22,7. 水力停留时间HRT的影响,根据实验和运行经验表明,A2/O工艺总的水力停留时间HRT一般为714 h,而三段HRT的比例为厌氧段缺氧段好氧段=11(34)。,23,8. 温度的影响,好氧段,硝化反应在535时,其反应速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为3035。当低于5时,硝化菌的生命活动几乎停止。 缺氧段的反硝化反应可在527进行,反硝化速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为1525。 厌氧段,温度对厌氧释磷的影响不太明显,在530除磷效果均很好。,24,9. pH值的影响,在厌氧段,聚磷
15、菌厌氧释磷的适宜pH值是68; 在缺氧反硝化段,对反硝化菌脱氮适宜的pH值为6.57.5; 在好氧硝化段,对硝化菌适宜的pH值为7.58.5。,25,倒置A2O工艺及其特点,同济大学高廷耀、张波等认为,传统A2O工艺厌氧、缺氧、好氧布置的合理性值得怀疑。其在碳源分配上总是优先照顾释磷的需要,把厌氧区放在工艺的前部,缺氧区置后。这种作法是以牺牲系统的反硝化速率为前提的。但释磷本身并不是除磷脱氮工艺的最终目的。就工艺的最终目的而言,把厌氧区前置是否真正有利,利弊如何,是值得研究的。基于以上认识,他们对常规除磷脱氮工艺提出一种新的碳源分配方式,缺氧区放在工艺最前端,厌氧区置后,即所谓的倒置A2O工艺
16、见右图。,其特点如下:聚磷菌厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境,其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到更充分的利用,具有“饥饿效应”优势; 缺氧段位于工艺的首端,允许反硝化优先获得碳源,故进一步加强了系统的脱氮能力; 工程上采取适当措施可以将回流污泥和内循环合并为一个外回流系统,因而流程简捷,宜于推广。,26,A2O工程实例研究：广东新会市污水处理厂,广东新会市东郊污水厂第一期工程设计规模为8104t/d,设计进、出水水质如下表所示。,27,东郊污水厂工艺流程,如图1所示。,厌 氧,好 氧,28,新会市东郊污水厂主要设计参数如下:,污水在A2/O的三段反应池总停留时间为6 h ，厌氧段缺氧段好氧段=114; 污泥回流比为(60100)% 混合液回流比为300%; 污泥负荷率,好氧段:0.15 kgBOD5/kgMLSSd,厌氧段:0.20 kgBOD5/kgMLSSd;厌氧段S-P/S-BOD5为0.05,缺氧段C/N=6,好氧段TKN/SS为0.04 kgTKN/kgMLSSd; 混合液污泥浓度平均为3200 mg/L; 各段的溶解氧,好氧段:2 mg/L,缺氧段0.5 mg/L,厌氧段:0.2 mg/L。,该工艺BOD5、SS去除率90%以上,N、P的去除率均70%。剩余污泥经重力浓缩进入贮污池,经带式压滤机脱水,泥饼外运作为农林肥料。,
