傳統(tǒng)活性污泥法是應(yīng)用最早的工藝，它去除有機(jī)物的效率很高，近20年來，水體富營養(yǎng)化的危害越來越嚴(yán)重，去除氮、磷列入了污水處理的目標(biāo)，于是出現(xiàn)了活性污泥法的改進(jìn)型AO工藝和AAO工藝。AO工藝有兩種，一種是用于除磷的厭氧—好氧工藝，一種是用于脫氮的缺氧—好氧工藝;AAO工藝則是既脫氮又除磷的工藝。
1、AAO工藝原理及過程
A-A-O生物脫氮除磷工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝和生物除磷工藝的綜合。在該工藝流程內(nèi)，BOD、SS和以各種形式存在的氮和磷將一并被去除。該系統(tǒng)的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌組成，專性厭氧和一般專性好氧菌群均基本被工藝過程所淘汰。在好氧段，硝化細(xì)菌將入流中的氨氮及由有機(jī)氮氨化成的氨氮，通過生物硝化作用，轉(zhuǎn)化成硝酸鹽;在缺氧段，反硝化細(xì)菌將內(nèi)回流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用，轉(zhuǎn)化成氮?dú)庖萑氪髿庵校瑥亩_(dá)到脫氮的目的;在厭氧段，聚磷菌釋放磷，并吸收低級(jí)脂肪酸等易降解的有機(jī)物;而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通過剩余污泥的排放，將磷去除。
在以上三類細(xì)菌均具有去除BOD的作用，但BOD的去除實(shí)際上以反硝化細(xì)菌為主。以上各種物質(zhì)去除過程 可直觀地用圖所示的工藝特性曲線表示。污水進(jìn)入曝氣池以后，隨著聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段好氧生物分解，BOD濃度逐漸降低。在厭氧段，由于聚磷菌釋放磷，TP濃度逐漸升高，至缺氧段升至最高。在缺氧段，一般認(rèn)為聚磷菌既不吸收磷，也不釋放磷，TP保持穩(wěn)定。在好氧段，由于聚磷菌的吸收，TP迅速降低。在厭氧段和缺氧段，氨氮濃度穩(wěn)中有降，至好氧段，隨著硝化的進(jìn)行，氨氮逐漸降低。在缺氧段，NO3-N瞬間升高，主要是由于內(nèi)回流帶入大量的NO3-N，但隨著反硝化的進(jìn)行，硝酸鹽濃度迅速降低。在好氧段，隨著硝化的進(jìn)行，NO3-N濃度逐漸升高。
2、AAO工藝參數(shù)和影響因素
A-A-O生物脫氮除磷的功能是有機(jī)物去除、脫氮、除磷三種功能的綜合，因而其工藝參數(shù)應(yīng)同時(shí)滿足各種功能的要求。如能有效去除脫氮或除磷，一般也能同時(shí)高效地去除BOD，但除磷和脫氮往往是相互矛盾的，具體體現(xiàn)在某些參數(shù)上，使這些參數(shù)只能局限在某一狹窄的范圍內(nèi)，這是A-A-O系統(tǒng)工藝控制較為復(fù)雜的主要原因。
1)F/M和SRT
完全的生物硝化，是高效生物脫氮的前提，因而F/M越低SRT越高，脫氮效率越高，而生除磷則要求高F/M低SRT。A-A-O生物脫氮除磷是運(yùn)行較靈活的一種工藝，可以以脫氮為重點(diǎn)，也可以以除磷為重點(diǎn)，當(dāng)然也可以二者兼顧。如果既要求一定的脫氮效果，也要求一定的除磷效果，F(xiàn)/M一般控制在0.1～0.18kgBOD5/(kgMLVSS•d)，SRT一般應(yīng)控制在8～15天。
2)水力停留時(shí)間
水力停留時(shí)間與進(jìn)水濃度、溫度等因素有關(guān)。厭氧段水力停留時(shí)間一般在1～2小時(shí)范圍;缺氧段水力停留時(shí)間1.5～2小時(shí);好氧段水力停留時(shí)間一般應(yīng)在6小時(shí)。
3)內(nèi)回流與外回流
內(nèi)回流比r一般在200～500%之間，具體取決于進(jìn)水TKN濃度，以及所要求脫氮效率，一般認(rèn)為，300～500%時(shí)脫氮效率最佳。外回流比R一般在50～100%的范圍內(nèi)，在保證二沉池不發(fā)生反硝化及二次釋放磷的前提下，應(yīng)使R降至最低，以免將大多的NO3-N帶回厭氧段，干擾磷的釋放，降低除磷效率。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4)溶解氧DO
厭氧段DO應(yīng)控制在0.2mg/l以下，缺氧段DO應(yīng)控制在0.5mg/l以下，而好氧段DO應(yīng)控制在2～3mg/l之間。
5)COD/TKN與COD/TP
對于生物脫氮來說，COD/TKN應(yīng)大于4.0，而生物除磷則要求COD/TP大于20。如果不能滿足上述要求，應(yīng)向污水中投加有機(jī)物。為了提高COD/TKN值，宜投加甲醇做營養(yǎng)源，為了提高COD/TP值，宜投加乙酸等低級(jí)脂肪酸。
6)PH和堿度
A-A-O生物除磷脫氮系統(tǒng)中，污泥混合液的PH應(yīng)控制在7.0之上，如果PH小于6.5時(shí)，可提高堿度。
7)溫度的影響
溫度越高，對生物脫氮越有利，當(dāng)溫度低于15℃時(shí)，生物脫氮效率將明顯下降。而當(dāng)溫度下降時(shí)，則極可能對除磷有利。
8)毒物及抑制物質(zhì)
某些重金屬離子、絡(luò)合陰離子及一些有機(jī)物隨著工業(yè)廢水入處理系統(tǒng)后，如果超過一定的濃度，會(huì)導(dǎo)致活性污泥中毒，會(huì)使某些生物活性受到抑制。反硝化細(xì)菌和聚磷菌對毒物及抑制物質(zhì)的反應(yīng)，同傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)的污泥基本一致，其中毒或抑制劑量見下表。與以菌類相比，硝化細(xì)菌更易受到毒物抑制。一些對異養(yǎng)菌無毒的物質(zhì)會(huì)對硝化細(xì)菌形成抑制。而同一種抑制物質(zhì)，在某一濃度水平下，對異養(yǎng)菌無毒性，而對硝化細(xì)菌卻可能有抑制作用。
3、AAO生物脫氮除磷系統(tǒng)的功效
A-A-O生物脫氮除磷工藝，可以通過運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)以除磷為重點(diǎn)。此時(shí)除磷效率可以超過90%，但脫氮效率會(huì)非常低。如果運(yùn)行控制以脫氮為重點(diǎn)，則可獲得80%以上的脫氮效率，而除磷往往在50%以下。在運(yùn)行良好時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)脫氮與除磷同時(shí)超過60%，但要維持高效率脫氮的同時(shí)，高效率除磷是不可能的。運(yùn)行中只能選擇以二者之一為主，若二者兼顧，則效率都不高。
該工藝具有使出水TP小于2mg/l，TN小于9mg/l的潛力，但需良好的設(shè)計(jì)與精心的運(yùn)行管理。國外很多采用該工藝的處理廠大多數(shù)以脫氮為主，兼顧除磷;如果出水中TP超標(biāo)，則輔以化學(xué)除磷方法。
4、AAO生物脫氮除磷系統(tǒng)的工藝控制
1)曝氣系統(tǒng)的控制
因生物除磷本身并不消耗氧，所以A-A-O生物脫氮除磷工藝曝氣系統(tǒng)的控制與生物反硝化系統(tǒng)一致。
2)回流污泥系統(tǒng)的控制
控制回流比時(shí)，應(yīng)首先保證不使污泥在二沉池內(nèi)停留時(shí)間過長，導(dǎo)致反硝化或磷的二次釋放，因此需要保證足夠大的回流比;其次，回流比不能太大，以防過量的NO3-N濃度大于4mg/l，必須降低回流比R。單純從NO3-N對除磷的影響來看，脫氮越完全，NO3-N對除磷的影響越小。運(yùn)行人員需綜合以上情況，結(jié)合本廠的具體特點(diǎn)，確定出最佳的回流比。
3)回流混合液系統(tǒng)的控制
內(nèi)回流比r與除磷的關(guān)系不大，因而r的調(diào)節(jié)完全與反硝化工藝一致。生物反硝化系統(tǒng)的回流比r是一個(gè)重要的控制參數(shù)。首先r直接決定脫氮效率。假設(shè)生物硝化效率和反硝化效率為100%，即所有的TKN均被硝化成NH3-N，回流至缺氧段的所有NH3-N均被反硝化為N2，此時(shí)脫氮效率EDN為：
η=(r+R)/(1+ r+R)
式中：
R—污泥回流比;
r—混合液回流比;
經(jīng)試驗(yàn)r取100%、200%、300%、400%、500%五種情況分析，r越大，系統(tǒng)的總脫氮效率越高，出水TN越低。但從另一個(gè)方面來看，r太高，對脫氮率有不利的影響。因?yàn)閞太高，通過內(nèi)回流自好氧段帶至缺氧段的DO越多，當(dāng)缺氧段的DO較高時(shí)，會(huì)干擾反硝化的進(jìn)行，使總脫氮率下降。當(dāng)DO高于0.5mg/l時(shí)，會(huì)使反硝化停止，實(shí)際脫氮率降為零。另外，r太高，還會(huì)使污水在缺氧段內(nèi)的實(shí)際停留時(shí)間縮短，同樣也使脫氮效率降低。
綜上所述，對于某一生物脫氮系統(tǒng)來說，都存在一個(gè)最佳的內(nèi)回流比，在該r下運(yùn)行，脫氮效率最高。運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)本廠實(shí)際情況，摸索調(diào)度出這個(gè)最佳的r值。對于典型的城市污水，最佳的r值在300～500%之間。
4)剩余污泥排放系統(tǒng)的控制
剩余污泥排放宜根據(jù)SRT進(jìn)行控制，因?yàn)镾RT的大小直接決定該系統(tǒng)是以脫氮為主還是除磷為主。當(dāng)控制SRT在8～15d范圍內(nèi)，一般既有一定的除磷效果，也能保證一定的脫氮效果，但效率都不會(huì)太高。如果SRT<8d，除非溫度特別高，否則硝化效率非常低，自然也談不上脫氮，但此時(shí)的除磷效率則可能很高。如果控制SRT>15d，可能使硝化順利時(shí)行，從而得到較高的脫氮效率，但由于排泥太少，排泥量僅是A-O除磷工藝的幾分之一，即使污泥中含磷量很高，也不可能得到太高的除磷效率。
5)COD/TKN與COD/TP
對于生物脫氮來說，BOD/TKN應(yīng)大于4.0，而生物除磷則要求COD/TP大于20。如果不能滿足上述要求，應(yīng)向污水中投加有機(jī)物，補(bǔ)充碳源不足。AAO碳源的需求公式：Cn=4N (式1)Cp=20P (式2)C=Cn+Cp (式3)
式中
Cn—脫氮需要的碳源量(以COD計(jì))mg/l;Cp—除磷需要的碳源量(以COD計(jì))mg/l;C—脫氮除磷需要的總碳源(以COD計(jì))mg/l;4—反硝化所需CN的比值;20—除磷所需CP的比值
N—需要外部碳源去除的TN量，mg/l
6)ORP的控制
A-A-O生物脫氮除磷過程，本質(zhì)上是一系列生物氧化還原反應(yīng)的綜合，因而工藝控制較復(fù)雜。近年來，國外一些處理廠采用氧化還原電位ORP作為系統(tǒng)的一個(gè)工藝控制參數(shù)，收到了良好效果。國內(nèi)也已有處理廠安裝ORP在線測定儀表。
混合液中的DO濃度越高，ORP值越高。當(dāng)混合液中存在NO3--N時(shí)，其濃度越高，ORP值也越高;而當(dāng)存在PO43—P時(shí)，ORP則隨著PO43—P濃度升高而降低。要保證良好的脫氮除磷效果，厭氧段混合液的ORP應(yīng)<-250mv，缺氧段宜控制在-100mv左右，而好氧段則應(yīng)控制在40mv以上。
在運(yùn)行管理中，①如發(fā)現(xiàn)厭氧段ORP升高，則預(yù)示著除磷效果已經(jīng)或?qū)⒔档汀?yīng)立即分析ORP升高的原因，并采取對策。如果回流污泥帶入太多的NO3-N，或由于攪拌強(qiáng)度太大產(chǎn)生空氣復(fù)氧，都會(huì)使ORP值升高;②如發(fā)現(xiàn)缺氧段ORP升高，則預(yù)示內(nèi)回流比太大，混合液自好氧段帶入缺氧段的DO太多，另外，攪拌強(qiáng)度太大，產(chǎn)生空氣復(fù)氧，同樣也會(huì)使ORP升高;③如發(fā)現(xiàn)好氧段ORP降低，則說明曝氣不足，使好氧段DO下降。
7)PH控制及堿度核算
污泥混合液的PH一般應(yīng)控制在7.0之上，如果PH<6.5，則應(yīng)投加石灰，補(bǔ)充堿源量。在硝化反應(yīng)中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g堿度，所以硝化過程中需要的每日需要的堿度量可按下式計(jì)算：
堿度=7.14×Q*N×10-3
式中：
Q—進(jìn)入污水系統(tǒng)的日污水量，m3/d;N—進(jìn)出生化系統(tǒng)的NH3-N濃度的差值，mg/L;7.14—硝化需堿量系數(shù)，kg堿度/kgNH3-N。(來源：環(huán)保工程師)
