基于Anammox的新型A2O工藝及優勢分析

崔 濤 張 博 石 誠

(西安凈水處理有限責任公司，陜西 西安 710024)

0 引言

隨著人口數量的不斷增加和城市化進程的大力推進，城市水資源的匱乏和污染情況日益嚴重，由于城市水資源的供給主要包括自然水資源供給和污水回收處理后出水供給，而自然水資源有限，所以對于城市污水處理的工藝和技術提出了越來越高的要求[1]。目前，大多數城市污水處理廠仍采用傳統的活性污泥法工藝進行城市污水處理，該工藝也被稱為A2O工藝。經過傳統A2O工藝處理后的供給水雖然能夠滿足國家排放標準，但由于脫氮效率低，能耗較高，導致目前的污水處理并沒有真正的解決水資源污染問題，而是將水資源污染轉化為更多的海水污染和土地污染。因此，有必要利用一些化學技術針對A2O工藝中的部分流程進行改良，以提高傳統A2O工藝的處理效率，降低其能耗。本文將利用厭氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation，Anammox)技術改進傳統A2O工藝，并針對性地分析了該改良工藝的優勢[2]。

1 傳統A2O工藝及其缺點

1.1 傳統A2O工藝流程

相關數據顯示，首次采用A2O工藝的城鎮污水處理廠始建于1956年，經過多次技術和工藝流程改良，在針對污水進水量變化大、水質復雜的情況下，仍能保證總磷、總氮等出水水質指標滿足國家排放指標要求，因此仍是現階段主流的脫氮除磷污水處理技術和工藝。傳統的A2O工藝主要包括污水處理和污泥處理兩條工藝流程，其中污水處理是通過水體和其他不同物質質量密度進行沉淀分層處理，通過加注一定化學藥物進行處理，使污水能夠快速濃縮成污泥，之后將脫水填埋[3]，主要處理過程在格柵沉砂池、初沉池、曝氣池、二沉池和消毒池中完成，其中在初沉池和消毒池中分別加入藥劑。污泥處理是在污泥形成以后，采用厭氧消化通過厭氧消化產生氣熱電聯，在污水處理的過程當中，一邊產生電能一邊產生熱能，電能可以用于污水廠內部使用，熱能可以用于污泥的加熱風干，將已經完成脫水的污泥應用于農林業工作，具體流程如圖1所示。

1.2 傳統A2O工藝的優劣勢分析

傳統的A2O工藝由于其工藝處理效率能達到總氮70%以上、總磷90%左右，所以目前應用最為廣泛，主要應用在要求脫氮除磷的大中型城鎮污水處理廠，具有以下幾點優勢：

1)工藝流程簡單，總水力停留時間最小；

2)污水處理過程中由于缺氧和厭氧交替進行，絲狀菌不會大量繁殖，污泥不會膨脹，污泥體積指數一般低于100；

3)通常情況下，處理之后的污泥磷和氮的含量較高，適合當作肥料應用于農林生產。

除了上述優勢，傳統A2O工藝還存在一些比較明顯的問題，例如基建費和運行費用較高，運行管理要求高，脫磷脫氮效果難以進一步提高，其中最為顯著的缺點是脫氮效果差，也是本文研究的重點。通常情況下，城市污水氨氮濃度較低，而傳統的A2O工藝在低氨氮條件下難以形成對亞硝酸鹽氧化菌的抑制，不易形成穩定的亞硝化反應，導致脫氮效率低，而氨氮是國家要求的污水處理廠出水水質指標之一，所以為了滿足國家所制定的排水水質指標標準，許多采用傳統A2O工藝的城市污水處理廠需要使用大量的化學藥劑來提高污水處理中的脫氮效果，導致電力消耗和化學藥劑消耗增加，同時由于大量化學藥劑的使用會導致污水當中出現污泥量提高，對于污泥處理所需要的運營能耗會同步增加，從而進一步增加了污水處理過程中的能耗。因此，傳統的A2O工藝脫氮效率低，能耗較大[4]。

2 基于Anammox技術的新型A2O工藝及其優勢

2.1 基于Anammox技術的新型A2O工藝

基于Anammox技術的新型A2O工藝根據處理步驟的不同可以分為亞硝酸處置工藝和全自氧脫氨處置工藝，本文所介紹的新型A2O工藝主要是應用亞硝酸處置工藝[5]。該工藝包括兩個環節：亞硝化處置環節和厭氧氨氧化反應環節，具體表現在工藝流程上的改進是在圖1所示的傳統A2O工藝流程的基礎上使用厭氧池、好氧池和厭氧氨氧化池替代曝氣池，如圖2所示。

從圖2中可以看出，厭氧池位于初沉池之后，與好氧池配合完成亞硝化處置環節，在該反應池中將污水中50%的氮、氨原酸變成亞硝態氮，反應形成的亞硝態鹽是一種堿性物質，能和厭氧水形成的重碳酸鹽產生反應，實現酸堿中和，其中厭氧池內部安裝有攪拌器和pH在線調節檢測器，外部安裝有保溫夾層，好氧池內則有曝氣系統，為微生物提供充足的溶解氧；厭氧氨氧化池處是完成厭氧氨氧化反應環節的反應池，通過在該反應池中加入厭氧氨氧化菌把污水里多余的氮氨元素以及亞硝化環節中獲得的亞硝態氨變成氨氣，從而加強了脫氮性能，節約了能耗，有效的解決了傳統A2O工藝脫氮效率不足的問題[6,7]。

2.2 新型A2O工藝的優勢

基于Anammox技術的新型A2O工藝由于其工藝流程的原因，既具有傳統A2O工藝的優點，也能夠解決傳統A2O工藝的問題，例如新型A2O工藝利用率高，減少藥劑投入量，運行管理成本較低等，其中最為顯著的是優勢新型A2O工藝流程可以有效解決傳統A2O工藝流程中脫氮效率低的問題，針對低氨氮含量的城市污水處理也同樣適用，相關研究顯示，基于Anammox技術的新型A2O工藝可以去除低氨氮廢水中94%的NH3-N，對于NO3-N的去除效果更佳。基于Anammox技術的A2O工藝由于其高效的脫氮性能，不僅適用于城市污水處理，也適用于牲畜養殖污水處理、污泥液廢水處理，以及其他低氨氮廢水處理場景中。

另一方面，城市污水處理廠的能耗指標主要有電力消耗，化學藥劑消耗，人力消耗，設備消耗等等，由于基于Anammox技術的A2O工藝可以減少傳統A2O工藝流程由于增加藥劑而帶來的化學藥劑消耗和電力消耗，有效降低了污水處理廠的能耗，而且新型A2O工藝流程可以綜合利用污水中的能源，盡可能的實現能源與礦物質回收再利用，降低了傳統工藝流程對于環境的影響[8]。

3 結語

本文總結分析了傳統的城市污水處理工藝——A2O工藝的劣勢，主要體現在脫氮性能差、處理效率低，能耗高等方面。在此基礎上，針對性的提出了基于Anammox技術的新型A2O工藝，改良了A2O工藝的處理流程，并通過理論分析了新型A2O工藝能夠有效解決傳統A2O工藝脫氮效率低、能耗高的問題，具有一定的理論價值和實踐意義。