基于强化脱氮的多级AO工艺优化中试研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0623

摘要/Abstract

摘要：

无碳源投加下采用增设分段回流的多级AO工艺处理市政污水，并借助模拟缺氧池反硝化小试试验和缺氧池氧化还原电位（ORP）分析优化工艺参数。结果表明，工艺优化后，在分段回流至一级/二级缺氧池（A1、A2）的内回流比为50%、50%、进水分配比为7∶3及一级/二级好氧池（O1、O2）的DO为0.3、1.5 mg/L的参数下，出水水质达到了“苏州特别排放限值”要求（TN为6~9 mg/L）并低碳运行；工艺A1/A2反硝化微环境良好，ORP分别为-30、-15 mV，且在O1/O2中发现了明显同步硝化反硝化作用；系统中优势菌属为norank_ f_Saprospiraceae、Dokdonella、Trichococcus，反硝化菌属相对丰度由21.48%增至51.82%；对比其他提标改造工艺，该工艺能耗低，在减污降碳协同增效方面具有优势。

关键词: 多级AO工艺, 生物脱氮, 工艺优化

Abstract:

Under the condition of no carbon source dosing,a multistage AO process with segmented reflux was used to treat municipal wastewater,and the process parameters were optimized by means of the simulated anoxic tank denitrification pilot test and analysis of the oxidation reduction potential(ORP) of the anoxic tank. The results showed that after the process optimization,under the parameters of internal reflux ratio(50%,50%), influent distribution ratio(7∶3) and DO(0.3 mg/L, 1.5 mg/L) of the primary/secondary aerobic tank(O1/O2), the effluent met the requirements of “Suzhou special emission limit”(TN 6-9 mg/L) and operated with low carbon. The denitrification microenvironment of process A1/A2 was good, with ORP of -30, -15 mV, respectively, and obvious simultaneous nitrification and denitrification was found in O1/O2. The dominant bacteria in the system are norank_ f_ saprospiraceae, Dokdonella, Trichococcus, and the relative abundance of denitrifying bacteria increased from 21.48% to 51.82%. Compared with other upgrading and reconstruction processes, this process had low energy consumption and had advantages in reducing pollution and carbon.

Key words: multistage AO process, biological nitrogen removal, process optimization

中图分类号:

X703.1

吴亚辉, 潘杨. 基于强化脱氮的多级AO工艺优化中试研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(8): 128-137.

Yahui WU, Yang PAN. Pilot study on optimization of multistage AO process based on enhanced denitrification[J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(8): 128-137.

https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I8/128

图/表 13

图1 多级AO工艺中试装置示意

Fig.1 Pilot-scale devices schematic diagram of multistage AO process

表1 中试进水水质特征

Table 1 Influent quality characteristics of pilot-scale experiment

阶段	试验时间/d	COD/（mg·L^-1）	NH₄ ⁺-N/（mg·L^-1）	NO₃ ^--N/（mg·L^-1）	TN/（mg·L^-1）	水温/℃
优化内回流比	1~41	260~370	28.7~44.4	0.02~0.93	42~56	24.3~34.5
优化进水分配比	43~87	260~370	28.7~44.4	0.02~0.93	42~56	17.8~25.6
优化好氧池DO	89~161	260~370	28.7~44.4	0.02~0.93	42~56	9.2~22.3

图2 内回流比对多级AO工艺污染物去除的影响

Fig.2 Effect of internal reflux ratio on pollutant removal in multistage AO process

表2 不同内回流比工艺各反应单元ORP情况

Table 2 ORP of each reaction unit in different internal reflux ratio process

内回流比	各反应单元ORP/mV
内回流比	A1	O1	A2	O2
（50%、150%）	-12	114	1	118
（200%、0）	-3	121	2	134
（150%、50%）	-8	110	-2	125

图3 模拟缺氧池反硝化小试结果

Fig.3 Experimental results of denitrification in simulated anoxic tank

图4 内回流比优化后多级AO工艺污染物去除效果

Fig.4 Pollutant removal effect of multistage AO process after optimization of internal reflux ratio

图5 进水分配比对多级AO工艺污染物去除的影响

Fig.5 Effect of influent distribution ratios on pollutant removal in multistage AO process

图6 DO对多级AO工艺污染物去除的影响注：DO单位为mg/L。

Fig. 6 Effect of DO on pollutant removal in multistage AO process

表3 多级AO工艺优化前后参数及氮去除情况对比

Table 3 Comparison of parameters and nitrogen removal before and after optimization of multi-stage AO process

工艺状态	内回流比	进水分配比	各好氧池DO/（mg·L^-1）	出水NH₄ ⁺-N/（mg·L^-1）	出水TN/（mg·L^-1）	TN去除率/%
优化前	（50%、150%）	6∶4	（2.0±0.5、2.0±0.5）	0.2~0.7	17~22	63.46
优化后	（50%、50%）	7∶3	（0.3±0.05、1.5±0.05）	0.3~1.3	6~9	83.21

图7 多级AO 工艺优化前后各反应单元TN质量平衡

Fig. 7 TN mass balance of each reaction unit before and after multi-level AO process optimization

表4 好氧池中氮同化去除和TN去除情况

Table 4 Nitrogen removal for assimilation and TN removal in each aerobic tank

每日排泥量/（g·d^-1）	O1		O2
每日排泥量/（g·d^-1）	氮同化量/（g·d^-1）	TN去除量/（g·d^-1）	氮同化量/（g·d^-1）	TN去除量/（g·d^-1）
723.35	12.01	36.16	15.21	26.86
745.41	12.37	39.63	15.91	30.56
717.05	11.90	31.32	15.67	25.70
704.45	11.69	36.04	15.22	27.75
701.30	11.64	31.32	15.49	25.70

表5 不同生物处理工艺运行参数与其脱氮性能对比分析

Table 5 Comparison of operation parameters and denitrification performance of different biological treatment processes

工艺类型	进水C/N	HRT/h	单位质量MLSS总氮负荷/ （kg·kg^-1·d^-1）	DO/（mg·L^-1）	内外回流比/%	脱氮率/%	参考文献
A²O-MBR	5.8	18.1	0.075	3.0	300	86.2	〔17〕
生物膜氧化沟	5.2	12.0	0.082	0.6~1.2	250	65.7	〔18〕
A-多级AO	5.5	19.2	0.069	5.0~6.0	300	84.7	〔19〕
多级AO	5.9	10.0	0.140	0.3~1.5	170	87.1	本研究

图8 多级AO工艺优化前后门水平与属水平上的微生物种群组成注：微生物属水平种群组成未列出其他属占比<0.1%的微生物。

Fig.8 Microbial population composition at phylum level and genus level before and after multi-stage AO process optimization

参考文献 23

[1]	周合喜，张金松，张庆珮. 多级AO工艺在某高排放标准污水厂的优化探讨［J］. 中国给水排水，2022，38（20）：8-13.
	ZHOU Hexi， ZHANG Jinsong， ZHANG Qingpei. Discussion on optimization of multi-stage AO process in a wastewater treatment plant under high discharge standards［J］. China Water & Wastewater，2022，38（20）：8-13.
[2]	杨晨宵，盛铭军，黄继会，等. “准Ⅳ类” 标准下城镇污水厂提标改造的难点与举措［J］. 工业水处理，2020，40（11）：15-21.
	YANG Chenxiao， SHENG Mingjun， HUANG Jihui，et al. Difficulties and measures for upgrading and reconstruction of urban sewage treatment plants under quasi-Ⅳ standard［J］. Industrial Water Treatment，2020，40（11）：15-21.
[3]	李惠平，庞维海，谢丽，等. 低C/N污水处理过程中有机碳源的特性及转化分析［J］. 中国给水排水，2022，38（7）：69-74.
	LI Huiping， PANG Weihai， XIE Li，et al. Characteristics and conversion of organic carbon sources during treatment of municipal wastewater with low carbon to nitrogen ratio［J］. China Water & Wastewater，2022，38（7）：69-74.
[4]	MAJDI NASAB A R， SOLEYMANI S M， NOSRATI M，et al. Performance evaluation of a modified step-feed anaerobic/anoxic/oxic process for organic and nutrient removal［J］. Chinese Journal of Chemical Engineering，2016，24（3）：394-403. doi:10.1016/j.cjche.2015.10.010
[5]	侯子泷，周鑫， KOUBODE R A R，等. 分段进水多级A/O工艺研究进展［J］. 工业水处理，2020，40（6）：7-13.
	HOU Zilong， ZHOU Xin， RONEL K R A，et al. Research progress on the step-feed multi-stage A/O process［J］. Industrial Water Treatment，2020，40（6）：7-13.
[6]	HUANG Xiao， DONG Wenyi， WANG Hongjie，et al. Biological nutrient removal and molecular biological characteristics in an anaerobic-multistage anaerobic/oxic（A-MAO） process to treat municipal wastewater［J］. Bioresource Technology，2017，241：969-978. doi:10.1016/j.biortech.2017.05.161
[7]	刘臣，樊雪红，徐耀鹏. 基于日本下水道事业团的多级AO工艺计算与探讨［J］. 中国给水排水，2022，38（2）：49-53.
	LIU Chen， FAN Xuehong， XU Yaopeng. Calculation and discussion of multi-stage AO process based on Japanese sewage works agency［J］. China Water & Wastewater，2022，38（2）：49-53.
[8]	GE Shijian， PENG Yongzhen， WANG Shuying，et al. Enhanced nutrient removal in a modified step feed process treating municipal wastewater with different inflow distribution ratios and nutrient ratios［J］. Bioresource Technology，2010，101（23）：9012-9019. doi:10.1016/j.biortech.2010.06.151
[9]	赵宪章，董文艺，王宏杰，等. 组合填料强化多级AO工艺处理低温污水脱氮效果［J］. 环境工程，2018，36（3）：49-53.
	ZHAO Xianzhang， DONG Wenyi， WANG Hongjie，et al. Enhancing nitrogen removal efficiency of multistage ao process with combined carrier for low temperature wastewater treatment［J］. Environmental Engineering，2018，36（3）：49-53.
[10]	王涛，徐跃飞，陈贵生，等. ORP用于优化改良型Carrousel氧化沟脱氮的研究［J］. 中国给水排水，2012，28（21）：16-19.
	WANG Tao， XU Yuefei， CHEN Guisheng，et al. Application of oxidation reduction potential to nitrogen removal in modified carrousel oxidation ditch［J］. China Water & Wastewater，2012，28（21）：16-19.
[11]	吴朕君，穆剑楠，单润涛，等. 基于DO和ORP的短程硝化SBR控制方法研究［J］. 水处理技术，2019，45（7）：114-118.
	WU Zhenjun， MU Jiannan， SHAN Runtao，et al. Study on the control method of nitritation SBR based on the DO and ORP［J］. Technology of Water Treatment，2019，45（7）：114-118.
[12]	LIU Tao， LI Qian， QUAN Xie. Step-feed sequence batch reactor filled with surface-modified carriers can enhance nitrogen removal from low C/N ratio wastewater［J］. Biochemical Engineering Journal，2023，192：108848. doi:10.1016/j.bej.2023.108848
[13]	王伟，彭永臻，王海东，等. 溶解氧对分段进水生物脱氮工艺的影响［J］. 中国环境科学，2006，26（3）：293-297. doi:10.3321/j.issn:1000-6923.2006.03.009
	WANG Wei， PENG Yongzhen， WANG Haidong，et al. The effect of dissolved oxygen on the lab-scale step-feed biological nitrogen removal process［J］. China Environmental Science，2006，26（3）：293-297. doi:10.3321/j.issn:1000-6923.2006.03.009
[14]	张静，陈洪斌. 低碳源污水的脱氮除磷技术研究进展［J］. 水处理技术，2014，40（1）：1-6.
	ZHANG Jing， CHEN Hongbin. Review on nitrogen and phosphorus removal technology for low c/n municipal wastewater treatment［J］. Technology of Water Treatment，2014，40（1）：1-6.
[15]	YAN Yiming， LU Hongwei， ZHANG Jin，et al. Simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification（SND） for nitrogen removal：A review and future perspectives［J］. Environmental Advances，2022，9：100254. doi:10.1016/j.envadv.2022.100254
[16]	WANG Bing， WANG Wei， HAN Hongjun，et al. Nitrogen removal and simultaneous nitrification and denitrification in a fluidized bed step-feed process［J］. Journal of Environmental Sciences（China），2012，24（2）：303-308. doi:10.1016/s1001-0742(11)60767-5
[17]	FALAHTI-MARVAST H， KARIMI-JASHNI A. Performance of simultaneous organic and nutrient removal in a pilot scale anaerobic-anoxic-oxic membrane bioreactor system treating municipal wastewater with a high nutrient mass ratio［J］. International Biodeterioration & Biodegradation，2015，104：363-370. doi:10.1016/j.ibiod.2015.07.001
[18]	王涛，孙媛，张妙月，等. 投料氧化沟工艺除磷效能的正交试验研究［J］. 水处理技术，2012，38（12）：61-64.
	WANG Tao， SUN Yuan， ZHANG Miaoyue，et al. Orthogonal test on phosphorus removal efficiency of compound biofilm-oxidation ditch process［J］. Technology of Water Treatment，2012，38（12）：61-64.
[19]	HUANG Xiao， DONG Wenyi， WANG Hongjie，et al. Sludge alkaline fermentation enhanced anaerobic-multistage anaerobic/oxic（A-MAO） process to treat low C/N municipal wastewater：Nutrients removal and microbial metabolic characteristics［J］. Bioresource Technology，2020，302：122583. doi:10.1016/j.biortech.2019.122583
[20]	缪攀. 反硝化生物滤池+高效沉淀池用于污水厂改造［J］. 中国给水排水，2022，38（6）：113-116.
	MIAO Pan. Application of denitrifying biofilter and high efficiency sedimentation tank in upgrading of a WWTP［J］. China Water & Wastewater，2022，38（6）：113-116.
[21]	LIANG Zenghui， YAO Junqin， MA Huiying，et al. A sludge bulking wastewater treatment plant with an oxidation ditch-denitrification filter in a cold region：Bacterial community composition and antibiotic resistance genes［J］. Environmental Science and Pollution Research，2023，30（12）：33767-33779. doi:10.1007/s11356-022-24591-4
[22]	雒沛文，李伟，丁杰，等. 羟基氧化铁强化低C/N废水生物反硝化脱氮研究［J］. 中国给水排水，2022，38（11）：19-24.
	LUO Peiwen， LI Wei， DING Jie，et al. Biological denitrification of low carbon to nitrogen ratio wastewater enhanced by iron oxyhydroxide［J］. China Water & Wastewater，2022，38（11）：19-24.
[23]	刘国华，陈燕，范强，等. 溶解氧对活性污泥系统的脱氮效果和硝化细菌群落结构的影响［J］. 环境科学学报，2016，36（6）：1971-1978.
	LIU Guohua， CHEN Yan， FAN Qiang，et al. Effects of dissolved oxygen concentration on nitrogen removal and nitrifying bacterial community structure in an activated sludge system［J］. Acta Scientiae Circumstantiae，2016，36（6）：1971-1978.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容