污水处理厂升级改造中的认识误区

3 多级A/O比A2/O脱氮除磷效果好

多级A/O工艺以Bardenpho工艺为代表，随后又衍生出多点进水的多级A/O，如图3所示。

图3 典型多级A/O工艺流程

Bardenpho(图3a)出现于20世纪70年代，当时还没有发现反硝化除磷现象。这种工艺在设计原理上将脱氮与除磷分隔设置，通过前置反硝化方式将污水中大部分氨氮在第一个好氧池(O1)硝化回流至第一个缺氧池(A1)而脱氮。第二级A/O原理上是除磷，即通过第二个厌氧池(A2)释磷、第二个好氧池(O2)吸磷。然而，这种工艺将进水碳源(特别是VFAs)在第一级A/O中已大部分消耗(A1反硝化、O1碳氧化)，留给第二级A/O的碳源已所剩无几(特别是磷细菌所必须的VFAs)，因此，磷细菌在这种情况下难以生长、繁殖，除磷也就无从谈起。显然，Bardenpho工艺要想具备同步脱氮除磷功能需要进水中的碳源异常充足，在满足反硝化(A1)和直接碳氧化(O1)的需要后仍有碳源(VFAs)剩余，这样才能保证A2中磷细菌对乙酸的摄取，进而使O2产生吸磷作用。

多点进水多级A/O(图3b)在工艺设计上碳源分段进入三个厌氧(实为缺氧)池，但在“厌”氧池内发生的主要还是常规反硝化作用。首先，污泥回流中的NO3-首先在A1中反硝化而与磷细菌抢夺碳源，接下来O1池硝化产生的NO3-会进入A2，以此类推。结果，这个工艺其实与Bardenpho类似，主要以硝化和反硝化为主，磷细菌也很难得势生长。

基于之前模拟A2/O时的相同水质、水量以及反应池体积，分别对图3所示的Bardenpho和三段多点进水工艺进行模拟，结果如图4所示。显然，Bardenpho几乎没有除磷作用，多点进水工艺稍微存在一些除磷效果，但与A2/O效果简直不能同日而语。如果将与A2/O变型为UCT，除磷效果则会更好。

图4 A2/O，Bardenpho与多级A/O工艺出水模拟比较

4 MBR为低氮、磷出水之选

A2/O+膜过滤(MBR)目前似乎已成我国污水处理升级改造的“标配”。很多决策者将出水达标和缓解黒臭水体的宝全部“押”在了MBR上。事实上，MBR对生物净化功能(特别是脱氮除磷)的强化作用几乎没有，只是可以聚积较高的生物量而已。相反，曝气池高的生物量意味着低的排泥量，这对以排除剩余污泥而产生的生物除磷作用十分不利。况且，膜只能截留不溶解的SS，如果前端吸磷效果不佳，溶解性PO43-将无法对其进行截留。对A2/O和UCT模拟结果显示，UCT在除磷效果方面远好于A2/O，只要保持出水SS在5 mg/L以下，出水TP甚至可以达到北京地方标准中的A标准(0.3 mg P/L)。而从传统二沉池出水SS=10 mg/L降低至SS在5 mg/L以下只需传统砂滤即可奏效。

有关MBR在能耗、占地、费用、清洗等方面的综合评价表明，MBR并不是一种称得上具有可持续性的工艺。有鉴于此，荷兰仅有的几座MBR工艺在经历了几年高能耗以及清洗(膜污染)导致的高昂运行费后已被拆除，继而回归传统活性污泥+砂滤方式工艺。这对比中国更加缺地的荷兰来说实属一种明智的选择。

5 MBBR适合升级改造

轻质悬浮型填料出现使得生物膜技术获得了空前的发展，人们寄希望于向曝气池中定向投加悬浮填料，以期在悬浮增长的生物量(活性污泥)基础上再获得1倍以上的增值生物量(生物膜)，这也就促进了MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)工艺的出现和应用。理论上讲，单位体积内的生物量增加，要么可以减少反应器的体积，要么可以增加反应器对污染负荷的处理能力。所以，MBBR应用而生。

对污水处理各种细菌所需要的生长环境来说，填料投入A2/O好氧、缺氧池倍增生物量后可强化碳氧化、硝化、反硝化作用。但将填料投入厌氧池，只可能有助于颗粒有机物的水解、酸化作用，并不会促进磷细菌的倍增，因为磷细菌是一种“动态”细菌，需要顺序存在厌氧--缺氧/好氧的环境下才能生长。投入厌氧池的填料显然难以实现这种环境上的需要(仅固守于厌氧池)，所以，磷细菌不会像常规异养菌(OHO)、硝化菌那样增量繁殖。只有采用向SBR反应器中投加填料的方式才有可能同时获得PAOs/DPB、OHO和AOB/NOB倍增的机会。因此，填料在A2/O等连续流工艺生物除磷方面强化作用仅局限于水解、酸化，不会对磷去除产生明显改进。

笔者进行的SBR加填料(德国Mutag BioChip™;园片型，直径=22 mm，厚度=1 mm，比表面积>3 000 m2/m3)试验表明，加填料SBR反应器近1年后生物膜生物量确实持续增长，最终使该反应器内的总生物量(生物膜+活性污泥)增加到未加填料SBR反应器(仅有活性污泥，MLVSS=1 400~1 800 mg/L)的2.9倍。但两个反应器对COD、N和P的去除率几乎处于相同的处理水平，均能使模拟生活污水(COD=200~400 mg/L，TN=40~80 mgN/L，TP=8~16 mgP/L)达到国家一级A标准，并没有观察到两个反应器在净化效果上的明显差别。即使在非稳态工况下运行，两个反应器对COD、N和P的去除率也没有出现明显预期差别。

总之，MBBR添加表观比表面积填料会有助于生物膜生长、老化脱落、避免有机物沉积，产生的生物增加量也有助于生物净化作用。然而，对市政污水而言，传统活性污泥法只要保持3 000~4 000 mg/L的MLSS，对COD、N、P去除完全可以奏效，用不着额外再去加填料而增加太多的生物量，除非进水中各种污染物浓度超高。然而，所添加的填料无助于生物除磷(像A2/O这样的连续流工艺)，反而会导致悬浮污泥的破碎、细化，造成二沉困难，最后只得求助于后端膜分离(MBR)来解决出水SS分离问题。这会使工艺流程延长而耗能，导致运行管理上出现麻烦。

6 结语

在污水处理升级改造或新厂建设方面，业主、设计者往往追求所谓新技术、新工艺，以至于形成了传统工艺难以满足严格排放标准的“共识”。对市政污水处理来说，脱氮除磷是关键，至于COD需达超低排放标准(30 mg/L)只是排放标准不科学制定的问题(荷兰出水COD允许120 mg/L，但BOD5却要求在1 mg/L;惰性COD进入水体不会耗氧，也不会对健康构成什么危害)。在脱氮除磷方面，普遍低碳源是我国污水的特征，但这不等于说传统工艺就不能应对低碳源下的脱氮除磷问题。回归传统工艺，比如说，A2/O特别是UCT，反硝化除磷及侧流磷回收等都可以轻易实现，完全可弃用前端投加碳源(脱氮)，后端投加化学药剂(除磷)的常规脱氮除磷方式，也不需要无限延长流程(多级AO、后端深V滤池等)，更不需要MBR或MBBR这些无助于生物除磷的所谓新工艺助力。

编辑：赵凡