A-O工艺

10.5.1A/O——缺氧——好氧活性污泥法（1）基本原理A/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为HO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。（2）工艺流程图10.1A/O工艺流程活性污泥几种主要运行方式工艺参数比较单位：Ls─污泥负荷KgBOD5/KgMLSS·dLv─容积负荷KgBOD5/m3（有效容积）·dMLSS─混合液浓度mg/LR─污泥回流比%HI─供气量m3（空气）/m3污水ts─污泥龄d说明：①上表是根据回流污泥浓度4～8g/L确定的，回流污泥浓度改变时，相关数据也应相对改变。②当所要求的处理效率降低时，Ls值可以增大。③当进水BOD5小于一般城市污水的BOD5时，Ls应相应减少④污水在曝气池内实际水力停留时间t’=V/(1+R)Q?(h)⑤曝气时间t=曝气池有效容积V(m3)/污水设计流量Q(m3/h)=污水在曝气池内名义水力停留时间（3）主要工艺特点1.缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的减度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。2.好氧在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。3.BOD5的去除率较高可达90～95%以上，但脱氮除磷效果稍差，脱氮效率70～80%，除磷只有20～30%。尽管如此，由于A/O工艺比较简单，也有其突出的特点，目前仍是比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建，中间隔以档板，降低工程造价，所以这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造。（4）A/O工艺的影响因素A/O工艺运行过程控制不要产生污泥膨胀和流失，其对有机物的降解率是较高的（90～95%），缺点是脱氮除磷效果较差。如果原污水含磷浓度3mg/L，则选用A/O工艺是合适的，为了提高脱氮效果，A/O工艺主要控制几个因素：①MLSS一般应在3000mg/L以上，低于此值A/O系统脱氮效果明显降低。②TKN/MLSS负荷率（TKN─凯式氮，指水中氨氮与有机氮之和）：在硝化反应中该负荷率应在0.05gTKN/(gMLSS·d)之下。③BOD5/MLSS负荷率：在硝化反应中，影响硝化的主要因素是硝化菌的存在和活性，因为自氧型硝化菌最小比增长速度为0.21/d；而异养型好氧菌的最小比增殖速度为1.2/d。前者比后者的比增殖速度小得多。要使硝化菌存活并占优势，要求污泥龄大于4.76d；但对于异养型好氧菌，则污泥龄只需0.8d。在传统活性污泥法中，由于污泥龄只有2～4d，所以硝化菌不能存活并占有优势，不能完成硝化任务。要使硝化菌良好繁殖就要增大MLSS浓度或增大曝气池容积，以降低有机负荷，从而增大污泥龄。其污泥负荷率（BOD5/MLSS）应小于0.18KgBOD5/KgMLSS·d④污泥龄ts：为了使硝化池内保持足够数量的硝化菌以保证硝化的顺利进行，确定的污泥龄应为硝化菌世代时间的3倍，硝化菌的平均世代时间约3.3d（20℃）硝化菌世代时间与污水温度的关系若冬季水温为10℃，硝化菌世代时间为10d，则设计污泥龄应为30d⑤污水进水总氮浓度：TN应小于30mg/L，NH3-N浓度过高会抑制硝化菌的生长，使脱氮率下降至50%以下。⑥混合液回流比：R的大小直接影响反硝化脱氮效果，R增大，脱氮率提高，但R增大增加电能消耗增加运行费。A/O工艺脱氮率与混合液回流比关系⑦缺氧池BOD5/NOx--N比值：H4以保证足够的碳/氮比，否则反硝化速率迅速下降；但当进入硝化池BOD5值又应控制在80mg/L以下，当BOD5浓度过高，异养菌迅速繁殖，抑制自养菌生长使硝化反应停滞。⑧硝化池溶解氧：DO2mg/L，一般充足供氧DO应保持2～4mg/L，满足硝化需氧量要求，按计算氧化1gNH4+需4.57g氧。⑨水力停留时间：硝化反应水力停留时间6h；而反硝化水力停留时间2h，两者之比为3:1，否则脱氮效率迅速下降。⑩pH：硝化反应过程生成HNO3使混合液pH下降，而硝化菌对pH很敏感，硝化最佳pH=8.0～8.4，为了保持适宜的PH就应采取相应措施，计算可知，使1g氨氮（NH3-N）完全硝化，约需碱度7.1g（以CaCO3计）；反硝化过程产生的碱度（3.75g碱度/gNOx--N）可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右。反硝化反应的最适宜pH值为6.5～7.5，大于8、小于7均不利。⑾温度：硝化反应20～30℃，低于5℃硝化反应几乎停止；反硝化反应20～40℃，低于15℃反硝化速率迅速下降。???因此，在冬季应提高反硝化的污泥龄ts，降低负荷率，提高水力停留时间等措施保持反硝化速率。（5）A/O工艺设计参数①水力停留时间：硝化不小于5～6h；反硝化不大于2h，A段:O段=1:3②污泥回流比：50～100%③混合液回流比：300～400%④反硝化段碳/氮比：BOD5/TN4，理论BOD消耗量为1.72gBOD/gNOx--N⑤硝化段的TKN/MLSS负荷率（单位活性污泥浓度单位时间内所能硝化的凯氏氮）：0.05KgTKN/KgMLSS·d⑥硝化段污泥负荷率：BOD/MLSS0.18KgBOD5/KgMLSS·d⑦混合液浓度x=3000～4000mg/L（MLSS）⑧溶解氧：A段DO0.2～0.5mg/LO段DO2～4mg/L⑨pH值：A段pH=6.5～7.5O段pH=7.0～8.0⑩水温：硝化20～30℃反硝化20～30℃⑾碱度：硝化反应氧化1gNH4+-N需氧4.57g，消耗碱度7.1g（以CaCO3计）。反硝化反应还原1gNO3--N将放出2.6g氧，生成3.75g碱度（以CaCO3计）⑿需氧量Ro?单位时间内曝气池活性污泥微生物代谢所需的氧量称为需氧量(KgO2/h)。微生物分解有机物需消耗溶解氧，而微生物自身代谢也需消耗溶解氧，所以Ro应包括这三部分。Ro=a’QSr+b’VX+4.6Nra’─平均转化1Kg的BOD的需氧量KgO2/KgBODb’─微生物（以VSS计）自身氧化（代谢）所需氧量KgO2/KgVSS·d。上式也可变换为：Ro/VX=a’·QSr/VX+b’或Ro/QSr=a’+b’·VX/QSrSr─所去除BOD的量（Kg）Ro/VX─氧的比耗速度，即每公斤活性污泥（VSS）平均每天的耗氧量KgO2/KgVSS·dRo/QSr─比需氧量，即去除1KgBOD的需氧量KgO2/KgBOD由此可用以上两方程运用图解法求得a’b’Nr—被硝化的氨量kd/d4.6—1kgNH3－N转化成NO3-所需的氧量（KgO2）几种类型污水的a’b’值⒀供氧量─单位时间内供给曝气池的氧量，因为充氧与水温、气压、水深等因素有关，所以氧转移系数应作修正。ⅰ.理论供氧量1.温度的影响KLa(θ)=KL(20)×1.024Q-20θ─实际温度2.分压力对Cs的影响（ρ压力修正系数）ρ=所在地区实际压力（Pa）/101325（Pa）=实际Cs值/标准大气压下Cs值3.水深对Cs的影响Csm=Cs/2·(Pb/0.1013+Qt/21)Csm─曝气池中氧的平均饱和浓度（mg/L）Pb─曝气设备装设深度（Hm）处绝对气压（Mpa）Pb=Po+9.81×10-3HPo─当地大气压力（Mpa）Qt=21·(1-EA)/[79+21·(1-EA)]??EA─扩散器的转移效率Qt─空气离开池子时含氧百分浓度综上所述，污水中氧的转移速率方程总修正为：dc/dt=αKLa(20)(βρCsmθ-Cl×1.024θ-20{理论推出氧的转移速率dc/dt=αKLa(βCs-Cl)}在需氧确定之后，取一定安全系数得到实际需氧量RaRo=RaCsm(20)/α(βρCsm(θ)-CL)×1.024θ-20则所需供气量为：q=(Ro/0.3EA)×100m3/hCL─混合液溶解氧浓度，约为2～3（mg/L）Ra─实际需氧量KgO2/hRo─标准状态需氧量KgO2/h在标准状态需氧量确定之后，根据不同设备厂家的曝气机样本和手册，计算出总能耗。总能耗确定之后，就可以确定曝气设备的数量和规格型号。ⅱ.实际曝气池中氧转移量的计算1.经验数据法当曝气池水深为2.5～3.5m时，供气量为：采用穿孔管曝气，去除1KgBOD5的供气量80～140m3/KgBOD5扩散板曝气，去除1KgBOD5供气量40～70m3空气/KgBOD52.空气利用率计算法每m3空气中含氧209.4升1大气压（101.325Kpa）,0℃1m3空气重1249克含氧300克1大气压（101.325Kpa）,20℃1m3空气重1221克含氧280克按去除1Kg的BOD5需氧1Kg计算，需空气量分别为3.33和3.57m3，曝气时氧的利用率一般5～10%（穿孔管取值低，扩散板取值高），假定试验在20℃进行：若氧利用率为5%，去除1Kg的BOD5需供空气72m3若氧利用率为10%，去除1Kg的BOD5需供空气36m3算出了总的空气供气量，就可根据设备厂家提供的机样选择曝气设备的规格型号和所需台数。（6）活性污泥法系统的工艺设计(1)处理效率（E%）E=(La-Le)/La×100%=Lr/La×100%La─进水BOD5浓度（mg/L）Le─二沉池出水BOD5浓度（mg/L）Lr─去除的BOD5浓度（mg/L）(2)曝气池容积（V）V=Qla/XLs=QLr/LvQ─曝气池污水设计流量（m3/d）Ls─污泥负荷率KgBOD5/KgMLSS·dLv─容积负荷KgBOD5/m3有效容积·dX─混合液MLSS浓度mg/L(3)曝气时间（名义水力停留时间）t(d)t=V/Q(d)(4)实际水力停留时间t’(d)t’=V/(1+R)Q?(d)R─污泥回流比%(5)污泥产量ΔX(Kg/d)ΔX=aQLr-bVXvXv=fxf=0.75a─污泥增长系数，取0.5～0.7b─污泥自身氧化率（d-）,一般取0.04～0.1Xv─混合液挥发性污泥浓度（MLVSS）Kg/m3(6)污泥龄（ts）污泥停留时间SRTts=1/(aLs-b)(7)剩余污泥排放量q(m3/d)q=VR/(1+R)ts(m3/d)或q=ΔX/fXR(m3/d)，f=MLVSS/MLSS一般为0.75XR─回流污泥浓度（Kg/m3）(8)曝气池需氧量（O2Kg/d）Ro=a’QSr+b’VXv+4.6Nra’─氧化每KgBOD5需氧千克数（KgO2/KgBOD5）一般a’取0.42～0.53b’─污泥自身氧化需氧率（d-1）即KgO2/KgMLVSS·d一般取0.188～0.11Nr─被转化的氨氮量Kg/d4.6─为1KgNH3-N转化成硝酸盐所需氧量（KgO2）