水环境污染问题已经对我国经济的发展产生严重影响，同时也给人们的生活带来危害与不便，因此政府对污水中氮磷排放标准也相应提高，这给水处理行业带来新的挑战与机遇。在处理污水标准提升的今天，水处理界更加重视研究、开发脱氮除磷处理的新工艺并期待其在工程应用方面的效果。现在污水处理厂中广泛应用 A2O(厌氧 - 缺氧 - 好氧法)工艺或改良 A2O 工艺、CASS 工艺及氧化沟工艺等。
近年来，作为国外为克服传统脱氮除磷的缺点而开发的分段进水多级 AO 工艺工艺，资料显示，日本是世界上运用多级 AO 工艺最为广泛的国家之一，据日本下水道事业团统计，截止到 2004 年，日本已建和在建的采用分段进水多级AO 工艺的污水厂数量已达到 20 余座，总处理水量达 400 余万t/d。现如今已在我国污水厂的改造升级中得到大力推广和广泛应用。现阶段在污水厂升级改造中多段多级 AO 工艺被普遍应用，具体实例见表 1。且结果表明，其出水水质均可达到设计要求，满足了规定的新标准。
表 1 多段多级 AO 工艺在污水厂升级改造中的应用实例
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污水厂名称 |
处理能力/（m 3 · d） |
级数 |
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北京碧水污水处理厂 |
180 000 |
3 |
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石家庄市桥西污水处理厂 |
160 000 |
3 |
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西安市第二污水处理厂 |
160 000 |
3 |
1 多段多级 AO 工艺概况
多段多级 AO 工艺是使生物反应池形成多组缺氧池与好氧池交替的形式。在缺氧反应池主要由聚磷菌利用少量碳源释放体内的磷且其以硝酸盐为电子受体做无氧呼吸，产生的能量进行吸磷，而污泥回流液中的硝酸盐被反硝化菌还原脱氮，池内以搅拌器混合并维持缺氧环境。在好氧段吸磷并使有机氮氨化，同时进行硝化作用以及降解BOD、COD，而充分反应后的混合液与下段进水一起进入下一段的缺氧反应池，其余各段污水处理流程同首段。由进水管分段流入每一级的缺氧段的污水既降低了前级出水的DO、pH 对后级缺氧处理的干扰又为反硝化菌提供了足够的碳源。该工艺只需设污泥回流不必设硝化液回流，污泥由二沉池回流至第一段。反应池出水流入二沉池，然后在其中进行固液分离，上层清液由二沉池出水管排出流入下一个污水处理单元。剩余污泥分为 2 个部分进行处理，一部分剩余污泥排入污泥浓缩池，另一部分通过剩余污泥回流管进入多段多级 AO 反应池的开始端来维持反应池中的微生物量。从鼓风机房接出的曝气管由曝气盘向各级 AO 池中的好氧池进行曝气，让其保持一定的溶解氧浓度，如图 1 所示。
2 多段多级 AO 工艺特点
多段多级 AO 工艺具有运行成本低、占地面积小、管理强度低、脱氮除磷率高和抗冲击负荷能力强等特点。
2.1 运行成本低
由于多级 AO 工艺缺氧好氧交替排列，好氧池的混合液直接进入下一级 AO 工艺的缺氧池，不必使用硝化液回流(内回流)设施，与 A2O 工艺相比，这样能够减小很多电耗，可以在一定程度上降低运行成本。
同时由于多段进水的优势，可对有机碳源进行充分利用，节省投加碳源的成本。
2.2 占地面积小
该工艺中反应池的 MLSS(混合液悬浮固体浓度)明显要比其他工艺高，因此单位池容可处理的污水负荷较大，在处理污水量相同的情况下，多段多级 AO 工艺可以缩小建筑面积，节省建设费用。如果在污水厂改造中，由于原有工艺的占地面积比较大，给远期建设预留的场地相对较小，那么就非常适合采用该工艺。
1- 污水进水管；2- 多段多级 AO 反应池；3- 搅拌装置；4-AO 反应池出水管；5- 二沉池；6- 二沉池出水管；7- 剩余污泥排放管；8- 剩余污泥回流管；9- 曝气管；10- 曝气盘图 1 多段多级 AO 工艺流程
2.1 管理强度低
该工艺由于设计上采用在各段中以等量营养源对应等量生物量，所以各段的污泥负荷基本相同，因此在运行中可采用统一标准化的方式对各段进行管理。例如各段好氧池需要的需氧量相同，可以采用同样的曝气设备，并维持相同的溶解氧浓度。而且由于采用相同的管理方式便于及时发现某段出现的问题并进行解决。
2.2 脱氮除磷率高
多段进水在按比例分配好每一段的碳源的同时，也使反应池内混合液悬浮固体浓度得到提高。而污泥的回流及水力停留时间的延长让好氧段产生的硝态氮可反复反硝化脱氮，提高了脱氮的效率。厌氧环境中聚磷菌把磷排出体外，在好氧环境中超量摄取磷，因此厌氧、好氧轮换进行反应，也大大地提高了磷的去除效率。而反硝化菌和聚磷菌在串联交替的缺氧好氧环境也可以更好地生长繁殖。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
2.3 抗冲击负荷能力强
多段进水相对于单一进水能够分配污水负荷，降低了由于各种原因导致的进水污染物浓度变化对系统的冲击，加强了系统的稳定性与抗冲击负荷能力。
3 影响多段多级 AO 工艺处理效率的主要因素
3.1 温度对处理效率的影响
硝化菌与反硝化菌等微生物对温度变化敏感，在我国北方漫长寒冷的冬季，平均水温在 4 ℃ ~15 ℃的情况下，其活性受到严重影响。根据污水处理厂在低温环境下的运行经验，水温降低会导致有机物、氮磷去除效果受到较大影响，污泥沉降性能变差，液面产生大量泡沫并伴随结冰，出水水质受到影响。
有实验数据表明，在水温为 10 ℃的情况下，(1)COD的去除效果良好，出水 COD 平均去除率可稳定达到 87.6 %。出水水质可稳定达标。(2)运行期内，前期的氨氮去除效果较差，后期的出水中，NH3-N 平均去除率达到 97.1 %，稳定达标。(3)前期因硝化效果不理想出水总氮较高。中后期出水 TN 的平均处理效率达到 67.2 %，脱氮率远高于同条件下传统活性污泥法的脱氮率。(4)前期的低温的抑制作用，导致磷的平均去除率很低。后期聚磷菌等微生物适应了低温环境，高磷污泥的规律排放为除磷提供了保证，出水 TP 的去除效率达到 94.3 %，稳定达标。
如果在冬季水温确实很低或者进水总氮维持在较高浓度的情况下，可使段内回流全部开启以达到出水总氮的规定标准。与此同时，可在最末级出水端采用投加化学絮凝剂的方法进一步确保出水总氮稳定达标。而在水温较高的夏季或者进水总氮维持在较高浓度的情况下，可使段内回流全部关闭。这样可使生物除磷效果达到最佳。既保证了出水总氮达标，又减少了除磷药剂的投加量，达到经济运行的目的。
3.2 BOD5污泥负荷对处理效率的影响
研究显示 BOD5 污泥负荷对多段多级 AO 工艺稳定良好地处理有机污染物不构成影响 ：当其在 0.02 d-1~0.15 d-1 时，磷去除率与 BOD5 污泥负荷成正相关，而 TN 的去除率在其为 0.05 d-1~0.10 d-1 时最佳。
2.1 污泥龄对处理效率的影响
该工艺可加强内源反硝化脱氮反应，其反应强度与污泥龄成正相关，但高泥龄使污泥量偏大。氨氧化菌活性基本不受污泥龄的影响，而亚硝酸盐氧化菌活性受其影响较严重。
2.2 反应器段数对处理效率的影响
该工艺的每一个反应池都近似于完全混合反应器，串联数量越多，整体系统就越接近于推流反应器，而在处理效率上推流反应器远远高于完全混合反应器。但是考虑到段数与占地面积的关系，工程上多段多级AO 工艺的段数一般为2~4段。
2.3 流量分配比对处理效率的影响
流量分配比是该工艺稳定运行、有效脱氮的关键，其硝化速率与污泥负荷和容积负荷的成明显的正相关。流量比最优，能高效利用碳源，并降低出水总氮。
2.4 A、O 容积比对处理效率的影响
系统的脱氮处理效率与硝化效果直接受到该工艺的 A、O 容积比影响。在工程中，验证了 0.6 为最佳 A、O 容积比，能让生物池各段更好地处理污水，使有机氮尽可能地被硝化和反硝化，而偏小或偏大均会影响氮磷去除效果并导致缺氧池的二次释磷。
3 问题和展望
(1)附着式生长系统具有很多悬浮式生长系统不具备的优势，应多开展这方面研究。
(2)在 TN 污泥负荷对处理程度的影响这方面的探究比较缺乏，需要进一步研究，得出合适的波动范围，方便实际应用过程中的管理。
(3)应根据低温环境对系统处理效率的影响机理，从HRT、进水分配比、SRT、A、O 池容积比等多因素综合考虑，进而达到良好运行，稳定出水。
目前该工艺在国内外已经得到广泛应用，而且局限在研究证明其在低温、低碳源及较高 BOD5 污泥负荷情况下均有良好表现，这使其具有良好的发展与研究前景，值得推广应用。(来源：中建水务环保有限公司)
