作者：葉振中

1.概述

焦化廢水生物脫氮的A/O、A-A/O工藝較成熟，在我國的焦化行業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用，如工藝參數(shù)設(shè)計(jì)合理，工藝條件控制適當(dāng)，可取得較好的脫氮效果，是目前工程設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的脫氮工藝。后者是前者的改進(jìn)型工藝，是在A/O系統(tǒng)缺氧池之前加一個(gè)厭氧池，可起到酸化水解的作用，有利于大分子多環(huán)類化合物鏈或環(huán)的斷裂，從而提高廢水的生物降解物性，因此A-A/O工藝的處理效果要優(yōu)于A/O工藝。但A-A/O工藝的水力停留時(shí)間長，基建投資相應(yīng)也要高一些，并且焦化廠生物脫氮裝置大多是在原有的基礎(chǔ)上改擴(kuò)建而成，廢水處理場地有時(shí)會(huì)受到限制，所以在工藝選取上應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況及水處理要求綜合考慮。

2.A/O工藝

（1）工藝流程

缺氧-好氧生物處理系統(tǒng)A/O工藝，它是隨著廢水脫氮要求的提出而出現(xiàn)的。A/O工藝所完成的生物脫氮機(jī)理主要由硝化和反硝化兩個(gè)生化過程組成。廢水首先在好氧反應(yīng)器中進(jìn)行硝化，使含氮有機(jī)物被細(xì)菌分解成氨，然后在亞硝化菌的作用下氨進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮（NO- 2 –N），再經(jīng)硝化菌作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮（NO- 3 –N）。硝酸鹽氮進(jìn)入缺氧或厭氧反應(yīng)器后，經(jīng)過反硝化作用，利用廢水中原有的有機(jī)物，進(jìn)行無氧呼吸，分解有機(jī)物，同時(shí)將硝酸鹽氮還原為氣態(tài)氮（N₂）。A/O工藝不但能取得比較滿意的脫氮效果，同時(shí)可取得較高的COD和BOD去除率。

依據(jù)硝化-反硝化的脫氮機(jī)理，誕生了多種組合形式的A/O型處理工藝。單級(jí)A/O工藝是指用一個(gè)缺氧反應(yīng)器和另一個(gè)好氧反應(yīng)器組成的聯(lián)合系統(tǒng)，從好氧反應(yīng)器出來的部分混合液靠回流泵返回到缺氧反應(yīng)器進(jìn)水端，另一部分進(jìn)入二沉池分離活性污泥后，上清液作為處理出水排放。A/O工藝的流程如圖1所示。

　　

圖1 厭氧-好氧生物脫氮流程示意圖

活性污泥法所構(gòu)成的A/O系統(tǒng)，一般是由缺氧區(qū)和好氧區(qū)組成。其中好氧區(qū)的設(shè)計(jì)和操作運(yùn)行參數(shù)與常規(guī)曝氣池基本相同，設(shè)有曝氣裝置以維持足夠的供氧量，而原水是從缺氧區(qū)進(jìn)入，并與好氧區(qū)返回的硝化液混合，原水中的有機(jī)碳基質(zhì)正好成為反硝化的碳源而被利用。

生物膜法反應(yīng)器所構(gòu)成的A/O系統(tǒng)，是由相對(duì)獨(dú)立的2個(gè)填料床反應(yīng)器串聯(lián)組成，其中一個(gè)保持缺氧狀態(tài)，另一個(gè)保持好氧狀態(tài)，反應(yīng)器的填料與膜去相同，包括顆粒填料、軟性填料、立體彈性填料等。膜法A/O工藝一般能獲得比活性污泥法更好的脫氮效果，主要因?yàn)檩d體為生長速度緩慢的硝化菌提供了適宜場所。特別是在缺氧反應(yīng)器中，填充的軟性或彈性立體填料是大批抗毒物能力強(qiáng)和適應(yīng)不良環(huán)境的反硝化菌的棲息地，因此對(duì)提高反硝化效果十分有益。

（2）影響A/O工藝運(yùn)行的因素

根據(jù)有機(jī)碳基質(zhì)的性質(zhì)，廢水中可生化降解的有機(jī)物可分為三類：第一類為可快速生化降解的溶解性有機(jī)物，如有機(jī)酸、醇類、葡萄糖等；第二類為可緩慢降解性有機(jī)物，如烴類、淀粉、高分子有機(jī)物等；第三類則是微生物細(xì)胞物質(zhì)的自身氧化即內(nèi)源呼吸。這三類基質(zhì)在缺氧區(qū)作供氫體反硝化速率是不同的，其中內(nèi)源呼吸時(shí)的反硝化速率僅為第一類基質(zhì)的10％，第二類基質(zhì)的反硝化速率略高于內(nèi)源呼吸。從上述反硝化反應(yīng)式程式可以推算出，轉(zhuǎn)化1mg/L硝酸鹽氮大約需要3mg/L的BOD₅為碳源。當(dāng)原水中的碳氮化較高，可快速生化降解的有機(jī)物充分時(shí)，反硝化可以只利用第一類基質(zhì)。這時(shí)對(duì)于完全混合式的活性污泥法而言，所需的缺氧脫氮池容積較小，水力停留時(shí)間為0.5～0.1h即可。如原水的碳氮比較低時(shí)，反硝化就不可能僅利用此類物質(zhì)，缺氧池的停留時(shí)間就應(yīng)達(dá)到2.0～3.0h。

A/O工藝中的污泥泥齡主要受硝化細(xì)菌世代時(shí)間的影響，明顯比普通活性污泥法長，其最短泥齡與溫度有關(guān)，溫度對(duì)泥齡和硝化程度都有很大影響，在冬季低溫時(shí)應(yīng)采取措施加強(qiáng)硝化。

硝化菌是一種好氧性自養(yǎng)菌，生長在好氧區(qū)。在生物膜法處理過程中，由于生物膜有一定的厚度，為了充分發(fā)揮生物膜的代謝能力，一般控制好氧段溶解氧（DO）＝3.5～4.5mg/L較合適，過低就會(huì)成為硝化反應(yīng)的抑制因素。但對(duì)于活性污泥法，好氧區(qū)內(nèi)的硝化菌生長速率與溶解氧的關(guān)系，由大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，DO濃度在2.0mg/L以上時(shí)比較合適。但對(duì)A/O工藝的好氧區(qū)并非DO越高越好，因?yàn)槿芙庋鯐?huì)隨著回流而進(jìn)入缺氧區(qū)，結(jié)果影響反硝化。

反硝化菌是一種兼性異養(yǎng)菌，在缺氧系統(tǒng)生長。對(duì)于膜法反硝化系統(tǒng)，由于細(xì)菌周圍氧環(huán)境的差異，即當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)有一定溶解氧時(shí)，生物膜內(nèi)層仍呈缺氧狀態(tài)。有關(guān)報(bào)道指出，當(dāng)DO為1.0～2.0mg/L時(shí)，并不影響反硝化的進(jìn)行，但一般控制在DO≤1.0mg為宜。而對(duì)于活性污泥系統(tǒng)，缺氧區(qū)的溶解氧濃度則越低越好，最高不得大于0.5mg/L。為確保這一數(shù)值，缺氧區(qū)應(yīng)采用水下攪拌，以避免水表面形成旋渦而溶于空氣，或采用表面封閉的形式。

缺氧段與好氧段的反應(yīng)器容積比即A/O容積比對(duì)硝化及反硝化效果影響很大。一般認(rèn)為對(duì)于可生化性較好的廢水，懸浮生長系統(tǒng)的反硝化速率可以達(dá)到硝化速率的3～4倍，此時(shí)所需的A/O容積比較小。然而對(duì)于可生化性較差的廢水，所采用的A/O容積比應(yīng)較大。另外，采用較大的A/O容積比，可使大部分有機(jī)物在缺氧段被去除，從而減輕好氧段的有機(jī)負(fù)荷。A/O的容積比可在模型試驗(yàn)中，通過改變?nèi)毖醵闻c好氧段比例的大不來找出最佳的實(shí)驗(yàn)值，作為生產(chǎn)性裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)。

好氧段混合液回流的目的在于向缺氧提供反硝化反應(yīng)所需的氧化態(tài)氮，因此回流比的大小對(duì)反硝化效果具有較大影響?；旌弦夯亓鞅却髸r(shí)，返回到缺氧段的氧化態(tài)氮量將增加，若缺氧段有足夠的碳源，則脫氮率得以提高。但相應(yīng)增加動(dòng)力消耗，而且還會(huì)造成缺氧段DO值的升高，進(jìn)而影響反硝化效果。因此，應(yīng)該存在一個(gè)最佳的混合液回流比。值得注意的是，回流比具有很大的選擇范圍，應(yīng)根據(jù)具體水質(zhì)和工藝而選定。

硝化菌和反硝化菌的pH值適應(yīng)范圍在6.0～8.5之間，以7.0～7.5為最佳。PH值過低則硝化率下降，但回升后抑制作用可以解除，不存在殘毒效應(yīng)。在A/O工藝中硝化和反硝化分別為酸化過程。硝化反應(yīng)中產(chǎn)生的H⁺與水中的碳酸堿度結(jié)合，生成CO₂和水。隨著曝氣過程CO₂不斷吹脫，pH值下降趨勢(shì)會(huì)被抑制，但這一過程破壞堿度，每氧化1.0mg/L的NH₃-N即破壞7.2mg/L堿度。如水中堿度不足則會(huì)造成pH值嚴(yán)重下降，從而抑制硝化。另一方面，反硝化產(chǎn)物與CO₂和OH^-作用會(huì)產(chǎn)生碳酸堿度，每還原1.0mg/L氮會(huì)產(chǎn)生3.0mg/L堿度。二者綜合考慮，反硝化不足以補(bǔ)償硝化對(duì)堿度的破壞，總趨勢(shì)是堿度下降。一般為保證運(yùn)行正常，往往需要向系統(tǒng)中投加石灰等堿加以調(diào)整。實(shí)例：1993年上海寶山鋼鐵公司焦化廢水A/O裝置投入運(yùn)行，廢水中的NH₃-N得到有效治理，混凝處理后COD也達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。此后，臨汾鋼鐵等廠的焦化廢水A/O裝置也相繼投產(chǎn)，并獲得成功。

（3）A-A/O工藝

厭氧－兼氧－好氧組合工藝簡稱A-A/O，也有寫成A/O的，它由3段生物處理裝置組成，即在單級(jí)A/O工藝的前段再設(shè)置厭氧反應(yīng)器，目的在于通過厭氧過程使廢水的的部分難降解有機(jī)物得到降解去除，以改善廢水的可生化性。因?yàn)榻够瘡U水中含有大量的雜環(huán)及多環(huán)芒烴類有機(jī)物，這些有機(jī)物在好氧條件下較難生物降解，通過厭氧酸化處理，可以將其轉(zhuǎn)化為小分子、易生物降解的有機(jī)物，提高焦化廢水的生物降解性，并為后續(xù)的缺氧段提供適合于反硝化過程的碳源，最終達(dá)到高效去除COD、BOD、N、P的目的，A-A/O系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示：

　　

　　圖2 厭氧-兼氧-好氧生物脫氮流程示意圖

廢水經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，使高COD物質(zhì)在該段得到部分降解，然后進(jìn)入兼氧段，進(jìn)行反硝化過程，最后進(jìn)入好氧段氧化降解有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)，好氧段出水一部分回流進(jìn)入兼氧段，并與厭氧段出水混合，利用厭氧出水中的碳源進(jìn)行反硝化。另一部分出水進(jìn)入二沉地，分離活性污泥后作為出水，污泥直接回流到厭氧段。

A-A/O組合工藝的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①具有較高的COD和NH₃-N去除率，適合于處理高濃度COD和氨氮廢水；②厭氧段除了能夠降解部分難降解有機(jī)物外，還能改進(jìn)廢水的可生化性，以便于作為碳源而被反硝化利用，因而，其脫氮效果優(yōu)于單級(jí)A/O工藝；③A-A/O系統(tǒng)操作穩(wěn)定，對(duì)水質(zhì)和流量有很好的抗沖擊能力；④兼氧-好氧通過回流所構(gòu)成的循環(huán)系統(tǒng)，與單級(jí)A/O工藝基本相同。

實(shí)例：昆明鋼鐵公司焦化廠，利用原有生物處理工藝改造成A-A/O組合工藝，2001年進(jìn)行了調(diào)試與優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，氨氮去除率大于99％，混凝后COD的去除率高于95％，出水中酚、氰、COD和HN₃-N等均達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。