1 傳統工藝低負荷運行除磷脫氮的限度
由于傳統工藝運行的污水廠沒有深度凈化功能，也沒有更多資金新建大規模污水處理廠，因此對老廠原工藝進行改進，使其成為AO或連續流間隙曝氣工藝是十分必要的。
常規的活性污泥法采用的污泥負荷為0.2～0.3kgBOD5/(kgMLSS·d)，曝氣 池活性污泥濃度控制在2～3g/L之間，泥齡維持在4～5d以內。由于泥齡短，活性污泥中硝化菌的增殖速率小于其隨剩余污泥排出的速率，因而常規活性污泥法在滿負荷的條件下，氨氮去除率低，一般僅為20%～30%。
為使按常規法設計的污水廠獲得滿意的硝化效果，必須減小污泥負荷，提高污泥泥齡。在不增加曝氣池容積的前提下，可采用的辦法就是提高曝氣池污泥濃度。為了達到這一目標，要保證做到以下兩點：一是活性污泥具有良好的沉降性能；二是曝氣系統具有足夠的供氧能力 。
為了改善污泥的沉降性能，可采用超越初沉池的辦法，這樣進水中懸浮顆粒可能成為細菌絮凝的核心。某污水處理廠采用超越初沉池的低負荷活性污泥法，嚴格控制曝氣池溶解氧(前段1.1mg/L，中段1.6mg/L，后段2.8mg/L)，運行結果表明，BOD5的去除很好，出水平均值＜10mg/L，去除率達95.4%；NH3-N硝化相當完全，出水為0.1mg/L，硝化率為99.6%；氮磷的去除情況見表1。
超越初沉池，提高曝氣池污泥濃度的運行結果表明，硝化的效果相當好，氨氮去除率達99%，但出水的總氮在20mg/L以上，去除效果還不是很理想。
某污水廠設計處理能力27 000 m3/d，實際水量為15 000m3/d，進水中很大部分為工業廢水。超越初沉池低負荷活性污泥法運行數據表明，在平均水溫為26.6 ℃，MLSS為4.98 g/L，SVI為50.5 mL/g時，COD、BOD5的去除率達90%以上，出水NH3-N為3.0mg/L，硝化率為85.3%，當BOD5/TN為4.4時，總氮去除率為48.5%。
總之，低負荷傳統活性污泥法除磷脫氮的量是很有限的。為了進一步提高總氮去除率，可充分利用傳統工藝的現有設施和設備，對工藝進行切實可行的改進，使之成為高濃度活性污泥AO工藝，使氮、磷的去除提高到一定水平。
2 低負荷AO工藝
利用傳統工藝的全部設施，關閉曝氣池前1/3段空氣管，安裝攪拌機，保持原來的回流方式和回流比，變傳統工藝為缺氧—好氧(AO)工藝。運行參數見表2。
與常規意義的(de)AO法(fa)不同之(zhi)處在于(yu)，本工(gong)藝(yi)不設(she)內回流裝置，僅設(she)污泥(ni)回流系統，工(gong)藝(yi)流程如圖1所示(shi)。
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在運行中采用了兩種容積比，缺氧：好氧為1：1或1：3。由表3可見，1：1的情況總氮去除率略高于1:3的情況，但并無明顯的優勢。缺氧區容積的設定首先應保證系統 在COD、BOD5、NH3-N、SS等方面有良好的去除率，故本工藝的1：3容積比是合適的， 污泥回流比為80%～100%。
該工藝進水COD、BOD5平均值為543和246mg/L，出水平均值為47和17mg/L，去除率分別達到91.3%和93.1%，進水NH3-N為30.2mg/L，出水為0.5mg/L，硝(xiao)化率為98.2%，TN和TP的降(jiang)解指標見(jian)表1。
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表1 污染物降解指標
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工藝(yi)
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BOD3/TN
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BOD5/TP
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TN（mg/L)
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TP(mg/L)
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有機氯（mg/L)
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流入(ru)
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流入
|
流入
|
流出
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去除率
（%）
|
流入
|
流(liu)出
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去(qu)除率
（%）
|
流入(ru)
|
流出
|
去(qu)除率
（%）
|
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傳(chuan)統工藝
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4.1
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19.1
|
50.8
|
21.8
|
57.0
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11.1
|
5.6
|
49.3
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23.6
|
1.6
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93.3
|
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AO工藝(yi)
|
4.3
|
26.7
|
60.0
|
12.0
|
80.0
|
9.6
|
2.7
|
72.0
|
29.1
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3.6
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87.6
|
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連續流間(jian)隙曝氣
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4.4
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31.2
|
33.9
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9.3
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72.5
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5.3
|
1.3
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74.6
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12.1
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1.8
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84.9
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AO工藝對總氮的去除已大為改善，出水TN在12mg/L左右，去除率達80%，TP的去除尚未達到較好水平，但相對于進水的9.6 mg/L，出水已有很大程度的降低，如果輔以其他方式的除磷，AO工藝是一種適合于老廠改進的方案。
3 連續流間隙曝氣工藝
眾所周知，SBR法中間歇曝氣的方法有較好的去除氮磷能力。對于按傳統活性污泥法設計的污水廠，不可能按SBR法運行。一是不可能間斷進水，二是不可能從曝氣池出水。因此，保留高濃度活性污泥法運行中已有的經驗，只把連續曝氣改為分時段曝氣，保持正常流量的進出水，就可把這個改進后的工藝稱為連續流間隙曝氣工藝。
某污水處理廠設計能力27000m3/d，實際水量為15000m3/d，由于(yu)水量(liang)(liang)負(fu)荷(he)低，故減少(shao)曝(pu)氣量(liang)(liang)，縮短曝(pu)氣時間，連續運轉的(de)鼓風機輪流(liu)給兩組曝(pu)氣池充氧，8h為一周(zhou)期，運行參數見(jian)表(biao)2。
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表2 各種工藝運行參數（平均值）
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工藝
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氣溫
（℃）
|
回流比
（%）
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水(shui)力停留(liu)時間(jian)
（h）
|
泥齡
（d）
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容積負荷
（kgBOD5/m3.d)
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污泥負荷
（kgBOD5/(KGMLSS.d)
|
污泥濃度
（g/L)
|
SVI
(mL/g)
|
|
傳統工藝
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17.3
|
106
|
8
|
14.3
|
0.601
|
0.102
|
6.53
|
68.0
|
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AO工藝
|
15.3
|
100
|
8
|
8.2
|
0.738
|
0.133
|
5.79
|
68.5
|
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連續流間隙曝氣
|
17.4
|
190
|
15
|
11.6
|
0.230
|
0.042
|
6.51
|
49.3
|
|
在生產性試驗的運行(xing)期間，進行(xing)了三個不同工(gong)況(kuang)的研究，其運行(xing)參數和(he)結(jie)果見表3。
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表3 工況A、B、C運行參數和結果
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參數
|
工況A
|
工況B
|
工況C
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HRT(h)
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14.7
|
10.9
|
9.2
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12（每次4h）
|
15（每次5h）
|
15（每次(ci)5h）
|
|
非(fei)曝氣時間(jian)（h/d)
|
12(每次(ci)4h）
|
9（每次3h）
|
9（每次3h）
|
|
MLSS（g/L)
|
6.51
|
6.67
|
6.92
|
|
SVI(mL/g)
|
49.3
|
46.7
|
45.6
|
|
COD污泥負荷[kgCOD/(kgMLSS.d)
|
0.083
|
0.112
|
0.202
|
|
BOD5污(wu)泥負荷[kgBOD5/(kgMLSS.d)
|
0.042
|
0.056
|
0.074
|
|
氣溫(wen)（℃）
|
16.5
|
14.7
|
|
|
COD(mg/L)
|
進水(shui)
|
329.3
|
340.1
|
535.2
|
|
出水
|
47.8
|
38.6
|
49.2
|
|
去(qu)除率(lv)%
|
85.5
|
88.7
|
90.8
|
|
BOD5(mg/L)
|
進水(shui)
|
164.5
|
169.5
|
194.9
|
|
出水
|
14.0
|
13.8
|
15.2
|
|
去除率%
|
91.5
|
91.9
|
92.2
|
|
NH3-N(mg/L)
|
進水
|
20.2
|
21.4
|
20.7
|
|
出水(shui)
|
2.9
|
3.5
|
4.1
|
|
去除(chu)率%
|
85.6
|
83.6
|
80.2
|
|
TN(mg/L)
|
進水
|
36.3
|
37.6
|
39.8
|
|
出水
|
9.7
|
10.8
|
10.2
|
|
去除率(lv)%
|
73.3
|
71.3
|
74.4
|
|
由表3可見，這三個工況的運行情況都很好，用于老廠的改造是完全可行的。出水COD和BOD5與工藝改進前相似，硝化率相似，TN、TP出水濃度大為降低，去除率達到72.5% 和74.6%，由于氮、磷的去除消耗了碳源，因而工藝改進前后BOD5、COD的去除機理不同。
活性污泥鏡檢發現，菌膠團密實，在團狀結構中有不透光的核心。鐘蟲及采蓋蟲成株茂盛，數量極其多，很難發現游動型的后生動物如輪蟲等。污泥指數小、污泥沉降性能好的原因 在于：①間隙曝氣方式抑制了游動型后生動物的生長，菌膠團密實；②因超越初沉池，入流惰性物質與污泥絮體結合在一起，增加了污泥的體積質量；③保持50%以上的高回流比，污泥新鮮，利于沉降。
當氣溫下降至4 ℃左右，BOD5、COD的降解幾乎沒受影響，但硝化水平下降，出水NH3-N上升至7.6mg/L，去除率下降至68%，總磷的去除率下降至63.2%。
連續流間隙曝氣工藝中，曝氣時有機物部分被好氧微生物分解利用，部分由兼性微生物作糖元貯存；NH3-N被硝化桿菌最終氧化為NO3-N；溶解性磷鹽被聚磷菌吸收。不曝氣時，溶解氧被迅速消耗掉，開始了反硝化，入流帶來的有機物以及被貯存的糖元作電 子供體在 反硝化菌的作用下還原NO3-N為N2；聚磷菌把低分子有機酸變為貯存在體內的PHB，并釋放PO43-；活性污泥充分發揮其網捕和吸附功能，“過濾”污染物。
4 幾種工藝氮的去除途徑分析
氮的最終去除途徑是生成N2或轉化入污泥。假設實際消耗的堿度包括入流NH3-N硝化和有機氮氨化再硝化兩部分，那么由NH3-N硝化(hua)的計算(suan)(suan)堿(jian)度(du)與實(shi)際消耗(hao)堿(jian)度(du)之差可以 推(tui)算(suan)(suan)出有(you)機(ji)氮硝化(hua)消耗(hao)的堿(jian)度(du)，從(cong)而推(tui)算(suan)(suan)出有(you)機(ji)氮通過N2和(he)污泥途徑(jing)去(qu)除的量，確定總氮兩種(zhong)去(qu)除途徑(jing)所占(zhan)比例。各種(zhong)工藝的計算(suan)(suan)結果如表4所示。
|
表4 氮去除分配表
|
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工藝
|
△TN（mg/L)
流入(ru)-流出(chu)
|
有(you)機(ji)氮（mg/L)
流入-流(liu)出
|
計(ji)算(suan)耗堿度（mg/L,CaCO3)計
|
實(shi)際耗堿度（mg/L)
|
N2途徑（mg/L)
|
污泥途徑
（mg/L)
|
N2/△TN
|
污泥途徑/△TN
|
|
傳統(tong)工藝
|
29.0
|
22.0
|
163.0
|
215.0
|
21.6
|
7.4
|
74.5%
|
25.5%
|
|
AO工藝
|
47.7
|
25.5
|
136.4
|
196.0
|
37.9
|
8.8
|
79.4%
|
18.4%
|
|
連續流間隙曝氣
|
26.7
|
13.3
|
79.1
|
83.5
|
13.8
|
12.1
|
51.7%
|
45.3%
|
|
連續流間隙曝氣工藝通過污泥途徑去除的氮最多，因而該工藝脫氮對BOD5/TN的要求最低。
5 結論
① 傳統活性污泥法經過較為簡單的工藝改進后，具備了良好的生物除磷脫氮功能。
② 工藝改進后，可節省部分用于曝氣的費用，但要求曝氣系統有更好的供氧能力，即供氧速率高。
③ 由于城市污水中可被利用的有機物在保證脫氮(反硝化)之后所剩無幾，若要確保出水總磷小于1mg/L，有必要增加輔助除磷措施，如在進二沉池前加藥劑等。
④ 連續流間隙曝氣工藝由污泥途徑去除的氮遠高于AO工藝，故間隙曝氣工藝的脫氮對有機 物依賴性更小。
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