隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)保意識提高，我國城鎮(zhèn)污水處理廠排放標準日益嚴格。在此期間，A2/O工藝因具有出水水質(zhì)好、結(jié)構(gòu)簡單等特點已在我國大中型污水處理廠及再生水廠得到了廣泛應用。論文闡述了A2/O工藝針對不同的出水水質(zhì)指標和進水特性對工藝進行階段性提標改造的常用技術(shù)手段，包括低碳氮比、低溫等情況下達到一級A排放標準的技術(shù)措施，進一步提高再生水回用水質(zhì)的A2/O-MBR工藝組合及其深度處理方案等。針對現(xiàn)有A2/O及其改進工藝的不足，未來A2/O工藝的主要發(fā)展趨勢是基于“能源回收自給”的可持續(xù)脫氮除磷，同時存在對氮磷等植物營養(yǎng)物深度去除和內(nèi)分泌干擾物高效凈化的深度處理技術(shù)需求。

1A2/O工藝的應用與挑戰(zhàn)

據(jù)統(tǒng)計，A2/O及以其為基礎(chǔ)的脫氮除磷工藝目前在我國已占據(jù)50%以上的市場。截止到2014年1月，北京市已運營的44家萬噸級以上污水處理廠中，共有11家污水處理廠采用了A2/O工藝及其改進型工藝，A2/O工藝的處理規(guī)模占北京市年污水處理能力的60.5%，其中有4家為10萬噸級以上的設(shè)計運營規(guī)模，如高碑店污水處理廠、小紅門污水處理廠、清河污水處理廠等。然而，A2/O工藝自身特點注定了其將面臨硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機負荷、泥齡以及碳源需求上存在著矛盾和競爭, 因此難以同時實現(xiàn)碳、氮、磷的高效去除，并滿足日益嚴格的排放限值。

2基于一級B 達標排放的A2/O工藝的難點與主要技術(shù)措施 

2.1基于一級B達標排放的A2/O工藝典型問題

污水處理廠從國標GB18918-2002二級排放標準提升為一級B的難度相對較低，采用A2/O工藝需解決的技術(shù)問題也較為明確，一般通過對溶解氧(DO)、混合液回流比(RN)、污泥回流比(R)和水力停留時間(HRT)等各參數(shù)優(yōu)化控制即可達到。

2.2溶解氧(DO)控制

好氧池過高的DO不僅會抑制硝化菌的硝化作用，而且破壞厭氧池和缺氧池的低DO狀態(tài);過低的DO會限制硝化菌的生長率，嚴重影響污水的脫氮效果。缺氧池DO變化可通過抑制硝酸鹽還原酶的合成和活性，影響反硝化過程。早期研究者對A2/O工藝各階段DO的控制總結(jié)得出：好氧池DO控制在2.0mg/L左右、缺氧池DO在0.2~0.5mg/L、厭氧池DO在0.2mg/L以內(nèi)為宜

2.3混合液回流比(RN)和污泥回流比(R)的影響與選擇

選擇合適的混合液回流比(RN)和污泥回流比(R)對污水脫氮效果至關(guān)重要。RN過大時需要高功率的回流泵，增加能耗。反之，當RN較小時，脫氮效率降低。R過小時，厭氧池污泥負荷增加，將影響各段的生化反應效率;R過大則抑制聚磷菌釋放磷的效果，降低總磷去除率。李明等人通過對A2/O工藝的研究對比得出，一般R=50%~100%，最低不可低于40%;李銀波等人采用A2/O脫氮除磷工藝中試試驗表明，RN為200%時系統(tǒng)處理效果最佳。

2.4水力停留時間(HRT)的影響與設(shè)定

一般來說，延長HRT時間有利于提高COD去除效果，但對于厭氧池，過長的HRT容易產(chǎn)生污泥膨脹，過短水流速度較大，易導致活性污泥流失;相對于好氧池，過長的HRT則使SRT縮短，影響污泥釋磷效果，增加污泥排放量;較短的HRT使污水中硝化過程不充分，不利于脫氮。李永峰等與林琳等人研究結(jié)果對比表明，HRT對TN、TP和NH3-N的去除率影響較大，對COD去除率影響相對較小;HRT控制在5~8h時，系統(tǒng)整體功能性較好。

3針對一級A達標排放的A2/O工藝的難點與主要技術(shù)措施 

3.1針對一級A 達標排放的A2/O工藝難點

出水水質(zhì)進一步從一級B標準提標至一級A標準回用時，COD、TN、氨氮和TP要求均有所提高。在合理C/N比以及非低溫環(huán)境下，通常采用A2/O工藝進行優(yōu)化調(diào)試能夠達到一級A標準要求;但對于C/N比較低或低溫環(huán)境等不可控問題，僅通過簡單工藝調(diào)試很難達到一級A水質(zhì)要求。

3.2低C/N比問題及其技術(shù)措施

根據(jù)住建部“全國城鎮(zhèn)污水處理信息系統(tǒng)”數(shù)據(jù)顯示，我國大部分城鎮(zhèn)都面臨著C/N比偏低的現(xiàn)象，多數(shù)城市污水中C/N比在3~4之間。在采用A2/O工藝處理低C/N值污水時，一般脫氮除磷效率不高，因此較難達到一級A標準。目前常用的解決措施主要從外加碳源和內(nèi)碳源兩方面著手。

①投加碳源：這是一種能夠快速有效提高C/N值的最簡單辦法。為反硝化過程提供足夠的碳源(如甲醇、葡萄糖、乙酸鈉等)能夠有效地提高脫氮效率，但長期投入顯然增加污水處理成本。

②投加垃圾滲濾液：陳杰明等人對重慶市某大型污水廠投加垃圾滲濾液補充碳源方法進行了研究，當垃圾濾液的投配率為0.1%時，活性污泥不會受到垃圾濾液的毒性干擾，同時可為系統(tǒng)增加約15%的碳源，一方面可以解決垃圾濾料的排放問題，另一方面投入成本低，是一種較經(jīng)濟實用的借鑒。

③增設(shè)單元：池年平等人通過在傳統(tǒng)A2/O工藝前端增設(shè)預缺氧池形成A-A2/O(缺氧—厭氧—缺氧—好氧)工藝得出相較于A2/O工藝脫氮除磷效果有顯著的提升;A-A2/O工藝脫氮主要在預缺氧池和缺氧池完成，且兩者脫氮量相當，厭氧池則可專注于除磷，是一種克服低C/N比的有效方法。例如，東莞市華駿污水處理廠(5萬噸/日)采用A-A2/O工藝，將來自二沉池的回流污泥和10%左右的進水進入反硝化池，消除硝態(tài)氮對厭氧池釋放磷的不利影響，強化了除磷脫氮效果，出水基本達到一級A標準限值。

④工藝優(yōu)化：將傳統(tǒng)A2/O工藝中厭氧池與缺氧池順序調(diào)換可形成倒置A2/O工藝，通過對倒置A2/O研究，黃理輝、張杰等人發(fā)現(xiàn)缺氧段之前能夠優(yōu)先得到碳源，單位容積反硝化能力增強，反硝化效果能夠得到有效地保證;同時，回流污泥經(jīng)過完整的吸磷和釋磷過程，除磷效果也較好。廣東省佛山市某污水處理廠(20萬噸/日)和寧夏石嘴山市第一污水處理廠(6萬噸/日)等均采用倒置A2/O工藝對原有工藝進行升級改造和調(diào)試，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強化了脫氮除磷效果，確保了出水滿足國標一級A排放標準。

⑤分段進水：通過分段進水的形式可有效強化系統(tǒng)對原水中碳源的利用，提高對污染物的去除能力。青島城陽污水處理廠(5萬噸/日)通過分段進水的方式提高系統(tǒng)對原水中碳源的利用率，強化了脫氮除磷能力，并成為中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會評出的城市污水處理達一級A標準的示范工程。改良后的生物池出水水質(zhì)達到一級A 標準基礎(chǔ)上，每天可節(jié)省電耗約672 kW˙h。

3.3低溫問題及其解決措施

目前，低溫低碳是我國大部分污水處理廠面臨的最棘手的問題。溫度對微生物細胞的繁殖、生物種群的組成、活性污泥的絮凝性能、曝氣池對氧的利用效率以及水的粘度等都有較大的影響。低溫顯著降低硝化菌和反硝化菌的活性，嚴重影響脫氮除磷效果。

針對低溫問題，倒置A2/O工藝也可作為緩解手段之一。張智等人]對重慶市雞冠石污水處理廠的倒置A2/O工藝在低溫脫氮除磷效果不穩(wěn)定的問題進行了研究，表明低溫條件下將污泥濃度提高到5500~6000mg/L、好氧池DO控制在1.2mg/L左右時，出水能夠達到國標一級A標準。

A2/O-BAF是目前克服低碳氮比下的低溫問題最常用工藝之一。通過后置BAF工藝，王建華等人得出A2/O-BAF工藝在低溫條件下脫氮除磷能夠同時取得良好的效果，不僅出水達到國家一級A標準，而且A2/O段活性污泥的平均SVI 為85.4mL/g，具有良好的沉降性。蕭縣城北污水處理廠(5萬噸/日)于2015年采用水解酸化-A2/O-BAF工藝處理市政污水，強化了脫氮除磷效果，出水滿足國標一級A排放標準。

4針對地表水IV類回用要求的A2/O工藝的典型問題及主要技術(shù)措施 

4.1基于地表水IV類回用要求的A2/O工藝面臨的挑戰(zhàn)

為實現(xiàn)水體污染物減排目標、提高水資源循環(huán)利用率、改善河湖水環(huán)境質(zhì)量及恢復水體功能，我國部分典型缺水城市(如北京市)已率先在國標基礎(chǔ)上進一步提高對污水排放標準，將排放標準提升至北京市地方標準DB 11/809-2012(接近地表水IV類)。該標準在COD、TN、氨氮和TP等指標更加嚴格，這對于大部分現(xiàn)有污水處理廠來說，僅通過簡單的工藝調(diào)整很難達到排放要求。

4.2對于地表水IV類及以上回用要求的A2/O工藝采取的主要措施

一般來說，將污水通過A2/O工藝處理至地表水IV類回用要求時，不僅要具有較高的脫氮除磷水平，還要求具有很高的有機污染物去除性能。在進水滿足要求基礎(chǔ)上，可采取的總體策略是：一方面，采用現(xiàn)有的二級強化，特別是新型生化強化工藝，盡可能提高二級處理段的脫氮除磷能力;另一方面，需引入深度處理工藝，尤其是以膜技術(shù)及其組合工藝為代表的深度回用水處理工藝，可將二級處理出水處理至地表水IV類或以上水質(zhì)。

①A2/O-MBR及其改進工藝

雖然A2/O工藝具有良好的脫氮除磷效果，但其脫氮效率很難進一步提高。為此，Adam等一批學者提出了將A2/O與MBR相結(jié)合(A2/O-MBR工藝)的污水處理方式，不僅出水水質(zhì)效果好、污染物指標去除率高，而且實現(xiàn)了HRT與SRT之間相互獨立，很好地解決了傳統(tǒng)活性污泥法同步脫氮除磷時兩者所需污泥齡不同的矛盾，不足是膜污染將導致維護運行成本也相應提高。為積極響應北京市政府“污水治理三年行動方案”(2013-2015年)，北京市肖家河污水處理廠(8萬噸/日)由A2/O升級改造至A2/O-MBR工藝，改造后出水水質(zhì)由國標一級A標準提高到北京市地標B標準，主要指標滿足地表IV類水體標準。在升級改造過程中，該廠表現(xiàn)出諸多亮點，如占地面積小、污水處理無間斷、擴建不擴地、節(jié)能型MBR技術(shù)、紫外加臭氧氧化技術(shù)等。

為提高A2/O工藝的脫氮除磷能力，可在一級A提標改造的基礎(chǔ)上進一步形成倒置A2/O-MBR和A2/O-A-MBR等組合工藝。張健君等人對倒置A2/O-MBR中試表明，該系統(tǒng)具有高效的生物除磷效果，主要由于倒置A2/O段理想的釋磷環(huán)境和MBR段膜分離對膠體形態(tài)磷的截留作用;董良飛等在A2/O基礎(chǔ)上開展了A2/O-A-MBR工藝處理低碳源城市污水的中試研究，經(jīng)過60天的調(diào)試運行，出水已基本達到地表水IV類的回用要求，進一步提高了脫氮除磷的水平。

②A2/O-MBR+膜分離工藝

在A2/O-MBR組合工藝及其改進工藝的基礎(chǔ)上，進一步引入膜分離單元作為再生回用的三級處理單元，可以實現(xiàn)污水資源化高效回用。根據(jù)深度處理膜單元自身的特點，可將二級處理出水處理至地表水IV類或以上水質(zhì)。北京市翠湖再生水廠(1.3萬噸/日)在傳統(tǒng)A2/O工藝基礎(chǔ)上增加前置或后置缺氧池，并與MBR相結(jié)合，已使得水質(zhì)可以達到出水達到地表水IV類標準;進一步將其中的0.7萬噸/日的MBR出水采用超低壓反滲透(DFRO)膜處理，出水水質(zhì)標準提升至滿足國標(GB3838-2002)的地表水Ⅲ類標準，可回灌地下水或用于工業(yè)循環(huán)用水，同時亦滿足翠湖國家濕地公園補水需求。

③ A2/O-MBR+人工濕地工藝

對于氮磷等部分指標偶爾超標的A2/O-MBR工藝，可后續(xù)采用潛流人工濕地，發(fā)揮植物根系吸收和富氧作用、基質(zhì)填料截留及微生物的分解作用，進一步去除氮磷等植物營養(yǎng)物，可有效保障A2/O-MBR工藝出水達到地表水IV類限值。

4.3基于再生水廠提標改造A2/O工藝未來發(fā)展趨勢

截止目前，A2/O及其改進工藝已在我國的大中型污水處理廠中廣泛應用并對生態(tài)環(huán)境保護產(chǎn)生了積極的作用。然而，我國的污水處理工藝首要目標是“去除污染物”而不是“回收能源”，造成了A2/O工藝和國內(nèi)其他污水處理工藝類似，在實際應用中仍然表現(xiàn)出能耗高、能源自給率低和出水需深度處理等特點。隨著污水處理廠的進一步發(fā)展，以實現(xiàn)“工藝能耗最小化”、“消化產(chǎn)能最大化”和“能源回收自給最大化”的可持續(xù)脫氮除磷將是A2/O工藝未來發(fā)展的主要趨勢。這就要求未來污水處理廠除了做好節(jié)能降耗優(yōu)化和水資源可持續(xù)循環(huán)利用以外，還需要集中消化水解污泥、最大程度回收有用資源和提高污水處理廠能源自給率，甚至包括在有適度外源有機廢物協(xié)同處理的情況下，盡可能做到能源零能耗。

在生態(tài)友好性方面，未來污水處理廠應具有感官舒適、建筑和諧、環(huán)境互通、環(huán)境友好等方面的特征。然而，現(xiàn)有工藝在污水資源化利用進程中仍然難以在實際運行中實現(xiàn)對氮磷等植物營養(yǎng)物的深度去除需求和對環(huán)境眾多內(nèi)分泌干擾物的高效凈化功能，攻關(guān)研發(fā)針對此類需求的前瞻性工藝將可能是提高污水處理廠出水生態(tài)友好性的主要發(fā)展方向。

5總結(jié)與展望

①針對不同排放水質(zhì)指標和不同污水特性的污水處理廠升級改造，A2/O工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定、脫氮除磷效果好、COD去除率高，一般能達到國標一級B或者一級A排放要求，是目前大中型污水處理廠應用最廣泛的污水處理工藝。

②A2/O工藝難以通過簡單的系統(tǒng)優(yōu)化達到出水水質(zhì)接近國標地表水IV類限值標準，A2/O-MBR組合工藝則以其獨特的優(yōu)勢在此需求上具有良好的實際工程效果，因此將在污水處理廠改造過程中具有較好的推廣潛勢。

③A2/O-MBR工藝在提標改造中具有出水水質(zhì)效果好、升級改造容易等諸多優(yōu)勢，但同時也存在著一些需注意的問題(如維護要求嚴、運行成本高等)，因而存在后續(xù)改進完善的空間。

④A2/O及其改進工藝當前表現(xiàn)出能耗水平高、能源自給率低和出水需深度處理等不足，基于“能源回收自給”的A2/O可持續(xù)脫氮除磷、植物營養(yǎng)物深度去除和內(nèi)分泌干擾物高效凈化等是其未來發(fā)展的主要趨勢和方向。