為滿足某大型副食品加工園區綜合排水作為流域景觀水補水需求，研究以《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）Ⅴ類標準為目標，采用新型A2/O+人工濕地系統對園區實際低C/N綜合廢水進行處理，深度去除廢水中氮磷污染物。結果表明，該系統具有高1效節能的脫氮除磷效果，以及較強的運行達標穩定性。重1點針對系統氮磷去除效能與規律、污泥特性演變及穩定調控策略進行了分析。

東北某大型食品工業園區集乳品、畜禽、果蔬等加工于一體，園內各企業產生的高濃度行業污水經預處理后，與生活污水混合排至園區綜合污水處理廠進行集中處理。該綜合廢水主要污染物為有機物（COD）、氨氮（NH4+-N）和總磷（TP），C/N低，水量、水質隨季節變化大。該綜合廢水經污水廠處理后主要作為納污河流域補水。“十三五”環境規劃中，國1家提出了該園區納污河流域的綜合整治目標，即要求其達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）景觀Ⅴ類水標準。為滿足這一要求，需對園區綜合廢水進行深度處理。

前期研究表明，筆者開發的新型末端間歇曝氣A2/O（PIA-A2/O）工藝，將節能的短程脫氮和反硝化除磷過程高比例地耦合于連續流A2/O中，在降低碳源消耗的同時，可提升氮、磷去除率，適合于低C/N廢水的處理。該工藝污泥齡（SRT）長，抗沖擊負荷能力強，適應水質水量波動情況。然而，獨立的二級生物處理工藝往往不能實現污水深度凈化。人工濕地作為一種自然、節能、高1效的新興污水處理技術，已廣泛用于對二級生物處理的補充，尤其是潛流濕地，北方使用更多。本研究采用PIA-A2/O+垂直潛流人工濕地系統深度處理該園區綜合廢水，考察了系統的脫氮除磷效能，并探索了穩定達標運行控制策略。

1材料與方法

1試驗裝置

反應裝置如圖1所示。其中，PIA-A2/O反應器總有效體積為180L；通過控制排泥口1和排泥口2的啟閉，調控反應器的SRT。人工濕地段由4個垂直潛流濕地模塊組成，基質為火山巖和礫石，植物為香蒲，可以通過在不同級段出口監測水質，確定系統達標所需的水力負荷率（HLR）。垂直潛流濕地模塊長、寬、高分別為50cm×40cm×30cm，孔隙度約30%。

1—進水；2—攪拌槳；3—蠕動回流泵；4—硝化液回流；5—厭氧段；6—缺氧段；7—好氧1段；8—好氧2段；9—間歇曝氣段；10—擋泥板；11—微孔曝氣盤；12—集泥管；13—沉淀池；14—人工濕地模塊；15—空壓機；16—氣體流量計；17—微電腦控制器；18—電磁閥；19—排泥口1；20—排泥口2；21—污泥回流；22—出水。

圖1PIA-A2/O+人工濕地系統裝置

2試驗水質與污泥

試驗廢水取自該園區綜合污水處理廠，其水質見表1。通過投加CH3COONa、NH4Cl和KH2PO4改變污染物濃度。接種污泥取自北京某污水廠硝化回流渠，污泥硝化和沉淀特性良好。

表1試驗廢水水質

3分析方法

總凱氏氮（TKN）采用德國貝爾DigiPREP500凱氏定氮儀測定；DO和溫度采用WTWmulti340i型多參數測定儀在線檢測；COD、TP、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、MLSS、SV30、SVI等指標的測定依據國1家環保總局編制的《水和廢水監測分析方法》；污泥的反硝化除磷率（DPAO/PAO）采用A.Wachtmeister等推薦的方法測定。

4操作過程及方法

系統各階段運行工況如表2所示。共分為8個階段，每個階段均連續運行1個SRT天數以上。階段Ⅶ時重新接種污泥啟動運行。PIA-A2/O反應器中好氧1段和2段DO分別為1.5、1.0mg/L。

表2PIA-A2/O+人工濕地系統各階段運行工況

2結果與討論

1污染物去除及優化調控

系統沖擊負荷分別考慮進水污染物濃度和流量的增加。階段Ⅰ~Ⅵ主要考察濃度沖擊負荷情況，階段Ⅶ~Ⅷ考察流量沖擊負荷情況。

（1）COD去除及優化

首先考察了不同運行階段出水COD的變化。結果表明，隨著系統的運行，COD逐級降解，其濃度沿程降低，其中約85%以上的COD在PIA-A2/O段被去除，其次為一、二級濕地段，分別削減COD5%和2.5%左右，三、四級濕地段對COD的去除很少。各階段中，各濕地模塊處理效能基本固定?？梢钥闯?，該系統中PIA-A2/O段是污染物去除的控制段，具有調控潛力，是保證系統穩定達標運行的關鍵。

在階段Ⅰ~Ⅵ，由于受濃度沖擊，PIA-A2/O段出水COD升高。其中，階段Ⅲ中，當Fr增至1.0kg/（m3˙d）時，出水COD超過GB18918—2002一級A的50mg/L限值，后通過階段Ⅳ延長SRT為26d，又使COD恢復至50mg/L以下。階段Ⅴ中，繼續增加Fr至1.2kg/（m3˙d），并進一步延長SRT至28.5d，出水COD仍在50mg/L以下。分析認為SRT延長，反應器內MLSS增加，Ns降低（見表2），系統去除污染物總量增加，出水水質得到保障。值得注意的是，PIA-A2/O工藝可在長SRT條件下維持污泥良好性能，這要得益于間歇曝氣段的污泥篩選功能。此階段濕地各級出水COD也保持在較低水平，平均COD分別為31、24、19、17mg/L。然而，當進入階段Ⅵ后，繼續增加Fr，并延長SRT至30d，出水COD陡增到65mg/L，后續各級濕地出水COD也相應升高。這主要因為SRT過長，間歇曝氣池內積累MLSS過高，污泥淘洗功能喪失，絲狀膨脹所致。

在階段Ⅶ~Ⅷ，保持進水COD不變，增大流量沖擊負荷。在階段Ⅶa，流量由13.4L/h增加到16.8L/h，HRT降低，各級出水COD上升。但階段Ⅶb通過增大內、外回流比，PIA-A2/O段出水COD回落到50mg/L以下。同樣情況出現在階段Ⅷ。分析原因，內、外回流比的增加有利于保證污水與污泥足夠的接觸時間，同時為缺氧段提供碳源，使COD充分降解，從而保證系統出水穩定。

（2）TP去除及反硝化除磷特性

系統不同階段沿程出水TP的變化如圖2所示。

圖2PIA-A2/O+人工濕地系統不同階段沿程出水TP變化

隨著Fr的增加，在階段Ⅲ時，PIA-A2/O段出水TP明顯升高，達0.9mg/L，這使后續各級濕地出水TP隨之增加，至少需要3級濕地（HLR=0.53m/d）凈化才可達標。該段TP去除率雖低，但反硝化除磷率（見表3）則變化不大，這可能是因為反硝化除磷適合的低碳源、低DO、長SRT環境未明顯改變。

表 3 PIA-A2/O反應器各階段TP去除率及反硝化除磷率 

階段Ⅳ延長SRT，反應器內生物量增加，Ns降低，PIA-A2/O段出水TP回落至0.5mg/L左右，濕地段的TP達標處理負荷又恢復到HLR=0.81m/d（二級濕地出口）。該階段雖TP去除率增加，但反硝化除磷率仍降低，這是系統內總生物量積累的結果。階段Ⅵ，由于SRT過長，出現絲狀膨脹，PIA-A2/O段出水TP嚴重超標，反硝化除磷率同步下降，后續4級濕地（HLR=0.4m/d）也難以使出水TP穩定在0.4mg/L以下。因此，Fr升高和SRT過度延長均不利于反硝化除磷。分析原因，一方面有機物濃度增加會對反硝化除磷產生抑制；另一方面SRT過長，亞硝酸鹽氧化菌（NOB）生長加快，NO3--N濃度升高，NO3--N比NO2--N的電勢高，較難被反硝化。流量沖擊負荷階段Ⅶ和Ⅷ，回流比增加，反硝化除磷率有所上升，這是因為硝化液回流加大為缺氧段反硝化除磷菌提供了更多電子受體。

（3）氮素去除及亞硝化效果

系統不同階段沿程出水氮濃度變化見圖3。

圖3PIA-A2/O+人工濕地系統不同階段沿程

GB3838—2002規定NH4+-N和TN的Ⅴ類標準均為小于2.0mg/L，因此，系統的深度脫氮是穩定運行的關鍵。從圖3可知，濕地具有良好的硝化性能，即使前段PIA-A2/O段出水NH4+-N增大到5mg/L出水氮污染物濃度變化以上，后續都可通過三級濕地（HLR為0.67~0.72m/d）降至2.0mg/L以下。系統各階段出水TN沿程降低，PIA-A2/O出水TN以NO2--N為主，這是由于該工藝啟動了亞硝化。進入濕地段，NO2--N濃度沿程逐級降低，NO3--N濃度增大，TN濃度下降。這是因為濕地前端COD充足，NO2--N被反硝化去除，一部分被氧化成NO3--N，TN呈現減少趨勢。到后2級濕地，碳源消耗殆盡，NO3--N和TN變化很小，應主要為植物吸收作用。綜合以上COD、TP和TN運行結果，認為人工濕地選取HLR=0.53m/d是合適的。

PIA-A2/O中NO2--N與NOx--N的質量比反映了系統的亞硝化率，較高的亞硝化率對提高氮、磷去除和降低能耗是有利的。試驗結果表明，隨著Fr的增加、SRT的延長、內外回流比的提高，亞硝化率不斷降低。這是因為：（1）進水COD增加會導致異養菌大量繁殖，與AOB產生競爭；（2）SRT延長可促使NOB生長，使出水NO3--N濃度增加；（3）內外回流比的提高實質也是SRT的延長，最終導致出水NO3--N濃度增加。

2PIA-A2/O污泥特性演變

對PIA-A2/O工藝各階段污泥沉淀性能的變化進行了考察，結果表明，PIA-A2/O中MLSS隨污染物濃度和流量負荷的增加而增加，這與污染物輸入增多和SRT延長有關。生物量富集利于系統緩沖調控能力。試驗中發現，當SRT不斷延長時，污泥沉淀性能逐漸下降，SVI在階段Ⅴ漲至205mL/g，SV30為96%。鏡檢發現，污泥內部有大量菌絲，污泥發生微量絲狀膨脹。然而，系統出水水質并未受到影響。JianhuaGuo等曾在城市污水處理廠的運行中也發現這種現象，定義為污泥微膨脹（LFB）。系統中絲狀菌并未過度增殖應得益于間歇曝氣段的周期性淘洗。階段Ⅵ的SRT過長，其篩選功能喪失，污泥嚴重膨脹。

LFB菌膠團內絲狀菌菌絲短，向內盤繞生長，污泥成團狀，使其具有較好的沉淀性能。而嚴重膨脹污泥，菌絲外擴生長，污泥沉淀性差。通過高通量測序和Eikelboom手冊鑒定，LFB主導菌為H.hydrossis，與營養物去除有關。

3結論

采用新型A2/O+人工濕地系統深度處理副食品加工園區綜合廢水，結果表明，該系統具有良好的脫氮除磷效果及抗沖擊負荷能力。系統的穩定調控關鍵是對出水TN的控制，可通過維持PIA-A2/O段穩定的Ns和充足HRT實現。當遇進水污染物濃度沖擊時，在0.65kg/（m3˙d）≤Fr≤1.30kg/（m3˙d）條件下，可適當延長該段SRT為23.5~28.5d，降低濕地段的HLR（≥0.53m/d），以使系統出水滿足GB3838—2002中Ⅴ類標準要求。當遇進水流量沖擊時，在0.8kg/（m3˙d）≤Fr≤1.1kg/（m3˙d）條件下，在延長SRT和降低HLR同時，增加內外回流比分別不超過95%和400%，仍可保證達標運行。Fr不宜大于1.35kg/（m3˙d）。PIA-A2/O工藝長SRT低DO可以啟動以H.hydrossis為主導的污泥微膨脹，并促進基于亞硝酸鹽的反硝化除磷，有效提升了系統的脫氮除磷效能。