浅谈A/O系列工艺技术及其在处理工业园区污水中的应用

王欣桐

(安徽绿能技术研究院有限公司，安徽 合肥 230088)

2021年6月国家发改委、住建部联合印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》，旨在缓解我国城乡污水收集、处理设施设备发展不均衡的问题，补齐发展短板，提升处理效能，加快资源化利用，提高设施运行维护水平。在我国“双碳”战略大背景下，国家环保政策日趋加紧，我国现今污水处理已经取得了一定成绩，但是对工业污水治理问题仍然比较突出，如何合理利用并最大限度提高工业废水的处理效率也显得十分必要。

目前工业污水处理污水处理技术按其处理方式可分为物理法、生物法和化学法三种。其中生物法主要是通过微生物的分解生化反应，将污水中的有机物分解氧化为稳定的无机物质，使污水得到净化，生物处理法与物化法相比，具有经济、高效等优点，是一种较实用的工业污水处理方法[1]。

国内外的污水处理厂普遍采用生物法作为污水处理工艺中的二级处理工艺，其从投资、运行费用、管理等方面极具优势，更重要的是其处理效果较为稳定。生物法工艺是在工业污水处理中的常用工艺，主要应用工艺有脱氮除磷工艺如A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR及其变型工艺(ICEAS、DAT-IAT、CASS)和UNITANK工艺在我国都有应用[2]。目前常用且较为成熟的生物法工艺多为A/O系列工艺。A/O系列工艺也被称为厌氧-好氧系列工艺法，它不仅使污水中的有机污染物能有效地分解和去除，还具备了脱氮除磷的功能，是一种较为综合性的生物法处理工艺。采用A/O系列处理工艺主要包括：A/O(厌氧/好氧)法、A2/O法、改良A2/O法、倒置A2/O工艺、MUCT法等。

1.1 A/O法

A/O工艺即厌氧/好氧工艺，是将一种将厌氧区和好氧区组合在一套处理系统的工艺方法。其工艺流程图见图1。

图1 A/O工艺流程图

活性污泥从后段二沉池被回流至前段的厌氧区中，污泥中细菌在厌氧条件下快速降解有机物并储存能量(营养物质)，然后挟带细菌的混合液进入好氧区，在好氧条件下降解体内储存营养物质并释放能量形成高浓度的含磷污泥，最终同剩余污泥一起排出污水处理系统，从而达到排放污水的除磷。此外，因为好氧区存在，回流污泥中也会有部分的细菌具备硝化功能，使得处理系统也具脱氮功能。一般认为A/O法在有硝化反应时存在脱氮效率有限等缺点，从而同步导致除磷效率有所降低的情况出现。

1.2 A2/O法

A2/O法也叫作厌氧/缺氧/好氧活性污泥法，其具体工艺流程是在A/O工艺的前段厌氧区与后段的好氧区之间增设一个缺氧区。好氧区实现了硝化功能，通过回流，使得末端的混合液回流至中部的缺氧区进行反硝化，使之高效率的脱氮。对A/O法工艺的改进，主要解决了A/O法脱氮效率不高的问题，在A/O工艺法中加入了缺氧段，实现了脱氮效率的提升，具体工艺流程图见图2。

图2 A2/O工艺流程图

其优点是工艺流程简单、水力停留时间短且运行费用低。经处理的污水流经生物池体的三个区，培养了污泥回流混合液中的各类细菌，在不同菌群的生化作用下，使污水中的主要污染物得到有效去除，达到同时开展脱氮除磷的功效。目前该方法在国内外广泛使用，国内对该工艺具有很好的设计和运行管理经验。

目前A2/O工艺技术仍存在一些工艺上缺点：①在进行内回流过程中，增加了系统能耗及整体系统运行处理的成本；
②回流的活性污泥挟带着大量的硝酸盐氮直接进入了厌氧池，破坏了其厌氧状态，影响了系统的除磷效果；
③生物除磷和生物脱氮二者对污泥负载方面本身就是相矛盾的，在工艺运行过程中使得二者达到最佳状态是极其困难的，污泥的负荷也比较难以控制。

为解决A2/O工艺法中的回流污泥硝酸盐对厌氧区放磷过程的影响，可通过采用两次回流污泥法或两点进水法等措施改善其对厌氧区放磷过程的影响过程，于是就逐步演化产生了改良型A2/O、倒置A2/O和MUCT等污水处理工艺。

1.3 改良型A2/O法

改良型A2/O工艺流程如图3所示。

图3 改良型A2/O工艺流程图

改良型A2/O工艺是在厌氧池前增加了预缺氧池以降低回流污泥中的硝酸盐对厌氧池放磷效果的影响。回流活性污泥在预缺氧池内先进行反硝化反应，去除其中的溶解氧及硝酸盐氮，这样不仅可保证后段厌氧池的效果，提高了系统除磷能力，而且使得反硝化的停留时间短、容积小。当排放的污水对总磷、总氮指标都有较高要求时，混合液、污泥挟带硝态氮回流至缺氧池实现反硝化过程，最终实现了脱氮能力的提升。为解决缺氧池反硝化碳源不足等问题，控制和适应厌氧池、缺氧池对碳源的利用，将进水按比例进入厌氧池和缺氧池中，采用分段进水以达到预期的处理效果。改良型A2/O工艺在进水碳源充足或要求的总氮去除率较低时，可均衡地除磷脱氮且运行稳定可靠。但若碳源不足或要求的总氮去除率较高时，总氮实际的去除效果就达不到预期要求。

1.4 倒置A2/O工艺

为避免传统A2/O工艺和改良A2/O回流硝酸盐对厌氧池放磷影响，将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和大部分的进水、混合液均回流参与到缺氧段反应中来，具体的流程见图4。

图4 倒置A2/O工艺流程图

该工艺中回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化反应，反硝化菌处于碳源争夺的有利位置，可强化系统整体的脱氮效果[3]。同时，硝酸盐因在前段的缺氧区中已基本消耗完毕，导致聚磷菌在厌氧环境中能够更加地充分反应，厌氧释磷直接进入好氧环境，其在厌氧条件下积累的能量直接释放，提升了吸磷能力。但倒置A2/O工艺在回流比较大且硝酸盐的浓度较高时，缺氧段易被击穿，未反硝化的硝酸盐直接进入后段的厌氧段，影响整体的除磷效果且大量回流稀释了厌氧池反应物的浓度，降低了整体的反应速率。

1.5 MUCT工艺

MUCT工艺称为活性污泥法，是一种强化生物除磷脱氮工艺的A/O系列技术，也是对A2/O工艺技术的改进，其具体的流程见图5。

图5 MUCT工艺流程图

针对A2/O工艺中存在的厌氧池效率降低、厌氧池容积增大等问题，MUCT活性污泥法工艺对厌氧段、缺氧段设置方式、污泥的回流方式进行了工艺优化，将活性污泥回流至缺氧池的前端，通过缺氧条件去除回流活性污泥中的硝酸盐，再通过将活性污泥回流至厌氧池，达到硝酸盐完全去除，提升了厌氧段除磷效果，最终强化了污水处理系统的除磷效果。

采用活性污泥法工艺可使生物除磷脱氮满足不同水质需要，与A2/O法相比，其污泥、混合液的两段两级回流，减少回流污泥中硝酸盐对厌氧放磷的不良影响。此外，活性污泥法由于增加了一级污泥的回流，处理系统变得更加复杂，系统的能耗与其他工艺方法相比较高，系统反应物的稀释等问题依然存在。

工业园区是地方为了集约化生产，体现规模化生产效益，划定一定范围土地，开展规划建设、投资以及专门提供工业设施设置的地区。随着化工、材料、冶金等高耗能、高污染企业“退城入园”政策的推进，工业园区已成为我国工业领域发展的主要形态和地方经济发展的助推器，加强工业园区的污水治理对缓解水资源短缺及水环境污染具有十分重要的意义[4]。目前在工业园区污水的治理过程中，一般情况下，产生的污水水质、水量变化大，难降解的成分多，对脱氮除磷提出了更高要求。在工艺设计时应尽量减少外部能源介入，从而降低整体工程的运行费用[5]。由于各排水单位排放的污水成分复杂、水平不一，利用现有城镇污水厂来处理工业污水效果不佳，配套工业园区排水设计建造一座工业园区污水处理厂显得十分必要。例如，在广东某工业园区内的各家生产企业的废水经过各自预处理后，排放至新建的园区污水处理厂进行集中处理，污水厂设计采用的二级处理工艺是多段多级A/O工艺，最终实现出水达标排放及回用[6]。

参照类似工业园区污水处理工艺，内蒙古某工业园区参照国家环保督察要求，需收集来源于工业园区各生产企业排放的污水，经过处理后回用水用于园区各需求企业。在园区污水厂工艺设计前，分析水质并选择有针对性、经济、环境友好的处理工艺显得尤为重要[7]。根据企业提供的废水第三方检测报告进行水质分析，参考相应的行业排水标准，设计出生产废水及生活污水的水质指标，并通过各企业水量的排放比例，加权计算确定设计的进厂水质，结果见表1。

表1 设计进厂水质 mg/L

根据对工业园区所排放废水的水质进行分析，可以得出：①该工业污水中有机物可生化性较好，但经排放企业内部污水预处理后，难降解的有机物占比较大，因此在生化主体工艺前应设水解酸化段；
②进水TN为60 mg/L，出水TN为15 mg/L，TN的去除率较高，因此主体的生化处理工艺应采用具有脱氮除磷功能的改良型A2/O工艺；
③从运行成本和建造成本来考虑，并综合对比以上5种A/O系列处理工艺的优缺点，可以从进水方式、区域设置方面对改良型A2/O工艺进行技术优化。

通过在生化池预缺氧区、厌氧区和缺氧区布置进水点充分利用污水的内碳源，根据进水浓度调节各点进水量，减少外加碳源投加量，降低运行成本；
通过在厌氧区前端增加预缺氧区，有利于后续单元除磷脱氮，减少回流污泥硝态氮不利影响；
在好氧区末端设置后缺氧区、后好氧区，通过强化反硝化从而达到污水脱氮。

本园区处理后出水主要回用于企业道路浇洒、绿化、冲厕用水，因此本项目污水处理后的出水应同时满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 A标准、《城市污水再生利用城市杂用水质》标准。当水质指标满足不同的水质标准时，遵从出水水质从严的原则，从而确定本项目设计出厂水质的主要指标如表2所示。

表2 设计出厂水质

根据本项目设计的进水及出水水质要求，主要污染物去除率如表3所示。

表3 主要污染物的处理程度

通过优化后A/O系列工艺处理本项目污水，处理效率极高，工业污水中主要污染物去除效率大多能达90%以上，满足工业污水处理可行性、实用性要求。本项目在采用优化后的改良型A2/O工艺进行工业污水处理时，具有以下技术优点：①该工艺技术在进水碳源充足或要求总氮去除率较低时，可具备均衡除磷脱氮效果且曝气池的容积较小、占地面积小、混合液回流比低，运行稳定可靠。②该工艺技术采用多点进水的方式，充分利用污水中的碳源，减少外加碳源，降低了运行成本。采用多段厌氧-耗氧的方式，强化了反硝化脱氮的作用，有利于后续单元的除磷脱氮，减少回流污泥中硝态氮等不利影响。

工业园区大多为较为偏远地区，市政管道暂未完全铺设到位，而园区发展、用水量增加以及园区范围的扩大，使得园区供水日趋紧张，资源的供需矛盾逐渐突出。所以考虑将园区的污水经处理后回用于园区的工业用水及绿化、道路浇洒用水等，不仅可有效地节约和利用有限且宝贵的淡水资源，又可以减少污水或废水排放量，减轻水环境的污染，具有明显的社会效益及经济效益。

此外，A/O系列工艺在工业污水的处理中重要作用，优化后改良型A2/O工艺具有高效脱氮除磷，降低运行成本，充分利用碳源，利于生化反应控制等优点，解决了传统A2/O工艺中脱氮和除磷对碳源的相互竞争，最大程度地降低了硝酸盐对厌氧除磷的影响，从而达到污水中主要污染物的最佳去除率。在实际运行中，处理后进水、出水中的主要污染物去除率能达90%以上。