我國和日本A2/O工藝的流程基本一致，該工藝的設(shè)計水平直接影響處理效果，尤其是脫氮效果。對兩國原水水質(zhì)情況和排放標準做了比較，分析了兩國A2/O工藝各功能區(qū)的設(shè)計方法、各設(shè)計參數(shù)的設(shè)置和取值，日本許多設(shè)計參數(shù)的設(shè)置和取值比我國嚴謹，預(yù)期的處理效果較好，但日本設(shè)計方法較保守，設(shè)計出的生化池容積較大，會增加基建投資和后期運行費用。A2/O工藝在我國和日本都有著較為廣泛的應(yīng)用。污水處理廠的工藝設(shè)計水平直接影響著基建投資、運行費用以及污水處理效果和出水水質(zhì)。本文對兩國A2/O工藝的設(shè)計方法進行比較。

1 水質(zhì)情況

1.1 兩國原水水質(zhì)對比

目前，我國城鎮(zhèn)污水處理廠原水水質(zhì)的主要問題有：由于城鎮(zhèn)工業(yè)廢水偷排情況較多加之很多城市尚未取消化糞池，造成污水處理廠原水碳源不足，原水NH3—N、TN濃度較高，城市污水處理廠多數(shù)時候存在原水總氮濃度超過50mg/L的情況。一般認為，在污水生物脫氮過程中，如果碳氮比(BOD5/TN)>4，即可認為污水中有足夠的碳源供反硝化菌進行反硝化脫氮。而我國城鎮(zhèn)污水處理廠普遍呈現(xiàn)低碳源特性，太湖流域的城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5/TN一般為3.3左右，zui低僅0.96。日本的生活污水處理事業(yè)分為公共下水道事業(yè)、農(nóng)村村落污水處理事業(yè)以及凈化槽事業(yè)。公用下水道事業(yè)為城市污水處理廠及管網(wǎng)建設(shè)。農(nóng)村村落污水處理事業(yè)和凈化槽事業(yè)分別為村落生活污水集中處理單元和住戶的分散型生活污水處理單元。目前，日本城鎮(zhèn)農(nóng)村住戶凈化槽已達到一定的覆蓋率。由于政府對工業(yè)廢水排放的監(jiān)管很嚴，幾乎沒有工業(yè)廢水偷排，此外兩國生活習(xí)慣和飲食結(jié)構(gòu)不同，故日本污水處理廠原水NH3—N、TN濃度較我國低，碳氮比較高，碳源較充足。在東京，具有代表性的有明污水處理廠進水BOD5/TN>4的情況居多，進水總氮濃度平均為36mg/L。

1.2 兩國排放標準對比

我國近幾年新建及升級改造的污水處理廠大多執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準。日本在1958年公布了新的《下水道法》，且一直沿用至今，20世紀下半葉，日本東京灣、伊勢灣和瀨戶內(nèi)海等封閉性水域富營養(yǎng)化現(xiàn)象極嚴重，曾多次發(fā)生赤潮。日本除執(zhí)行對排入公共水域的全國統(tǒng)一排放標準外，自70年代以后，針對統(tǒng)一標準執(zhí)行中出現(xiàn)不能充分保護生活環(huán)境的地區(qū)，規(guī)定了更為嚴格的地方排放標準，以代替同款全國統(tǒng)一排放標準。以東京灣為例，兩國污水處理廠出水排放標準見表1。

2 A2/O工藝設(shè)計對比

2.1 工藝流程中國和日本的A2/O工藝流程基本是一致的。即原污水經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)后，依次進入生化池的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，好氧區(qū)末端混合液按一定的回流比回流至缺氧區(qū)前端。

2.2 設(shè)計方法中國A2/O工藝的設(shè)計方法以《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB50014—2006)為依據(jù)。日本A2/O工藝的設(shè)計方法以公益社團法人日本下水道協(xié)會主編的《下水道設(shè)施設(shè)計指南與解說》以及地方共同下水道事業(yè)團的相關(guān)標準為依據(jù)。

2.2.1 厭氧區(qū)設(shè)計

中國和日本厭氧區(qū)的設(shè)計方法是一致的：即根據(jù)要去除的總磷負荷確定厭氧區(qū)的水力停留時間，以此HRT參數(shù)計算厭氧區(qū)的容積，即VA=(HRT×Q)/24。兩國的設(shè)計規(guī)范中厭氧區(qū)HRT的取值范圍均為1～2h。由表1可見，兩國污水處理廠出水總磷的排放標準為<0.5mg/L。如原水總磷濃度較高，僅依靠生物除磷，出水TP難以維持穩(wěn)定<0.5mg/L，還得添加PAC等化學(xué)藥劑輔助除磷。

2.2.2 缺氧區(qū)設(shè)計

(1)中國的設(shè)計方法。按中國的規(guī)范，缺氧區(qū)的容積Vn采用反硝化動力學(xué)中的反硝化速率Kde為主要設(shè)計參數(shù)計算。即：

脫氮速率Kde與混合液回流比、進水水質(zhì)、溫度和污泥中反硝化菌的比例等因素有關(guān)。混合液回流比越大，帶入的缺氧池的DO越多，Kde取值越低;一般混合液回流比為*～300%。進水有機物濃度高且較易生物降解時，Kde取高值。Kde隨溫度的變化可用式(3)進行修正。

在設(shè)計中，由于原水水質(zhì)情況有波動和差異，實際Kde的變化也很大，且因Kde取值不同會使計算所得缺氧區(qū)容積差異很大。通常Kde取經(jīng)驗值0.06～0.07kgNO-3—N/(kgMLSS˙d).然而，我國城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在原水中供反硝化的碳源不足的情況，實際反硝化速率沒那么高。這就造成了Kde的實際值與經(jīng)驗值的差異，如果差異較大，采用經(jīng)驗值設(shè)計的缺氧區(qū)可能達不到預(yù)期的脫氮效果。

(2)日本的設(shè)計方法。與中國的方法不同，日本的規(guī)范確定缺氧區(qū)容積時不是直接根據(jù)反硝化速率Kde計算，而是先以BOD污泥負荷為主要設(shè)計參數(shù)計算出缺氧區(qū)+好氧區(qū)的總?cè)莘eV(厭氧區(qū)不包括在內(nèi))，即：

總?cè)莘eV算出后，再用總?cè)莘eV減去好氧區(qū)的容積Vo，得出缺氧區(qū)容積Vn。一般混合液回流比為*～300%。初步算出的缺氧區(qū)容積Vn還不能被確定，還得利用此容積Vn反算出缺氧區(qū)的脫氮速率。再將此脫氮速率與設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的脫氮速率進行比較，如妥當則此缺氧區(qū)容積Vn可行。如不妥當將需要重新修正LS，對缺氧區(qū)+好氧區(qū)的總?cè)莘eV進行再計算。直至此脫氮速率與規(guī)定的脫氮速率基本一致，此缺氧區(qū)的容積Vn才能被確定。日本設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的脫氮速率是以污水處理廠實際運行的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，總結(jié)出的脫氮速率與LS的線性關(guān)系———缺氧區(qū)脫氮速率與BOD5污泥負荷呈正相關(guān)來計算的。

由于日本下水TN的排放標準嚴于中國的一級A標準，且政府對環(huán)境的監(jiān)管比中國嚴，所以其脫氮效果的要求很高，《下水道設(shè)施設(shè)計指南與解說》中對A2/O工藝缺氧區(qū)的設(shè)計很謹慎，預(yù)期的脫氮效果比中國好。

2.2.3 好氧區(qū)設(shè)計

(1)中國的設(shè)計方法。按中國的規(guī)范，先根據(jù)硝化動力學(xué)計算出硝化所需的泥齡。即：

由于自養(yǎng)型硝化菌比異養(yǎng)型反硝化菌的比生長速率小得多，如果沒有足夠長的泥齡，硝化菌會從系統(tǒng)中流失。為保證硝化反應(yīng)，泥齡必須>1/μ，且通常A2/O工藝泥齡應(yīng)>10d。由于μ為純種培養(yǎng)試驗得到的硝化菌比生長速率，為了在環(huán)境條件不利于硝化菌生長時，系統(tǒng)中仍有硝化菌，故引入了安全系數(shù)F，一般取1.5～3。

設(shè)計中安全系數(shù)F和氨氮濃度的取值范圍變化幅度大，且取值不同會使計算所得的泥齡差異很大。水溫按12℃計算，如果F取值較小，計算所得的泥齡<10d，不能滿足硝化的需要。由于實際工程設(shè)計中F和Na較難取值，我國許多設(shè)計單位應(yīng)用國外的設(shè)計標準(如德國的ATV標準)，結(jié)合我國的實際情況對以上設(shè)計參數(shù)進行反復(fù)修正，才能較好地吻合實際工程運行參數(shù)。再計算出好氧區(qū)容積Vo，即：

中國的規(guī)范設(shè)計好氧區(qū)是基于硝化所需泥齡和BOD5的降解。而BOD5降解的產(chǎn)泥系數(shù)Yt取值范圍變化幅度很大，宜根據(jù)試驗資料確定，但設(shè)計中往往取的是經(jīng)驗值。污泥產(chǎn)率系數(shù)本來的含義是一定量BOD5降解后產(chǎn)生的SS。由于是有機物降解產(chǎn)物，這里的SS應(yīng)該是VSS，即揮發(fā)性懸浮固體。但污水中還有相當數(shù)量的無機懸浮固體和難降解有機懸浮固體，它們并未被微生物降解，而是原封不動地沉積到污泥中，結(jié)果產(chǎn)生的SS將大于真正由BOD5降解產(chǎn)生的VSS，因此實際污泥產(chǎn)率往往大于經(jīng)驗值。BOD5降解產(chǎn)泥計算參數(shù)的設(shè)置有一定局限性。

(2)日本的設(shè)計方法。按日本的規(guī)范，同樣也要先計算出硝化所必須的泥齡。但泥齡的計算方法與中國不同，不是根據(jù)硝化動力學(xué)計算，而是以水溫為基礎(chǔ)并考慮進水TN的負荷變動來計算的，即：

日本的規(guī)范中泥齡的計算方法是根據(jù)總氮負荷率的變化和總氮中氨氮和有機氮的硝化結(jié)合實際經(jīng)驗產(chǎn)生的，不涉及污水具體水質(zhì)環(huán)境條件變化。因系數(shù)的取值不同計算所得泥齡差異較小，且zui小泥齡也>11d，滿足硝化的需要。由此可見，日本在對泥齡的計算方法比中國嚴謹保守。再計算好氧區(qū)的容積Vo，即：

好氧區(qū)的設(shè)計同樣是基于硝化所需泥齡。除此之外，與中國的規(guī)范略有不同，日本的規(guī)范對BOD5降解產(chǎn)泥的計算參數(shù)設(shè)置更為嚴謹。事實上污水中含有的污染物質(zhì)是復(fù)雜多樣的，分為易降解和難降解、可溶性和不可溶性等，真正降解的BOD5僅為可溶性BOD5降解后產(chǎn)生的VSS。但原水中還有相當數(shù)量的SS和惰性有機物，它們并未被微生物降解，而是原封不動地沉積到污泥中，結(jié)果產(chǎn)生的污泥將大于可溶性BOD5降解產(chǎn)生的VSS，在不設(shè)初沉池的工藝中更是如比，污水中不同的水質(zhì)組分對生物處理反應(yīng)影響很大。故日本規(guī)范中，BOD5的降解產(chǎn)泥僅用可溶性BOD5來計算，并考慮了原水中SS產(chǎn)的泥，相應(yīng)污泥產(chǎn)率系數(shù)b取值較高，為0.9～1kgMLSS/kgSS。而我國計算剩余污泥產(chǎn)量用的SS污泥產(chǎn)率系數(shù)取值較低，為0.5～0.7kgMLSS/kgSS。其次，隨著處理程度提高，有機物降解越*，微生物處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，衰減也越多，產(chǎn)生的剩余污泥量也會減少，計算中引入了活性污泥內(nèi)源呼吸污泥減量系數(shù)。綜上所述，相對于中國的計算方法，日本對好氧區(qū)容積的計算方法較嚴謹穩(wěn)妥。

結(jié)論和建議

(1)相比中國的規(guī)范，按日本規(guī)范設(shè)計的A2/O工藝，在泥齡的計算上較保守，對缺氧區(qū)脫氮速率的確認和好氧區(qū)產(chǎn)泥的計算較嚴謹，許多參數(shù)的取值范圍變化幅度不大，較穩(wěn)妥。設(shè)計的缺氧區(qū)和好氧區(qū)的水力停留時間比中國長，污泥負荷低，泥齡較長，加之日本原水碳源狀況比中國好，污水處理廠處理效果基本能滿足日本比中國更嚴格水質(zhì)排放標準，尤其是TN排放標準的要求。但日本的設(shè)計方法較保守，設(shè)計的生化池容積較大，會增加基建投資和后期運行費用。

(2)按中國的設(shè)計規(guī)范，一些參數(shù)取值范圍變化幅度大。如計算泥齡的參數(shù)，實際工程設(shè)計中較難取值，需應(yīng)用國外的設(shè)計規(guī)范結(jié)合我國的實際情況對設(shè)計參數(shù)進行反復(fù)修正。一些設(shè)計參數(shù)的確定*依靠經(jīng)驗：如脫氮速率Kde，實際脫氮速率比經(jīng)驗值偏低;如污泥的產(chǎn)率系數(shù)Yt的取值未考慮惰性有機物和無機物的產(chǎn)泥，Yt取值偏小。雖然設(shè)計出的生化處理效果大體能滿足我國排放標準的需要，但也暴露出一些不足：當遇到原水碳源不足，原水TN濃度高于設(shè)計濃度時，生化系統(tǒng)可能達不到預(yù)期的脫氮效果。

(3)日本A2/O工藝的設(shè)計方法對我國有一定的借鑒意義?？梢越梃b日本的設(shè)計規(guī)范結(jié)合其他國家的設(shè)計規(guī)范和我國的實際情況對泥齡、污泥產(chǎn)率系數(shù)等參數(shù)進行適當?shù)男拚?/span>