AB法工艺优化脱氮除磷的探讨

　　AB法污水处理工艺是一种新型两段生物处理工艺，是吸附生物降解法的简称。该工艺将高负荷法和两段活性污泥法充分结合起来，不设初沉池，A、B两段严格分开，形成各自的特征菌群，这样既充分利用了上述两种工艺的优点，同时也克服了两者的缺点。所以AB法工艺具有较传统活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。但AB法工艺不具备深度脱氮除磷的条件，对氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的营养物质，容易引起水体的富营养化。
1 AB法工艺的特点与脱氮除磷的效果
1.1 AB法工艺的运行机理及特点
　　AB法工艺对污染物的去除主要是通过A段的吸附絮凝作用。A段直接与污水排水管网相接，污水中悬浮物与细菌混杂在一起成为结构较稳定的共存体，也为A段提供了大量的接种微生物。A段中的短世代周期的微生物在高负荷条件下处于对数增殖期，同时也产生大量的粘性物质，使其与污水中的悬浮物、颗粒以及游离的细菌等产生吸附絮凝，形成较密实的絮凝体，然后通过沉淀去除；通过生物氧化去除的比例较小。实验和工程实践表明：A段以絮凝吸附去除的有机物大约占去除总量的65%。B 段对有机物的去除机制与普通活性污泥法相似。AB法工艺的特点主要表现在：(1)不设初沉池，污水经排水系统直接进入A段曝气池，使整个排水系统起到一个生物选择器的作用；为A段生物反应池提供了与原污水相适应的微生物种群。(2)A段吸附曝气池在高负荷、短泥龄条件下运行，微生物处于对数增殖期，繁殖较快，活性高。B段曝气池以中低负荷运行，整体有利于避免污泥膨胀现象的发生。(3)A段和B段串联运行，各自设沉淀池，单独回流，将A段和B段污泥严格分开，形成各自的特征生物菌群。(4)A段主要是利用以物理化学作用为主导的吸附作用去除污水中的污染物质。因此，对负荷、pH值、温度及毒物有一定的适应能力。
1.2 AB法工艺与脱氮除磷
　　AB法工艺对氮、磷的去除以A段的吸附去除为主。污水中的部分有机氮和磷以不溶解态存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通过沉淀转移到固相中，同时生物同化也可以去除一部分以溶解态存在的氮和磷。传统的AB法工艺的总氮去除率约为30%～40%；对磷的去除以A段的高效吸附絮凝作用为主，A段对磷的去除率约为35%～50%，是传统一段活性污泥法的两倍以上；剩余的磷进入B段用于B段的微生物的合成而得到进一步去除。这样AB法工艺整体显示出了比传统活性污泥法高的氮、磷的去除效果。但是AB法由于自身组成上的特点，决定了其对氮、磷的去除量有限，主要表现在以下两个方面：
　　首先，生物脱氮过程包括硝化和反硝化两个部分，最终使氮以气态的形式释放到大气中而达到从污水中去除的目的。由于A段对BOD的去除率高而对氨氮去除的很少，使得进入B段的BOD/N值降低，这样有利于硝化菌的生长，使B段充分完成硝化过程；由于常规的AB法工艺没有反硝化过程，虽然氨氮得到去除，但是导致了硝态氮的增加，硝态氮的存在使出水依然难以达到污水排放对氮含量的要求。其次，对于磷来说，传统的AB法工艺不能为聚磷菌提供优势生长的厌氧/好氧条件，因此不能充分发挥生物除磷的作用。磷的去除主要是利用A段的吸附絮凝作用，主要去除的也是以悬浮态存在的磷。但城市污水中以悬浮态存在的磷的比例有限，因此磷的去除率也有限。虽然AB法表现出比普通活性污泥法好的除磷效果，但出水也很难达到对磷的排放标准的要求。
　　对于AB法工艺来说，它不具备同时脱氮除磷的条件，对氮、磷的去除率很难进一步提高。
2 AB法工艺优化脱氮除磷的改进设想
　　目前对AB法工艺优化脱氮除磷改进、运用在实际工程中并取得良好效果的ADMONT工艺和泰安污水处理厂的A+A2/O工艺，都是在原有的基础上对B段进行了改造，但是没有充分利用高负荷、短泥龄条件下的A段的生物除磷潜力。
2.1 改进思路及设想
　　为了充分利用A段的除磷作用，笔者按照A/O除磷和A/O脱氮的思路分别对A段和B段进行改进，即在原来的A段前加一个厌氧池；厌氧池水利停留时间按1h左右设计。B段也按A/O方式运行。具体工艺流程如下图。

2.2 改进工艺的可行性
　　A/O法工艺在高效生物脱氮除磷中的作用已经形成了一套完善的理论和处理模式。污水在管网系统中经历了厌氧或者缺氧过程，进入A段厌氧池与A段沉淀池回流的污泥混合后很快便进入厌氧状态，部分难降解的有机物在厌氧水解条件下转化成小分子易降解的有机物，提高了污水的可生化性能。同时除磷菌在大量的溶解性易降解有机物存在的条件下完成厌氧释磷过程，混合液进入A段吸附曝气池后，除磷菌又在好氧条件下完成了过量吸磷。部分以悬浮态存在的磷也可以通过吸附絮凝作用进入到污泥中。污泥在经过沉淀后通过剩余污泥的排放达到去除磷的目的。上清液在B段A/O工艺中完成脱氮。这一过程在理论和实践上都是可行的。
2.3 用两段A/O法对AB工艺进行改进的优点
2.3.1 A/O法工艺在脱氮和除磷中的区别
　　A/O法工艺在脱氮、除磷中的主要区别为：(1)对于脱氮，A/O工艺指的是缺氧/好氧，其中缺氧是指废水中无分子氧而有硝态氮的存在。对于除磷，A/O工艺指的是厌氧/好氧，其中厌氧指的是既没有分子氧也没有硝态氮的存在。(2)二者在组成上大致相同，但是在反应器的容积上有所不同。主要表现在废水的停留时间上有所不同。在脱氮A/O工艺中，废水在缺氧池的停留时间较短，在好氧池的停留时间较长，以利于硝化反应的完成。而在除磷A/O工艺中，废水在厌氧池的停留时间较长以形成有利于释磷的厌氧条件，同时在好氧池的停留时间较短以利于聚磷菌过量吸收磷。(3)泥龄不同。由于硝化菌属于自养菌，生长速率慢，世代周期较长，在脱氮A/O工艺中必须保持曝气池的长泥龄以利于其生长。磷的去除是以污泥的形式排放，要求系统多排泥，也就是要求除磷A/O工艺泥龄较短。从这三方面的区别来看，AB法工艺的A段和B段正好提供了改造成A/O除磷和A/O脱氮的条件。
2.3.2 改进后的AB法工艺的优点
　　(1)解决了传统脱氮除磷过程中的碳源竞争问题。传统的脱氮除磷过程中碳源主要消耗在释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。改进后的AB法工艺将除磷和脱氮分开，在A段厌氧/好氧吸附过程中完成对磷的去除，在B段缺氧/好氧过程中充分完成脱氮作用。在A段中由于吸附曝气池的高负荷、短泥龄和短停留时间使得系统无法进行硝化，回流污泥不会携带硝酸盐进入厌氧区，也就不会发生反硝化过程，从而保证了微生物厌氧释磷的充分完成。改善了进入B段中污水的BOD/N值，有利于B段完成硝化和反硝化反应。
　　(2)解决了同一系统中硝化和除磷的泥龄矛盾问题。硝化菌属于自养型专性好氧菌，繁殖速率慢，世代周期长，如要在系统内保持硝化菌的较好生长，就要求有较长的泥龄。而聚磷菌多为世代周期短的微生物，可以在较短的泥龄下正常生长，并且生物除磷的唯一渠道是通过剩余污泥的排放，这就要求采用短泥龄来增加排泥量，以取得高的除磷率。另外，泥龄过长还会由于有机质的不足而使污泥发生“自溶”现象，即污泥在好氧状态下吸收的磷又重新释放到水中。改进后的AB法工艺采用A段除磷和B段脱氮，将聚磷菌和硝化菌严格分开，利用了A段的高负荷、短泥龄实现很好的除磷效果，在B段的低负荷和长泥龄又有利于硝化菌的生长，达到了很好的脱氮目的。这样就解决了脱氮除磷过程中存在的泥龄矛盾的问题。
　　(3)充分利用了传统AB法工艺的负荷高、投资省、占地少、运行费用低以及处理效率高的特点。同时又增加了脱氮除磷功能，特别是A段将高负荷吸附絮凝除磷和生物除磷相结合，达到了更好的除磷效果。
　　(4)改进后的AB法工艺只是在A段前加了一个容积很小的厌氧池，在B段增加了一套混合液回流管线，B段的缺氧/好氧运行也可以通过B段曝气池的分格实现，这些在实际的工程建设和改造中都很容易实现。
3 结语
　　AB法工艺作为一种稳定、高效的污水处理工艺，具有投资省、能耗低、运行稳定等优点，但不具备深度脱氮除磷的功能。改进后的AB法工艺，克服了同一系统中脱氮和除磷在碳源上的竞争以及泥龄矛盾的问题，能够达到很好的脱氮除磷效果，具有很好的发展前景。