作者：叶振中
1.概述
焦化废水生物脱氮的A/O、A-A/O工艺较成熟，在我国的焦化行业已得到广泛的应用，如工艺参数设计合理，工艺条件控制适当，可取得较好的脱氮效果，是目前工程设计中优先考虑的脱氮工艺。后者是前者的改进型工艺，是在A/O系统缺氧池之前加一个厌氧池，可起到酸化水解的作用，有利于大分子多环类化合物链或环的断裂，从而提高废水的生物降解物性，因此A-A/O工艺的处理效果要优于A/O工艺。但A-A/O工艺的水力停留时间长，基建投资相应也要高一些，并且焦化厂生物脱氮装置大多是在原有的基础上改扩建而成，废水处理场地有时会受到限制，所以在工艺选取上应结合实际情况及水处理要求综合考虑。
2.A/O工艺
（1）工艺流程
缺氧-好氧生物处理系统A/O工艺，它是随着废水脱氮要求的提出而出现的。A/O工艺所完成的生物脱氮机理主要由硝化和反硝化两个生化过程组成。废水首先在好氧反应器中进行硝化，使含氮有机物被细菌分解成氨，然后在亚硝化菌的作用下氨进一步转化为亚硝酸盐氮（NO- 2 –N），再经硝化菌作用转化为硝酸盐氮（NO- 3 –N）。硝酸盐氮进入缺氧或厌氧反应器后，经过反硝化作用，利用废水中原有的有机物，进行无氧呼吸，分解有机物，同时将硝酸盐氮还原为气态氮（N2）。A/O工艺不但能取得比较满意的脱氮效果，同时可取得较高的COD和BOD去除率。
依据硝化-反硝化的脱氮机理，诞生了多种组合形式的A/O型处理工艺。单级A/O工艺是指用一个缺氧反应器和另一个好氧反应器组成的联合系统，从好氧反应器出来的部分混合液靠回流泵返回到缺氧反应器进水端，另一部分进入二沉池分离活性污泥后，上清液作为处理出水排放。A/O工艺的流程如图1所示。
图1 厌氧-好氧生物脱氮流程示意图
活性污泥法所构成的A/O系统，一般是由缺氧区和好氧区组成。其中好氧区的设计和操作运行参数与常规曝气池基本相同，设有曝气装置以维持足够的供氧量，而原水是从缺氧区进入，并与好氧区返回的硝化液混合，原水中的有机碳基质正好成为反硝化的碳源而被利用。
生物膜法反应器所构成的A/O系统，是由相对独立的2个填料床反应器串联组成，其中一个保持缺氧状态，另一个保持好氧状态，反应器的填料与膜去相同，包括颗粒填料、软性填料、立体弹性填料等。膜法A/O工艺一般能获得比活性污泥法更好的脱氮效果，主要因为载体为生长速度缓慢的硝化菌提供了适宜场所。特别是在缺氧反应器中，填充的软性或弹性立体填料是大批抗毒物能力强和适应不良环境的反硝化菌的栖息地，因此对提高反硝化效果十分有益。
（2）影响A/O工艺运行的因素
根据有机碳基质的性质，废水中可生化降解的有机物可分为三类：第一类为可快速生化降解的溶解性有机物，如有机酸、醇类、葡萄糖等；第二类为可缓慢降解性有机物，如烃类、淀粉、高分子有机物等；第三类则是微生物细胞物质的自身氧化即内源呼吸。这三类基质在缺氧区作供氢体反硝化速率是不同的，其中内源呼吸时的反硝化速率仅为第一类基质的10％，第二类基质的反硝化速率略高于内源呼吸。从上述反硝化反应式程式可以推算出，转化1mg/L硝酸盐氮大约需要3mg/L的BOD5为碳源。当原水中的碳氮化较高，可快速生化降解的有机物充分时，反硝化可以只利用第一类基质。这时对于完全混合式的活性污泥法而言，所需的缺氧脱氮池容积较小，水力停留时间为0.5～0.1h即可。如原水的碳氮比较低时，反硝化就不可能仅利用此类物质，缺氧池的停留时间就应达到2.0～3.0h。
A/O工艺中的污泥泥龄主要受硝化细菌世代时间的影响，明显比普通活性污泥法长，其最短泥龄与温度有关，温度对泥龄和硝化程度都有很大影响，在冬季低温时应采取措施加强硝化。
硝化菌是一种好氧性自养菌，生长在好氧区。在生物膜法处理过程中，由于生物膜有一定的厚度，为了充分发挥生物膜的代谢能力，一般控制好氧段溶解氧（DO）＝3.5～4.5mg/L较合适，过低就会成为硝化反应的抑制因素。但对于活性污泥法，好氧区内的硝化菌生长速率与溶解氧的关系，由大量实验数据表明，DO浓度在2.0mg/L以上时比较合适。但对A/O工艺的好氧区并非DO越高越好，因为溶解氧会随着回流而进入缺氧区，结果影响反硝化。
反硝化菌是一种兼性异养菌，在缺氧系统生长。对于膜法反硝化系统，由于细菌周围氧环境的差异，即当反应器内有一定溶解氧时，生物膜内层仍呈缺氧状态。有关报道指出，当DO为1.0～2.0mg/L时，并不影响反硝化的进行，但一般控制在DO≤1.0mg为宜。而对于活性污泥系统，缺氧区的溶解氧浓度则越低越好，最高不得大于0.5mg/L。为确保这一数值，缺氧区应采用水下搅拌，以避免水表面形成旋涡而溶于空气，或采用表面封闭的形式。
缺氧段与好氧段的反应器容积比即A/O容积比对硝化及反硝化效果影响很大。一般认为对于可生化性较好的废水，悬浮生长系统的反硝化速率可以达到硝化速率的3～4倍，此时所需的A/O容积比较小。然而对于可生化性较差的废水，所采用的A/O容积比应较大。另外，采用较大的A/O容积比，可使大部分有机物在缺氧段被去除，从而减轻好氧段的有机负荷。A/O的容积比可在模型试验中，通过改变缺氧段与好氧段比例的大不来找出最佳的实验值，作为生产性装置的设计参数。
好氧段混合液回流的目的在于向缺氧提供反硝化反应所需的氧化态氮，因此回流比的大小对反硝化效果具有较大影响。混合液回流比大时，返回到缺氧段的氧化态氮量将增加，若缺氧段有足够的碳源，则脱氮率得以提高。但相应增加动力消耗，而且还会造成缺氧段DO值的升高，进而影响反硝化效果。因此，应该存在一个最佳的混合液回流比。值得注意的是，回流比具有很大的选择范围，应根据具体水质和工艺而选定。
硝化菌和反硝化菌的pH值适应范围在6.0～8.5之间，以7.0～7.5为最佳。PH值过低则硝化率下降，但回升后抑制作用可以解除，不存在残毒效应。在A/O工艺中硝化和反硝化分别为酸化过程。硝化反应中产生的H+与水中的碳酸碱度结合，生成CO2和水。随着曝气过程CO2不断吹脱，pH值下降趋势会被抑制，但这一过程破坏碱度，每氧化1.0mg/L的NH3-N即破坏7.2mg/L碱度。如水中碱度不足则会造成pH值严重下降，从而抑制硝化。另一方面，反硝化产物与CO2和OH-作用会产生碳酸碱度，每还原1.0mg/L氮会产生3.0mg/L碱度。二者综合考虑，反硝化不足以补偿硝化对碱度的破坏，总趋势是碱度下降。一般为保证运行正常，往往需要向系统中投加石灰等碱加以调整。实例：1993年上海宝山钢铁公司焦化废水A/O装置投入运行，废水中的NH3-N得到有效治理，混凝处理后COD也达到了国家排放标准。此后，临汾钢铁等厂的焦化废水A/O装置也相继投产，并获得成功。
（3）A-A/O工艺
厌氧－兼氧－好氧组合工艺简称A-A/O，也有写成A/O的，它由3段生物处理装置组成，即在单级A/O工艺的前段再设置厌氧反应器，目的在于通过厌氧过程使废水的的部分难降解有机物得到降解去除，以改善废水的可生化性。因为焦化废水中含有大量的杂环及多环芒烃类有机物，这些有机物在好氧条件下较难生物降解，通过厌氧酸化处理，可以将其转化为小分子、易生物降解的有机物，提高焦化废水的生物降解性，并为后续的缺氧段提供适合于反硝化过程的碳源，最终达到高效去除COD、BOD、N、P的目的，A-A/O系统的工艺流程如图2所示：
图2 厌氧-兼氧-好氧生物脱氮流程示意图
废水经预处理后进入厌氧反应器，使高COD物质在该段得到部分降解，然后进入兼氧段，进行反硝化过程，最后进入好氧段氧化降解有机物和进行硝化反应，好氧段出水一部分回流进入兼氧段，并与厌氧段出水混合，利用厌氧出水中的碳源进行反硝化。另一部分出水进入二沉地，分离活性污泥后作为出水，污泥直接回流到厌氧段。
A-A/O组合工艺的特点主要表现在：①具有较高的COD和NH3-N去除率，适合于处理高浓度COD和氨氮废水；②厌氧段除了能够降解部分难降解有机物外，还能改进废水的可生化性，以便于作为碳源而被反硝化利用，因而，其脱氮效果优于单级A/O工艺；③A-A/O系统操作稳定，对水质和流量有很好的抗冲击能力；④兼氧-好氧通过回流所构成的循环系统，与单级A/O工艺基本相同。
实例：昆明钢铁公司焦化厂，利用原有生物处理工艺改造成A-A/O组合工艺，2001年进行了调试与优化，系统运行稳定，氨氮去除率大于99％，混凝后COD的去除率高于95％，出水中酚、氰、COD和HN3-N等均达到国家排放标准。
1.概述
焦化废水生物脱氮的A/O、A-A/O工艺较成熟，在我国的焦化行业已得到广泛的应用，如工艺参数设计合理，工艺条件控制适当，可取得较好的脱氮效果，是目前工程设计中优先考虑的脱氮工艺。后者是前者的改进型工艺，是在A/O系统缺氧池之前加一个厌氧池，可起到酸化水解的作用，有利于大分子多环类化合物链或环的断裂，从而提高废水的生物降解物性，因此A-A/O工艺的处理效果要优于A/O工艺。但A-A/O工艺的水力停留时间长，基建投资相应也要高一些，并且焦化厂生物脱氮装置大多是在原有的基础上改扩建而成，废水处理场地有时会受到限制，所以在工艺选取上应结合实际情况及水处理要求综合考虑。
2.A/O工艺
（1）工艺流程
缺氧-好氧生物处理系统A/O工艺，它是随着废水脱氮要求的提出而出现的。A/O工艺所完成的生物脱氮机理主要由硝化和反硝化两个生化过程组成。废水首先在好氧反应器中进行硝化，使含氮有机物被细菌分解成氨，然后在亚硝化菌的作用下氨进一步转化为亚硝酸盐氮（NO- 2 –N），再经硝化菌作用转化为硝酸盐氮（NO- 3 –N）。硝酸盐氮进入缺氧或厌氧反应器后，经过反硝化作用，利用废水中原有的有机物，进行无氧呼吸，分解有机物，同时将硝酸盐氮还原为气态氮（N2）。A/O工艺不但能取得比较满意的脱氮效果，同时可取得较高的COD和BOD去除率。
依据硝化-反硝化的脱氮机理，诞生了多种组合形式的A/O型处理工艺。单级A/O工艺是指用一个缺氧反应器和另一个好氧反应器组成的联合系统，从好氧反应器出来的部分混合液靠回流泵返回到缺氧反应器进水端，另一部分进入二沉池分离活性污泥后，上清液作为处理出水排放。A/O工艺的流程如图1所示。
图1 厌氧-好氧生物脱氮流程示意图
活性污泥法所构成的A/O系统，一般是由缺氧区和好氧区组成。其中好氧区的设计和操作运行参数与常规曝气池基本相同，设有曝气装置以维持足够的供氧量，而原水是从缺氧区进入，并与好氧区返回的硝化液混合，原水中的有机碳基质正好成为反硝化的碳源而被利用。
生物膜法反应器所构成的A/O系统，是由相对独立的2个填料床反应器串联组成，其中一个保持缺氧状态，另一个保持好氧状态，反应器的填料与膜去相同，包括颗粒填料、软性填料、立体弹性填料等。膜法A/O工艺一般能获得比活性污泥法更好的脱氮效果，主要因为载体为生长速度缓慢的硝化菌提供了适宜场所。特别是在缺氧反应器中，填充的软性或弹性立体填料是大批抗毒物能力强和适应不良环境的反硝化菌的栖息地，因此对提高反硝化效果十分有益。
（2）影响A/O工艺运行的因素
根据有机碳基质的性质，废水中可生化降解的有机物可分为三类：第一类为可快速生化降解的溶解性有机物，如有机酸、醇类、葡萄糖等；第二类为可缓慢降解性有机物，如烃类、淀粉、高分子有机物等；第三类则是微生物细胞物质的自身氧化即内源呼吸。这三类基质在缺氧区作供氢体反硝化速率是不同的，其中内源呼吸时的反硝化速率仅为第一类基质的10％，第二类基质的反硝化速率略高于内源呼吸。从上述反硝化反应式程式可以推算出，转化1mg/L硝酸盐氮大约需要3mg/L的BOD5为碳源。当原水中的碳氮化较高，可快速生化降解的有机物充分时，反硝化可以只利用第一类基质。这时对于完全混合式的活性污泥法而言，所需的缺氧脱氮池容积较小，水力停留时间为0.5～0.1h即可。如原水的碳氮比较低时，反硝化就不可能仅利用此类物质，缺氧池的停留时间就应达到2.0～3.0h。
A/O工艺中的污泥泥龄主要受硝化细菌世代时间的影响，明显比普通活性污泥法长，其最短泥龄与温度有关，温度对泥龄和硝化程度都有很大影响，在冬季低温时应采取措施加强硝化。
硝化菌是一种好氧性自养菌，生长在好氧区。在生物膜法处理过程中，由于生物膜有一定的厚度，为了充分发挥生物膜的代谢能力，一般控制好氧段溶解氧（DO）＝3.5～4.5mg/L较合适，过低就会成为硝化反应的抑制因素。但对于活性污泥法，好氧区内的硝化菌生长速率与溶解氧的关系，由大量实验数据表明，DO浓度在2.0mg/L以上时比较合适。但对A/O工艺的好氧区并非DO越高越好，因为溶解氧会随着回流而进入缺氧区，结果影响反硝化。
反硝化菌是一种兼性异养菌，在缺氧系统生长。对于膜法反硝化系统，由于细菌周围氧环境的差异，即当反应器内有一定溶解氧时，生物膜内层仍呈缺氧状态。有关报道指出，当DO为1.0～2.0mg/L时，并不影响反硝化的进行，但一般控制在DO≤1.0mg为宜。而对于活性污泥系统，缺氧区的溶解氧浓度则越低越好，最高不得大于0.5mg/L。为确保这一数值，缺氧区应采用水下搅拌，以避免水表面形成旋涡而溶于空气，或采用表面封闭的形式。
缺氧段与好氧段的反应器容积比即A/O容积比对硝化及反硝化效果影响很大。一般认为对于可生化性较好的废水，悬浮生长系统的反硝化速率可以达到硝化速率的3～4倍，此时所需的A/O容积比较小。然而对于可生化性较差的废水，所采用的A/O容积比应较大。另外，采用较大的A/O容积比，可使大部分有机物在缺氧段被去除，从而减轻好氧段的有机负荷。A/O的容积比可在模型试验中，通过改变缺氧段与好氧段比例的大不来找出最佳的实验值，作为生产性装置的设计参数。
好氧段混合液回流的目的在于向缺氧提供反硝化反应所需的氧化态氮，因此回流比的大小对反硝化效果具有较大影响。混合液回流比大时，返回到缺氧段的氧化态氮量将增加，若缺氧段有足够的碳源，则脱氮率得以提高。但相应增加动力消耗，而且还会造成缺氧段DO值的升高，进而影响反硝化效果。因此，应该存在一个最佳的混合液回流比。值得注意的是，回流比具有很大的选择范围，应根据具体水质和工艺而选定。
硝化菌和反硝化菌的pH值适应范围在6.0～8.5之间，以7.0～7.5为最佳。PH值过低则硝化率下降，但回升后抑制作用可以解除，不存在残毒效应。在A/O工艺中硝化和反硝化分别为酸化过程。硝化反应中产生的H+与水中的碳酸碱度结合，生成CO2和水。随着曝气过程CO2不断吹脱，pH值下降趋势会被抑制，但这一过程破坏碱度，每氧化1.0mg/L的NH3-N即破坏7.2mg/L碱度。如水中碱度不足则会造成pH值严重下降，从而抑制硝化。另一方面，反硝化产物与CO2和OH-作用会产生碳酸碱度，每还原1.0mg/L氮会产生3.0mg/L碱度。二者综合考虑，反硝化不足以补偿硝化对碱度的破坏，总趋势是碱度下降。一般为保证运行正常，往往需要向系统中投加石灰等碱加以调整。实例：1993年上海宝山钢铁公司焦化废水A/O装置投入运行，废水中的NH3-N得到有效治理，混凝处理后COD也达到了国家排放标准。此后，临汾钢铁等厂的焦化废水A/O装置也相继投产，并获得成功。
（3）A-A/O工艺
厌氧－兼氧－好氧组合工艺简称A-A/O，也有写成A/O的，它由3段生物处理装置组成，即在单级A/O工艺的前段再设置厌氧反应器，目的在于通过厌氧过程使废水的的部分难降解有机物得到降解去除，以改善废水的可生化性。因为焦化废水中含有大量的杂环及多环芒烃类有机物，这些有机物在好氧条件下较难生物降解，通过厌氧酸化处理，可以将其转化为小分子、易生物降解的有机物，提高焦化废水的生物降解性，并为后续的缺氧段提供适合于反硝化过程的碳源，最终达到高效去除COD、BOD、N、P的目的，A-A/O系统的工艺流程如图2所示：
图2 厌氧-兼氧-好氧生物脱氮流程示意图
废水经预处理后进入厌氧反应器，使高COD物质在该段得到部分降解，然后进入兼氧段，进行反硝化过程，最后进入好氧段氧化降解有机物和进行硝化反应，好氧段出水一部分回流进入兼氧段，并与厌氧段出水混合，利用厌氧出水中的碳源进行反硝化。另一部分出水进入二沉地，分离活性污泥后作为出水，污泥直接回流到厌氧段。
A-A/O组合工艺的特点主要表现在：①具有较高的COD和NH3-N去除率，适合于处理高浓度COD和氨氮废水；②厌氧段除了能够降解部分难降解有机物外，还能改进废水的可生化性，以便于作为碳源而被反硝化利用，因而，其脱氮效果优于单级A/O工艺；③A-A/O系统操作稳定，对水质和流量有很好的抗冲击能力；④兼氧-好氧通过回流所构成的循环系统，与单级A/O工艺基本相同。
实例：昆明钢铁公司焦化厂，利用原有生物处理工艺改造成A-A/O组合工艺，2001年进行了调试与优化，系统运行稳定，氨氮去除率大于99％，混凝后COD的去除率高于95％，出水中酚、氰、COD和HN3-N等均达到国家排放标准。