摘要：在研究期间主要分析AOA工艺模式下AnAOB处理市政污水效果。以某污水处理厂AOA工艺为例，利用实验分析方法探究市政污水处理效果。对污水中的主要参数指标分析可知：工艺中反硝化速率相对较高，COD在厌氧池的去除率达到90%左右，主要原因在于内碳源化和外回流稀释效果；氧池曝气量逐渐减少，NH₄-N去除率从80%上升至95%以上，出水NO₃--N质量浓度从8mg/L下降为5mg/L,AnAOB活性已经成功驯化；缺氧池的NH₄⁺-N、NO₂-N的去除量分别为15mg/L、3mg/L,而NO₃--N的生成量并不超过1mg/L,说明在缺氧池存在多种脱氮途径。希望通过研究为市政污水处理提供一定参考，以此保证Anammox反应运行的稳定性与安全性。
关键词：AOA工艺模式,AnAOB,市政污水
0引言
近年来，城市化进程不断加快，市政生活污水处理标准也随之提高，传统的污水处理工艺技术已经无法满足污水处理排放要求I。AOA(厌氧-好氧-缺氧)工艺作为一种低碳、节药、高效的深度处理工艺，在应用期间无需添加外部碳源，在市政污水处理中具有显著的运行成本优势，所以受到行业广泛关注与应用2。但是，传统AOA工艺除磷和反硝化分别在好氧区和缺氧区完成，在缺氧区会存在反硝化碳源不足等问题，可依据污水处理需求采用分段进水、外加碳源等方式改善系统性能，以此实现驯化AnAOB(厌氧氨氧化菌)活性的目标3]。在此背景下，对AOA工艺模式下的AnAOB处理市政污水研究具有显著的现实意义。
1实验基础
以某污水处理厂AOA工艺体系中的反应器为例分析，主要由厌氧池(A)[规格为50mm×300mm×300 mm(长×宽×高)]、好氧池(O)[规格为200 mm×300 mm×300 mm(长×宽×高)]和缺氧池(A)[规格为550 mm×300 mm×300 mm(长×宽×高)]三部分构成，工艺结构如下图1所示。
工艺材料采用束状纤维束填料，其具有较强的吸附性，同时设计缺氧池的填充比为25%,对截留AnAOB颗粒污泥提供了良好的基础保障。
实验样品采用污水处理厂处理的市政污水，水质变化情况如下：pH值为7.4～7.9、COD值为100~240 mg/Lp(NO₃-N)为0.55～1.75 mg/Lp(NH₄-N)为30～50 mg/Lp(NO₂-N)为0～0.8mg/L。
2 AOA工艺下的AnAOB驯化启动与稳定运行
2.1厌氧氨氧化驯化启动运行条件
实验采用的市政污水进水水质为pH值为7.4～7.7、COD值为249～80mg/Lp(NO₃-N)为0.1～2.35mg/L、p(NH₄-N)为53～30 mg/Lp(NO₂--N)为0.01 mg/L、温度T为17~23℃之间。
实验分成两个时期四个阶段，第一时期为活性驯化期，第二时期为稳定运行期。第一阶段为1—15d、第二阶段为16—31d、第三阶段为32—72d、第四阶段为73—105d,各阶段的好氧池曝气量分别为0.70、0.45、0.45、0.30 mL/min;进水碳氮比分别为4～5:1、3～4:1、1.5:1、3.3:1;曝停比分别为20s/50s、30s/40s、30s/30s、30s/30s。
2.2各阶段污染物去除情况
2.2.1 COD去除情况
对反应器进出水COD和各阶段COD变化情况分析，具体如图2所示。
通过数据分析可知，进水COD在实验期间从249mg/L下降为80mg/L,水质波动幅度较大。厌氧池出水COD值处于47.3～56.7 mg/L之间、好氧池出水COD值于36.4～43.6 mg/L之间、缺氧池出水COD值处于26.9～37.1mg/L之间。工艺运行期间在30mg/L左右浮动，COD去除率处于70%～80%之间，满足一级A类排放标准。
通过反应器中前段的厌氧区与好氧区能够将污水中大部分容易降解的有机物处理，在缺氧区主要处理难降解有机物，为AnAOB处理奠定了坚实的基础保障。COD在厌氧池的去除率达到90%左右，主要原因在于内碳源化和外回流稀释效果4-5
2.2.2氨氮和硝氮去除情况
在AnAOB处理期间的好氧池曝气量从0.7mL/min下降为0.3mL/min,NH₄+-N去除量在好氧池中出现下降变化，在缺氧池出现上升变化，具体情况如图3所示。
综合分析，工艺体系中的好氧池曝气量减少，缺氧池曝停比提升，相应的污水中的NH₄+-N去除率发生较为明显的变化，从80%上升至95%以上，出水口NO₃--N质量浓度从8mg/L下降为5mg/L。出现上述变化的主要原因在于工艺体系中的AnAOB活性已经成功驯化，提高了污水中污染物的去处效果。
2.2.3氨氮负荷优化与与Anammox稳定运行
对工艺运行期间的Anammox反应情况分析，在运行与稳定阶段各项参数指标的变化情况如图4所示。
在第一阶段，由于实施了较高的曝气量(0.7mL/min)及较短的溶解氧池与缺氧池曝气停歇周期(20s/50s),导致缺氧池对氨氮的去除效率仅为好氧池的一半。因此，排放水中的总无机氮质量浓度达到12.5(±2.5)mg/L,未达到80%的去除率标准，且NH₄-N质量浓度亦未达标。
在第二阶段，通过降低曝气量并延长曝气停歇周期，缺氧池对氨氮的去除效率得以提升，与好氧池情况基本相同。此时，排放水中的总无机氮质量浓度下降为7(±2)mg/L,推测Anammox反应在系统中发生，显著提高了总无机氮的去除效率。
在第三阶段，进水碳氮比波动于1.5～3之间。在此期间，通过提升缺氧池的曝气停歇比率，缺氧池在氨氮去除效率上超越了好氧池，致使排放水中的总无机氮质量浓度下降为5(±1)mg/L,去除率维持在80%至90%之间。这一结果证实了Anammox反应不仅发生，且系统已进入驯化阶段。不过，在中期阶段，进水化学需氧量和NH₄+-N浓度的下降引发了厌氧池反硝化反应的不完全，导致排放水中的总无机氮浓度出现回升。
在第四阶段，通过保持进水的碳氮比为2～4之间，并进一步降低曝气量，显著提升了缺氧区氨氮的去除效率。处理后的水样中，总无机氮(TIN)浓度稳定维持在7(±0.5)mg/L以下，TIN去除率超过80%。这一结果表明，系统内部的Anammox反应运行稳定，确保工艺出水中的TIN浓度的持续低水平。
3氮素转化途径分析
3.1好氧池氮转化途径分析
对好氧池氮转化途径分析，重点关注NH₄+-N、NO₂--N以及NO₃-N的转变以及COD的变化情况。在实验期间发现好氧池中的溶解氧质量浓度从2.4 mg/L下降为1.2mg/L,主要原因在于好氧池的充氧量从0.8 mL/min下降为0.3mL/min。研究结果显示，从第一阶段至第四阶段好氧池中的NH₄+-N质量浓度从12.6(±0.5)mg/L下降为4.6(±0.5)mg/L,NO₂--N质量浓度从4mg/L下降为1 mg/L,硝态氮浓度从7mg/L下降为2.6mg/L。好氧池通过将NH₄+-N转化为NO₂-N,为厌氧氨氧化过程创造了良好的底物条件。好氧池的COD去除量处于15.5(±4.4)mg/L,有利于降低厌氧系统中碳源，从而实现Anammox的高效运行。
对比分析不同硝化驯化期间以及AnAOB训话稳定阶段的运行数据。研究结果显示，在驯化初期阶段NAR浓度从60%～70%下降为Anammox驯化结束阶段的20%～40%。
此现象与调节反应过程中的曝气量密切相关。鉴于城市市政污水中NH₄+-N浓度普遍较低，且水质波动较大，加之氧化时间的延长导致NH₄-N脱除速率提升，游离氮FA呈现下降趋势，进而导致NAR发生下降变化。市政污水中的NH₄+-N浓度比较低，主要原因可能是污水中存在NOB,进而在短期硝化反应阶段具有较高难度6。
综上所述，在好氧池内获得的20%～40%稳定NAR能够为Anammox提供部分亚硝酸盐氮，同时能够有效去除厌氧池中的化学需氧量，降低异养反硝化菌对AnAOB活性的竞争，有利于在缺氧池中Anam-mox反应的安全有效发生。
3.2缺氧池氮转化途径分析
基于上述方法对缺氧池氮转化途径分析，缺氧池的NH₄-N、NO₂--N的去除量分别为15、3 mg/L,而NO₃-N的生成量并不超过1mg/L,在整个反应期间主要表现为负值。△NO₃-N/△NH₄+-N的比值小于0.05,AnAOB反应期间的化学计量比的一段式和二段式的比值分别为0.12和0.27。对数据对比分析得出结论，在缺氧池的NO₃-N浓度低于Anammox反应理论标准值。
4结论
对AOA工艺模式下AnAOB处理市政污水的研究具有重要的作用，能够为市政污水处理项目开展提供一定的技术参考。在研究期间以某污水处理厂的AOA工艺为例，深入分析其在处理AnAOB方面的具体表现。基于研究结果发现，市政污水的COD、NO₃-N、NO₂=-N、NH₄+-N的浓度均出现了较为明显的改善变化，在好氧池存在短程硝化作用，为AnAOB活性驯化提供了良好的基础条件，工艺缺氧池中存在多种不同的脱氮途径(包括反硝化脱氮和Anammox反应),AOA工艺驯化AnAOB活性表现良好，同时TIN去除效率表现出较高水平。
参考文献
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