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生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO是一種將多級(jí)AO與泥膜混合工藝相結(jié)合的新型工藝，從前向后分為第一級(jí)缺氧池、第一級(jí)好氧池、第二級(jí)缺氧池、第二級(jí)好氧池……其中缺氧池、好氧池均可投加填料，原水分級(jí)進(jìn)入各缺氧池，回流污泥回流到系統(tǒng)的首端。該工藝不僅具備了多級(jí)AO分級(jí)進(jìn)水帶來的優(yōu)勢(shì)，例如活性污泥量大、容積負(fù)荷高、無需設(shè)置內(nèi)回流即能實(shí)現(xiàn)較高的TN去除率等；同時(shí)兼具泥膜混合工藝耦合新型脫氮路徑的優(yōu)勢(shì)，例如同步硝化反硝化、短程硝化、短程反硝化、厭氧氨氧化等，可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的深度脫氮除磷。

多級(jí)AO工藝已在多個(gè)工程中得到了應(yīng)用和驗(yàn)證，體現(xiàn)出更好的脫氮效果、更短的停留時(shí)間、更低的運(yùn)行電耗等優(yōu)勢(shì)。關(guān)于用生物膜提高多級(jí)AO工藝性能的思路在小試研究中也有報(bào)道，例如趙憲章等針對(duì)低溫下處理效果差的難題，通過在好氧池投加生物填料實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小試規(guī)模（240L/d）兩級(jí)AO的脫氮性能提升，并且實(shí)現(xiàn)了懸浮污泥和附著污泥低溫下硝化性能的同步提高，驗(yàn)證了填料對(duì)多級(jí)AO工藝具有顯著的優(yōu)化效果。但是，生物膜對(duì)于多級(jí)AO強(qiáng)化不僅體現(xiàn)在保證低溫下的硝化性能，生物膜可以附著更長污泥齡的菌種，這為系統(tǒng)的功能菌群提供了更多維的可能：生物膜投加到好氧池可以實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化、短程硝化耦合厭氧氨氧化；生物膜投加到缺氧池，短程反硝化耦合厭氧氨氧化的脫氮路徑已在萬噸級(jí)的污水處理工程實(shí)現(xiàn)。也就是說，理想的生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝，在缺氧池可以實(shí)現(xiàn)全程反硝化與短程反硝化耦合厭氧氨氧化兩種脫氮路徑，在好氧池實(shí)現(xiàn)全程硝化、同步硝化反硝化、短程硝化耦合厭氧氨氧化三種脫氮路徑。綜合來看，多種脫氮路徑將在無需投加外碳源的條件下促進(jìn)總氮去除，并且為生物除磷提供更有利的條件。同時(shí)，由于工藝具備了多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)位和多個(gè)回流點(diǎn)位，因此工藝調(diào)整的豐富性極高，在不同進(jìn)水條件和外部環(huán)境下可以智能切換，是一種節(jié)能降耗的新型工藝。

然而，生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝目前還沒有典型工程案例報(bào)道，其設(shè)計(jì)、運(yùn)行、優(yōu)化也缺少相關(guān)研究。以海南某下沉式再生水廠生化單元為研究對(duì)象，從生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行兩方面入手，分析工藝優(yōu)勢(shì)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，以期為分級(jí)進(jìn)水和生物膜強(qiáng)化的耦合工藝提供參考。

1、工程概況

該再生水廠總處理規(guī)模3×104m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。其中，生化單元分為3個(gè)系列，每個(gè)系列設(shè)計(jì)規(guī)模1×104m3/d，近期按照2個(gè)系列運(yùn)行。該廠服務(wù)范圍內(nèi)有多個(gè)海鮮市場(chǎng)，水質(zhì)波動(dòng)較大，因此需要選擇一種耐沖擊、效率高的處理工藝。經(jīng)過綜合方案比選，最終決定選用生物膜強(qiáng)化三級(jí)AO工藝，促進(jìn)總氮、總磷的同步高效去除，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

在設(shè)計(jì)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)更高效的總氮去除和更加靈活的調(diào)整優(yōu)化，并適度超前考慮AOA工藝的轉(zhuǎn)換，總體設(shè)計(jì)思路考慮智能可切換模式。生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝在選擇級(jí)數(shù)時(shí)需要綜合考慮進(jìn)水水質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)條件，以生物膜強(qiáng)化三級(jí)AO工藝為例進(jìn)行介紹，其他級(jí)數(shù)的設(shè)計(jì)可以參考。

2、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和優(yōu)化

2.1 工藝優(yōu)勢(shì)

2.1.1 三級(jí)AO硝化優(yōu)勢(shì)

三級(jí)AO每一級(jí)的活性污泥濃度為：

式中：Xi為第i級(jí)的污泥濃度，i=1、2、3，g/L；XR為二沉池回流污泥的污泥濃度，g/L；αi為第i級(jí)進(jìn)水比例，0<αi≤1且α1+α2+α3=1；R為污泥回流比。

因此，反應(yīng)器平均污泥濃度為：

式中：XV為平均污泥濃度，g/L；Vi為第i級(jí)池容，i=1、2、3，每一級(jí)池容是該級(jí)缺氧和好氧池容之和，L。

當(dāng)控制進(jìn)入二沉池的污泥濃度相同時(shí)，三級(jí)AO工藝平均污泥濃度永遠(yuǎn)大于AAO工藝，同樣的池容可以提供更多的活性污泥，從而提高整體容積負(fù)荷。提高的倍數(shù)與進(jìn)水分配比和池容比有關(guān)，以我國北部某下沉廠三級(jí)AO的設(shè)計(jì)為例，其在池容比為1∶1.3∶1.6、進(jìn)水分配比為1∶1∶1的情況下，相較于AAO，總污泥量可提升1.3倍。

2.1.2 三級(jí)AO的反硝化優(yōu)勢(shì)

三級(jí)AO無需內(nèi)回流也可以達(dá)到較好的總氮去除效果，其理論最大脫氮率為：

式中：ηmax為理論最大脫氮率；r3為第3級(jí)內(nèi)回流比，r3≥0。

式（3）是理論最大值，需要滿足相應(yīng)條件，例如每一級(jí)硝化完全、原水碳源滿足反硝化完全的需求等。三級(jí)AO并不設(shè)置從O3向A1的內(nèi)回流，原因在于會(huì)破壞三級(jí)之間的污泥梯度，導(dǎo)致每一級(jí)污泥負(fù)荷失衡。第一級(jí)內(nèi)回流（O1→A1）、第二級(jí)內(nèi)回流（O2→A2）并不會(huì)提高理論最大脫氮率，理論最大脫氮率與污泥回流、第三級(jí)內(nèi)回流、流量分配比相關(guān)。AAO工藝的理論最大脫氮率=1-1（/1+R'+r'），式中R'、r'分別為AAO工藝的外回流比、內(nèi)回流比，與式（3）相比可以得到：三級(jí)AO的理論最大脫氮率大于AAO，但需滿足一個(gè)條件：α3<（1+R+r3）（/1+R'+r'）。這個(gè)條件實(shí)際上是容易達(dá)到的，例如常規(guī)的AAO污泥回流比≥1、內(nèi)回流比≥1.5，三級(jí)AO外回流選值0.75、不設(shè)置內(nèi)回流，α3只需要小于0.5即可。這說明，當(dāng)需要同樣的最大理論脫氮率時(shí)，三級(jí)AO工藝的回流比小于AAO工藝，節(jié)省能耗。

王舜和等的研究顯示，同一座污水處理廠內(nèi)多級(jí)AO與多模式AAO工藝相比，內(nèi)回流泵功率可節(jié)省30kW，單位規(guī)模節(jié)省的功率為1W/（m3·d-1）。

2.1.3 生物除磷與脫氮的協(xié)同優(yōu)勢(shì)

按照傳統(tǒng)的生物除磷理論，聚磷菌（PAOs）在厭氧和好氧的條件下分別進(jìn)行釋磷和過量吸磷，最后通過排泥完成磷的去除。在這個(gè)過程中，厭氧池（或缺氧池）硝酸鹽的濃度是重要影響因素，過高的硝酸鹽濃度會(huì)造成反硝化與釋磷的碳源競(jìng)爭，導(dǎo)致釋磷作用不充分，從而削弱除磷效果。

實(shí)際上，關(guān)于優(yōu)化多級(jí)AO工藝的生物除磷性能已有較多研究，通過多級(jí)AO與UCT、改良AAO等的結(jié)合，在工藝最前端設(shè)置厭氧池、預(yù)缺氧池等實(shí)現(xiàn)脫氮-除磷的協(xié)同，從而提高系統(tǒng)除磷性能。

多級(jí)AO工藝體現(xiàn)出較好的氨氮、硝氮處理能力，而生物膜強(qiáng)化后耦合的新型脫氮路徑，也更有利于多級(jí)AO工藝脫氮-除磷的協(xié)同，這對(duì)于第一級(jí)缺氧池非常有利：①出水總氮低，通過污泥回流到第一級(jí)缺氧池的硝態(tài)氮濃度就低，反硝化對(duì)碳源的消耗變少，進(jìn)水中的碳源可以更多地用于聚磷菌的釋磷過程；②第一級(jí)污泥濃度高，已有的工程已驗(yàn)證較高的污泥濃度可以促進(jìn)內(nèi)碳源的利用，為第一級(jí)的反硝化、釋磷提供額外的電子供體。

2.2 設(shè)計(jì)級(jí)數(shù)確定

由式（3）可知，級(jí)數(shù)并不影響理論最大脫氮率。但是由式（1）、（2）可知，反應(yīng)器的級(jí)數(shù)會(huì)影響總污泥濃度，進(jìn)而影響容積負(fù)荷。祝貴兵論述了增加級(jí)數(shù)以獲得最高處理速率的推導(dǎo)過程，認(rèn)為在相同處理效率的前提下，隨著級(jí)數(shù)的增加，所需的總?cè)莘e隨之減少；但是當(dāng)n>4時(shí)，總?cè)莘e的減少已不明顯。根據(jù)這一分析，3級(jí)或4級(jí)是多級(jí)AO最佳選擇?？紤]到系統(tǒng)的簡潔性和便于維護(hù)性，多會(huì)選擇三級(jí)AO。經(jīng)綜合考慮，該工程選擇級(jí)數(shù)n=3。

2.3 設(shè)計(jì)污泥回流比的確定

該工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水總氮分別為40、15mg/L，TN去除率為62.5%。進(jìn)水C/N比值取值為BCOD/TKN，該工程按照進(jìn)水BOD5和進(jìn)水TN取值，即BOD5/TN=140/40=3.5。

污泥回流比、總氮去除率的計(jì)算見下式：

式中：δ為多級(jí)AO分配系數(shù)；σ為實(shí)際進(jìn)水C/N比值，取3.5；τ為對(duì)于某特定的污水，單位NO3--N全部轉(zhuǎn)化為氮?dú)馑璧腂COD，取4.5；Rt為此種進(jìn)水條件下最大脫氮效率時(shí)的污泥回流值，Rt=（σ/τ）3/【1-（σ/τ）3】。

依據(jù)式（5）可繪出不同取值時(shí)的η-R關(guān)系，如圖1所示。

對(duì)照該項(xiàng)目，δ=3.5÷4.5=0.78，可知該條曲線在δ=0.75和δ=0.8之間，R值大約在R=1時(shí)再提高也對(duì)總氮去除率提升沒有作用。

因此，該項(xiàng)目選擇R=1，設(shè)備選型時(shí)選擇流量可達(dá)到R=2.0的泵型，確保工藝的可調(diào)性。

2.4 設(shè)計(jì)池體比例及進(jìn)水分配比確定

按照等污泥負(fù)荷原則設(shè)計(jì)，可以有如下方程組：

其中式（6）由以下3個(gè)方程聯(lián)立后推導(dǎo)。假設(shè)每一級(jí)的硝化均完全，即式（8）中二沉池出水氨氮的濃度Cef，NH3-N、式（9）中每一級(jí)出水氨氮濃度均可忽略：

式中：Fi，NH3-N為第i級(jí)的氨氮容積負(fù)荷，mg/（L·h）；MNi為好氧段硝化菌濃度，對(duì)同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的污泥絮體來說，硝化菌占總生物量的比例是確定的（定義為fN），則MNi=Xi×fN。

根據(jù)式（6）、（7）聯(lián)立方程組，并代入R=1的條件，計(jì)算可得：

式（11）反映了R=1時(shí)三級(jí)進(jìn)水與三級(jí)好氧池容積之間的關(guān)系，可再依據(jù)工程特點(diǎn)選擇相等進(jìn)水比例（α∶1α∶2α3=1∶1∶1）、相等池容比例（V∶1V∶2V3=1∶1∶1）或者都不相等來進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)行。

依據(jù)該下沉廠的平面布局，三級(jí)之間池容比例設(shè)定為V1∶V2∶V3=1∶1.15∶1.35，根據(jù)式（11），方程沒有解析解，規(guī)劃求解可得特殊解：設(shè)計(jì)進(jìn)水分配比為α1∶α2∶α3=0.36∶0.33∶0.31。

2.5 設(shè)計(jì)缺氧池比例

按照每一級(jí)缺/好氧池比例為0.34進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可知第一級(jí)缺氧池、第一級(jí)好氧池、第二級(jí)缺氧池、第二級(jí)好氧池、第三級(jí)缺氧池、第三級(jí)好氧池的容積比例：VA∶1VO∶1VA∶2VO∶2VA∶3VO3=0.34∶0.66∶0.39∶0.76∶0.46∶0.89。

2.6 兼性池及最后一級(jí)內(nèi)回流設(shè)計(jì)

考慮到生化系統(tǒng)的平衡性和多樣性，將好氧池設(shè)計(jì)為可切換缺/好氧狀態(tài)的池體，裝載攪拌及曝氣盤。

一般而言，為使三級(jí)AO具備更高總氮去除率的可能性，可以設(shè)計(jì)最后一級(jí)內(nèi)回流系統(tǒng)，即從第三級(jí)好氧池向第三級(jí)缺氧池的回流，必要時(shí)開啟，可通過向第三級(jí)缺氧池投加外碳源來提供額外的反硝化能力。綜合考慮工藝的多樣性，即工藝可以切換為AAO、AOA運(yùn)行，設(shè)計(jì)一條內(nèi)回流廊道可由第三級(jí)好氧池回流，并在第一級(jí)缺氧池、第二級(jí)缺氧池、第三級(jí)缺氧池開設(shè)閘門控制回流點(diǎn)位，最大回流比設(shè)計(jì)為1.5，常規(guī)時(shí)間無需開啟，設(shè)備選型時(shí)選擇可調(diào)流量型泵。

2.7 設(shè)計(jì)污泥濃度

三級(jí)AO的三級(jí)之間污泥濃度存在梯度，設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)計(jì)算池體內(nèi)所有生物量要考慮2個(gè)方面：①控制O3池的污泥濃度，并以此反算所有池體的污泥濃度；②二沉池的固體負(fù)荷。這兩個(gè)方面存在一定的矛盾，當(dāng)控制生化池末端的污泥濃度相同時(shí)，多級(jí)AO工藝需要二沉池污泥的濃縮性能比常規(guī)AAO高，以提高回流污泥濃度。一般工藝設(shè)計(jì)的二沉池固體負(fù)荷，參考第三版給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)中給出的值≤150kg/（m2·d），但對(duì)于多級(jí)AO應(yīng)取更小的二沉池固體負(fù)荷值，否則無法提供足夠的回流污泥或造成二沉池泥位過高。

該工程設(shè)計(jì)控制O3池污泥濃度為3000mg/L，忽略污泥在生化系統(tǒng)的生長和衰減作用，計(jì)算得各級(jí)池體的污泥濃度如表2所示。

由表2可知，回流污泥濃度為7478mg/L，意味著如果二沉池回流污泥濃度無法達(dá)到此值，那么O3池污泥濃度將無法達(dá)到3000mg/L，可能會(huì)影響生化系統(tǒng)性能。因此二沉池的設(shè)計(jì)尤為重要，污泥濃縮的性能將直接影響多級(jí)AO的運(yùn)行效率，需特別注意固體負(fù)荷和泥區(qū)的停留時(shí)間設(shè)計(jì)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，如果選擇“不排泥”來提高回流污泥濃度，必然導(dǎo)致二沉池泥位較高，并不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2.8 池體容積

按照下式計(jì)算好氧池容積：

式中：μN(yùn)為最不利硝化菌比生長速率，d-1；TC為設(shè)計(jì)水溫，℃；C內(nèi)控，NH3-N為內(nèi)控的出水氨氮濃度，mg/L；θC，min為最不利污泥齡，d；θC為設(shè)計(jì)污泥齡，d；K為污泥齡安全系數(shù)，一般選擇3；VO為好氧池總?cè)莘e，L；Y為污泥產(chǎn)率系數(shù)，一般取0.3~0.6kgVSS/kgBOD5；Cin，BOD5、Cef，BOD5分別為設(shè)計(jì)進(jìn)水、設(shè)計(jì)出水BOD5濃度，mg/L；XMLVSS為反應(yīng)器內(nèi)平均VSS濃度，mg/L，該工程以XMLVSS∶XMLSS=0.6計(jì)算。

計(jì)算可得VO=3873m3，根據(jù)2.4節(jié)各級(jí)比例可求出每一級(jí)好氧池容積，再根據(jù)2.5節(jié)的方法，可設(shè)計(jì)出各級(jí)缺氧池的池容。計(jì)算完成后可知第一級(jí)缺氧池、第一級(jí)好氧池、第二級(jí)缺氧池、第二級(jí)好氧池、第三級(jí)缺氧池、第三級(jí)好氧池的水力停留時(shí)間（HRT）分別為1.3、2.5、1.6、3.2、1.8、3.6h。

依據(jù)HRT取值，再根據(jù)該再生水廠整體的平面布局、結(jié)構(gòu)專業(yè)要求，按照最優(yōu)原則再進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，完成最終的池體池容設(shè)計(jì)。

2.9 填料投加比例

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)條件和進(jìn)水條件，第一批按照5%投加生物膜填料，投加進(jìn)入第一級(jí)好氧池、第二級(jí)好氧池，并設(shè)計(jì)篩網(wǎng)對(duì)填料進(jìn)行攔截。

2.10 池型選擇

缺氧池和好氧池的池型選擇與設(shè)計(jì)見圖2。

為了實(shí)現(xiàn)填料流態(tài)的優(yōu)化，特別是考慮后期AOA工藝的轉(zhuǎn)換，缺氧池設(shè)計(jì)為完全混合式，第一級(jí)好氧池、第二級(jí)好氧池、第三級(jí)好氧池均設(shè)計(jì)為環(huán)溝型。每一級(jí)好氧池均加裝推流器，不僅可以保證切換為缺氧池后的攪拌效果，同時(shí)推動(dòng)第一級(jí)好氧池、第二級(jí)好氧池內(nèi)填料的流化狀態(tài)。

2.11 各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核

在完成以上設(shè)計(jì)步驟后，對(duì)好氧池硝化負(fù)荷、總池容的TN去除負(fù)荷進(jìn)行復(fù)核，與已有的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)可行性。

①硝化負(fù)荷

設(shè)計(jì)硝化負(fù)荷計(jì)算見下式：

式中：LNH3-N為設(shè)計(jì)硝化負(fù)荷，mg/（L·h）。

經(jīng)計(jì)算，LNH3-N=0.014kgNH3-N/（m3·d）。

②總氮去除負(fù)荷

設(shè)計(jì)總氮去除負(fù)荷計(jì)算見下式：

式中：LTN為設(shè)計(jì)總氮負(fù)荷，mg/（L·h）；V總為總體積，L。

經(jīng)計(jì)算，LTN=0.008kgTN/（m3·d）。

通過與已有工程參數(shù)的對(duì)比可知，硝化負(fù)荷和總氮去除負(fù)荷校核滿足要求。

2.12 總體工藝圖

生化段關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，總體工藝如圖3所示。

3、智能設(shè)計(jì)

該下沉式再生水廠在總體設(shè)計(jì)和生化設(shè)計(jì)的參數(shù)選型等確定后，需進(jìn)行空間和平面的優(yōu)化布置，利用自主開發(fā)的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，搭建模塊化的曝氣池、攪拌池、曝氣與攪拌切換池等模型，在取得工藝的計(jì)算結(jié)果后拼裝完成生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝的單體模型。當(dāng)進(jìn)行再生水廠的平面布局和空間布局時(shí)，將該部分模型與前處理、二沉池、深度處理等其他環(huán)節(jié)單元快速組合，不斷優(yōu)化，形成最終方案。

智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠快速出圖，并且對(duì)于下沉式再生廠而言可將不同單元共壁布置，直觀展示地下構(gòu)筑物的空間關(guān)系，規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中管線交叉、空間利用率較低等問題，利用管線碰撞檢查，在矩形構(gòu)筑物間隙設(shè)置管線、電纜等管廊，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)，提高節(jié)地效果。

模塊化池體拼裝生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝及其平面布置見圖4。

4、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

采用下沉廠形式，依照當(dāng)?shù)氐貏?shì)而建，高效利用了土地資源，噸水占地僅0.38m2（/m3·d-1），總投資3.5億元。其中，采用生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝的生化池噸水占地僅為0.12m2（/m3·d-1），體現(xiàn)了工藝的優(yōu)勢(shì)。

5、運(yùn)行優(yōu)化及效果

由于O1和O2池投加填料可穩(wěn)定提高系統(tǒng)的處理負(fù)荷，在項(xiàng)目啟動(dòng)、調(diào)試階段進(jìn)行工藝優(yōu)化，運(yùn)行參數(shù)調(diào)整如下：

①進(jìn)水分配比調(diào)整為α1∶α2∶α3=0.7∶0.2∶0.1；

②污泥回流比調(diào)整為1.3；

③曝氣策略調(diào)整為O1、O2較大曝氣量，O3較小曝氣量。

5.1 長期運(yùn)行數(shù)據(jù)

2023年11月22日—2024年1月23日，連續(xù)監(jiān)測(cè)生化池的進(jìn)出水COD、氨氮、總氮、總磷，進(jìn)水水質(zhì)如表3所示，處理效果如圖5所示。

進(jìn)水COD負(fù)荷均值為0.325kgCOD/（m3·d），進(jìn)水氮負(fù)荷均值為0.049kgN/（m3·d），進(jìn)水磷負(fù)荷均值為0.0077kgP/（m3·d）。在這種進(jìn)水條件下，生化系統(tǒng)體現(xiàn)出良好的處理性能：出水氨氮均值為0.3mg/L，去除率均值為98.7%；出水總氮均值為4.7mg/L，去除率均值為84.5%；出水總磷均值為0.23mg/L，去除率為94.4%。

該工藝對(duì)COD、氨氮、總氮均體現(xiàn)出良好的處理性能，在不投加外碳源的情況下，出水總氮可以達(dá)到5mg/L以下。這不僅滿足了水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)深度處理單元減負(fù)，也有利于最終受納水體的水質(zhì)和水生態(tài)恢復(fù)。更重要的是，我國部分地區(qū)因環(huán)境容量小而提高了污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)，例如昆明地標(biāo)A級(jí)為出水總氮5.0mg/L，該工藝為這些需要極限脫氮的區(qū)域提供了可行的示范樣板。

另外，該工藝的總磷去除性能也很好。目前很多研究聚焦于在生化池末端投加化學(xué)藥劑強(qiáng)化除磷，該工藝具有較好的生物除磷性能，是一種更加低碳的處理方式。

5.2 脫氮除磷沿程數(shù)據(jù)分析

分別在生化池進(jìn)水、A（1過濾后）、O（1過濾后）、A（2過濾后）、O（2過濾后）、A（3過濾后）、O（3過濾后）、二沉池外回流（過濾后）取樣，檢測(cè)COD、氨氮、總氮、總磷濃度，硝態(tài)氮濃度以總氮和氨氮差值計(jì)。生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO的沿程數(shù)據(jù)如圖6所示。

假定以A1池進(jìn)水COD與O1池出水COD的濃度之差作為A1和O1去除的BCOD值，則計(jì)算可知去除的BCOD為76.4-37.6=38.8mg/L。由圖6（a）可知，A1池末COD為38.9mg/L，而O1池末為37.6mg/L，二沉池污泥回流的COD為16.7mg/L，通過物料守恒可以計(jì)算A1池的進(jìn)水COD為76.4mg/L。那么依據(jù)此數(shù)據(jù)，O1池曝氣去除的COD僅有1.3mg/L，占3.3%，A1和O1池體中COD用于反硝化和除磷的比例為96.7%。對(duì)于第二級(jí)、第三級(jí)，同樣如此。

系統(tǒng)的脫氮功能在好氧池也有體現(xiàn)，A2和O2池之間總氮下降了10.2-4.2=6.0mg/L，即在O2池發(fā)生了顯著的總氮去除。

圖6（b）展示了每一級(jí)COD、硝態(tài)氮、總磷的變化情況?？梢钥闯?，A1、A2、A3池較好的反硝化效果導(dǎo)致硝態(tài)氮濃度較低，這也為厭氧釋磷提供了較好的條件，在O1、O2、O3池也均可實(shí)現(xiàn)過量吸磷作用，O3池總磷僅0.14mg/L。

需要關(guān)注的是，二沉池總磷相對(duì)于O3池明顯提高，推測(cè)在二沉池內(nèi)發(fā)生了一定的釋磷作用。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，二沉池的運(yùn)行需要特別注意泥位和翻泥現(xiàn)象，并實(shí)時(shí)調(diào)整。

6、結(jié)論

①生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝的硝化、反硝化、生物除磷協(xié)同優(yōu)勢(shì)明顯，在1×104m3/d規(guī)模的實(shí)際工程應(yīng)用效果顯示，生化段的出水總氮均值<5.0mg/L、總磷均值<0.30mg/L。

②智能可切換生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO的設(shè)計(jì)步驟：先按照多級(jí)AO設(shè)計(jì)，主要包括級(jí)數(shù)、污泥回流比、好氧池池容比例、缺氧池池容比例、污泥濃度、池容等；然后按照填料強(qiáng)化計(jì)算投加比例；完成后需校核工藝的各類負(fù)荷；計(jì)算切換為AOA工藝的調(diào)整方式，在池體內(nèi)設(shè)計(jì)曝氣和攪拌2套設(shè)備，并依據(jù)每個(gè)池體是否投加填料、是否具備切換條件等選擇合適的池型。

③沿程數(shù)據(jù)顯示，該工藝在缺氧池COD利用率高，硝態(tài)氮濃度低；同時(shí)投加生物膜填料的O2池表現(xiàn)出顯著的總氮去除能力；良好的總氮處理效果，尤其是良好的反硝化性能，為系統(tǒng)提高生物除磷性能提供了條件。

④不足與建議：該設(shè)計(jì)負(fù)荷選擇較為保守，實(shí)際上生物膜的強(qiáng)化可以極大提高工藝的整體負(fù)荷，具體到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在取得生物膜強(qiáng)化的相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)后，應(yīng)提前考慮到設(shè)計(jì)計(jì)算中。另外，對(duì)生物膜強(qiáng)化多級(jí)AO工藝的優(yōu)勢(shì)分析和數(shù)據(jù)分析深度仍有不足，目前該工程體現(xiàn)出良好的脫氮除磷性能，亟待進(jìn)行深入的脫氮機(jī)理、微生物菌群結(jié)構(gòu)等研究。