AAO工藝是城市生活污水處理中常用的處理工藝，具有結構簡(jiǎn)單，技術(shù)較為成熟，便于管理與運行費用低等優(yōu)勢，在目前城市污水處理廠(chǎng)中被廣泛應用。筆者所在的廣州市某污水廠(chǎng)地處北回歸線(xiàn)以南，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，污水管網(wǎng)系統主要采取合流制，導致經(jīng)常進(jìn)水碳源較低。在生物脫氮除磷的過(guò)程中，生物脫氮與生物除磷對于碳源的需求是相互獨立且相互競爭的關(guān)系，碳源不足是我國南方城市污水處理廠(chǎng)處理效果不穩定的重要原因。

大部分城市污水處理廠(chǎng)在進(jìn)水碳源過(guò)低時(shí)，通常做法是另投加有機碳源。出于節約成本考慮，筆者在不另投加碳源基礎上，通過(guò)調整內回流量、好氧末段溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)濃度、進(jìn)水量三個(gè)影響反硝化的因素，探究影響反硝化的制約因素，并尋找最佳工況條件，以提高生化系統的反硝化能力。

1、工藝概況

1．1 工藝簡(jiǎn)介

本污水廠(chǎng)共有1^#、2^#兩條生產(chǎn)線(xiàn)，以1線(xiàn)為例，工藝流程如圖1所示。污水分別進(jìn)入預缺氧區和厭氧區，然后進(jìn)入缺氧區，最后進(jìn)入好氧區，好氧池末端混合液部分回流到缺氧區(內回流)。好氧區出水經(jīng)二沉池泥水分離后進(jìn)入濾池，再經(jīng)過(guò)消毒外排河涌。二沉池部分污泥回流到預缺氧區(外回流)，剩余污泥處理后外運。本污水處理廠(chǎng)所采用的方法為典型的傳統AAO處理工藝。

1．2 水質(zhì)情況與檢測方法

本污水處理廠(chǎng)設計進(jìn)水水質(zhì)和實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)差異較大，其設計進(jìn)水水質(zhì)：化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)為300mg／L，總氮(Total Ni―trogen，TN)為35mg／L。而以2016年12月進(jìn)水水質(zhì)為例，該月平均進(jìn)水水質(zhì)為：COD159．31mg／L，TN35．5mg／L。實(shí)際進(jìn)水的COD濃度遠低于設計進(jìn)水COD濃度，其C／N僅為4．49。而根據Peng等人的研究表明，當進(jìn)水COD／TN≥8時(shí)，AAO工藝脫氮效果較好，其實(shí)際進(jìn)水碳氮比遠小于Peng等人的結論。

本試驗均采用國標法檢測水質(zhì)。COD采用重鉻酸鉀法，TN采用堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法，硝氮(NO)采用紫外分光光度法。

2、結果和討論

2．1 內回流比對反硝化作用的影響

在同一時(shí)段內，對生產(chǎn)線(xiàn)1^#、2^#分別采用了150％和80％的內回流比；設置外回流比均為80％；控制其曝氣量，進(jìn)水量均相同；于預缺氧區末端、缺氧區末端、好氧區末端取樣測試其硝氮指標，結果如表1所示。

由表1可知，在外回流比均為80％，內回流比分別為80％與150％的條件下，兩條生產(chǎn)線(xiàn)的硝氮總去除量分別為8．35mg／L和12．7mg／L。內回流比為150％的條件下，硝氮的總去除量比內回流比為80％條件下增加了52％。其原因是當內回流增大時(shí)，增加了異氧反硝化過(guò)程中底物濃度，有利于提高反硝化效率。反硝化過(guò)程在生物化學(xué)工程中是還原反應，硝氮作為電子受體，在厭氧菌的作用下被還原。該反應需要具備四個(gè)條件：一是必須有足夠厭氧菌；二是污水中有足夠的電子受體；三是污水中有足夠的電子供體；四是厭氧或缺氧環(huán)境。提高內回流比使得缺氧區中硝氮的濃度升高，從而提高了反硝化反應的速率。

提高內回流比會(huì )使到缺氧區的實(shí)際停留時(shí)間減少。根據王社平等的研究，反硝化過(guò)程反應速率可分為三個(gè)階段，12～30min反硝化速率最大，反應60min后，反硝化速率已經(jīng)大大降低。當內回流比為80％時(shí)，實(shí)際污水在缺氧區的停留時(shí)間為1．1h；內回流比為150％時(shí)，實(shí)際污水在缺氧區停留時(shí)間為0．83h。維持進(jìn)水量不變，內回流量提高了88％，即停留時(shí)間減少了25％，反硝化去除量只增大52％。在低碳源條件下，內回流量增大，使反硝化去除量增大，但由于污水在缺氧區的停留時(shí)間減少，使反硝化量增幅低于內回流量的增幅。

2．2 好氧末段DO濃度的影響

在同一時(shí)段內，對生產(chǎn)線(xiàn)1^#、2^#分別采用了150％和80％的內回流比，設置外回流比均為80％，控制其進(jìn)水量相同，實(shí)驗第1~10d通過(guò)控制曝氣量使好氧末端溶解氧大于3．0mg／L，第11~20d控制曝氣量使得好氧末端溶解氧維持在1．0mg／L以下，于預缺氧區末端，缺氧區末端，好氧區末端取樣測試其硝氮指標，取平均值，其結果如表2所示。

反硝化菌是異氧兼性厭氧菌，只有在無(wú)分子氧而同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。根據吉芳英等人的研究，平均溶解氧濃度過(guò)低會(huì )導致NH3-N氧化不足而影響缺氧區的反硝化過(guò)程；溶解氧過(guò)高不僅破壞了缺氧區的缺氧環(huán)境，而且使得部分碳源被氧化分解，導致本來(lái)COD較低的污水中電子供體更為不足，不利于反硝化過(guò)程效率的提高。對比好氧末段DO大于3．0mg／L與小于1．0mg／L，可以看出不同內回流比的兩生產(chǎn)線(xiàn)的總硝氮去除量相差均約為12mg／L。末段DO小于1．0mg／L時(shí)，兩生產(chǎn)線(xiàn)缺氧區的反硝化量占了總硝氮量的六成，而好氧區末段DO大于3．0mg／L時(shí)，兩生產(chǎn)線(xiàn)缺氧區的反硝化量?jì)H占總硝化量的三成不到。內回流比不變時(shí)，好氧末段DO對缺氧區的處理效率影響較大。因此，在低碳源條件下，控制好好氧末段出水DO，尤為關(guān)鍵。

2．3 進(jìn)水量的影響

為探究進(jìn)水量對AAO工藝反硝化效率的影響，控制內回流比為150％，好氧末端溶解氧濃度為1．0mg／L，調整每日進(jìn)水量，于進(jìn)水口，預缺氧區末端，缺氧區末端，好氧區末端取樣測試其硝氮以及COD指標，進(jìn)水量與硝氮去除量關(guān)系如表3所示。

當進(jìn)水量提高時(shí)，硝氮的去除量并沒(méi)有與進(jìn)水量呈現出較強的相關(guān)關(guān)系，但是通過(guò)計算可以得知，當進(jìn)水總碳源提高時(shí)，硝氮去除量隨著(zhù)污泥負荷的變化而變化。根據文單等人的研究表明，較高的污泥負荷可為微生物提供更為充足的營(yíng)養物質(zhì)，增加了單位體積污泥中的生物量，從而增加了污泥的活性。本實(shí)驗中，污泥負荷在0．0255kg_BOD／kg_MLSS.d時(shí)，硝氮總去除量為4．85mg／L，而污泥負荷在0．0568kg_BOD／kg_MLSS.d時(shí)，硝氮總去除量為19．57mg／L，污泥負荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。反硝化反應是由異常型微生物完成的生化反應，碳源濃度不同，反應速率也不同，在低碳源濃度時(shí)，隨著(zhù)污泥負荷增大而反硝化反應速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥負荷的增幅。

3、結論

1)在低碳源條件下，通過(guò)增大內回流比至150％，可有效提高反硝化過(guò)程的效率，對比起內回流比為80％，其硝氮去除量提升了52％。但由于停留時(shí)間減少，使反硝化量低于內回流量增幅。

2)內回流比不變時(shí)，好氧區末段DO對缺氧區的反硝化過(guò)程的處理效率影響較大，控制好好氧末段出水DO，尤為關(guān)鍵。末段DO小于1．0mg／L時(shí)，兩生產(chǎn)線(xiàn)缺氧區的反硝化量占了總硝氮量的六成。

3)隨著(zhù)污泥負荷增大而反硝化反應速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥負荷的增幅，污泥負荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。（來(lái)源：廣州市凈水有限公司石井分公司華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，貴州科學(xué)院）