摘要：本文深入探讨了城市生活污水处理中 A²O+AO + 深度处理以及提标改造增加的磁混凝系统的优势。通过对相关工艺原理的阐述、实际应用案例的分析，揭示了该组合系统在有机物去除、脱氮除磷、抗冲击负荷、经济与空间优势等方面的卓越表现，为城市生活污水处理提供了创新思路和有效解决方案。

关键词：城市生活污水；A²O+AO 工艺；磁混凝系统；提标改造

一、引言

1.1 研究背景

随着城市化进程的不断加快，城市人口迅速增长，城市生活污水的排放量也在不断增加。传统的城市生活污水处理工艺在面对日益增长的污水量和不断提高的水质要求时，逐渐显露出一些不足之处。例如，处理效率低下、占地面积大、运行成本高等问题。为了应对这些新挑战，传统工艺需要进行升级改造。

1.2 研究目的

城市生活污水处理是城市环境保护的重要环节，直接关系到城市居民的生活质量和生态环境的可持续发展。A²O+AO + 深度处理以及提标改造增加的磁混凝系统作为一种新型的污水处理工艺组合，具有诸多优势。深入分析其在城市生活污水处理中的优势及应用前景，对于提高城市生活污水处理效率、降低运行成本、节约土地资源等具有重要意义。同时，也为城市生活污水处理工艺的选择和优化提供了新的思路和方法。

二、相关理论基础

2.1 A²O+AO 工艺原理

A²O+AO 工艺在城市生活污水处理中发挥着重要作用。其通过不同的反应环境实现有机物降解及脱氮除磷。

2.1.1 A²O 工艺的特点

A²O 工艺是厌氧 / 缺氧 / 好氧生物脱氮除磷工艺的简称。在厌氧段，溶解性有机物被微生物细胞吸收，使污水中 BOD₅浓度下降，同时聚磷菌释放磷，污水中 P 的浓度升高，NH₃-N 因细胞合成被去除一部分。在缺氧段，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量 NO₃⁻-N 和 NO₂⁻-N 还原为 N₂释放至空气，BOD₅浓度继续下降，NO₃⁻-N 浓度大幅度下降，而磷的变化很小。在好氧段，有机物被微生物生化降解，NH₃-N 因硝化作用浓度显著下降，P 随着聚磷菌的过量摄取也快速下降。A²O 工艺能同时去除有机物、脱氮除磷，且在厌氧、缺氧、好氧三种不同环境条件下，不同种类微生物菌群有机配合，发挥各自作用。

2.1.2 AO 工艺的特点

AO 工艺是厌氧 / 好氧污水处理工艺。在厌氧段，废水中的有机物被厌氧微生物转化为沼气；在好氧段，废水中的有机物被好氧微生物氧化分解。AO 工艺在提高好氧处理能力方面表现出色，能够高效去除有机物。在去除总氮方面，通过硝化和反硝化作用，将氨氮转化为氮气排出。然而，AO 工艺也存在一些不足，如对进水水质和负荷变化的适应性较差，可能需要进行预处理和后处理来确保出水水质达标。同时，没有独立的污泥回流系统，难降解物质的降解率较低。若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，加大了运行费用，且内循环液含有一定的 DO，使 A 段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到 90％。

2.2 磁混凝系统原理

磁混凝系统在城市生活污水处理中具有独特优势。

2.2.1 磁粉的作用机制

磁混凝系统利用磁粉与污水中污染物结合实现快速沉淀分离。磁粉在絮凝过程中投加，其密度为 4.5～5.0g/cm³，能够与混凝絮体结合，大大增加混凝絮体的密度，加快沉淀速度。磁粉表面经过处理后具有物理吸附和电荷吸附作用，可以进一步去除水体中的污染物质。同时，微观下磁粉表面的微磁场作用可能对有机磷去除的化学反应有催化作用。

2.2.2 污泥回流与磁粉回收

在磁混凝系统中，污泥回流起着重要作用。沉淀之后的磁介质和絮体一部分回流到反应池循环使用，节约了混凝剂用量，同时也增大了反应池污泥浓度。另一部分则通过磁分离机将磁介质从污泥中分离出来，污泥进入污泥处理单元，磁介质回到反应池循环使用，使得磁介质损耗率降低。磁粉回收率通常在 99% 以上，损耗折合费用约为 0.006 元 / 吨水，减少了运行成本。

三、A²O+AO 工艺在城市生活污水处理中的应用

3.1 A²O+AO 工艺的处理效果

3.1.1 有机物去除效果

A²O+AO 工艺对城市生活污水中的有机物有着显著的去除效果。通过对多个实际案例的分析发现，该工艺对易降解有机物如淀粉、碳水化合物等的去除率通常能达到 90% 以上。在 A²O 工艺中，大部分有机物在厌氧段被聚磷菌转化为 PHB 贮存在细胞中，部分有机物在缺氧段通过反硝化反应去除，废水进入好氧段时，COD 浓度已基本接近排放标准，在好氧段会得到进一步降解。而 AO 工艺中，厌氧菌将生活污水中淀粉、碳水化合物可溶性有机物水解酸化，大分子有机物降解成小分子有机物，提高后续好氧处理能力，使得有机物被微生物进一步生化降解。

3.1.2 氮磷去除效果

在脱氮除磷方面，A²O+AO 工艺表现出良好的性能。对于氮的去除，主要通过硝化和反硝化作用。在好氧段，氨氮被硝化细菌转化为硝态氮，随后在缺氧段，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将硝态氮还原为氮气释放。研究表明，该工艺对总氮的去除率一般能达到 70% 以上。影响脱氮效果的因素主要有缺氧段的水力停留时间、内回流比以及温度等。当温度升高时，硝化细菌与反硝化菌的代谢活力增强，系统反硝化脱氮能力提高。对于磷的去除，主要由聚磷菌完成。在厌氧段，聚磷菌释放磷，在缺氧段和好氧段摄取磷，一般来说，聚磷菌在缺氧段、好氧段摄取的磷量比在厌氧段释放的磷量要多。例如，AAO 工艺平均吸磷量和平均放磷量的比例为 1.28。但该工艺也存在一些影响除磷效果的因素，如污泥龄。生物除磷过程中，聚磷菌只有在厌氧段进行充分的放磷，才能保证在缺氧段、好氧段有良好的吸磷效果，而泥龄短有利于除磷，这与生物脱氮所需的较长泥龄存在矛盾。

3.2 A²O+AO 工艺的特点与挑战

3.2.1 工艺优点分析

A²O+AO 工艺具有诸多优点。在体积负荷方面，该工艺能有效增加活性污泥浓度，传统生化处理活性污泥浓度一般为 2000—3000mg/L，而采用 A²O 处理技术，可使活性污泥浓度达到 6000—8000mg/L，单位容积的微生物活性极强，对污水水质、浓度和温度的变化具有相当的适应性，处理效果极其稳定。在生物活性方面，A²O+AO 工艺在厌氧、缺氧、好氧交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。运行中无需投药，厌氧池和缺氧池只有轻缓搅拌，运行费用低。此外，该工艺在同时脱氧除磷去除有机物方面具有独特优势，工艺流程相对简单，总的水力停留时间少于其他同类工艺。

3.2.2 面临的挑战及应对

然而，A²O+AO 工艺也面临一些挑战。一方面，对难降解有机物的处理效率较低。由于没有独立污泥回流系统，不能培养具有独特功能的污泥，对于污水中存在难降解的有机物处理效果不佳。针对这一问题，可以考虑在工艺中增加预处理环节，如采用高级氧化技术等对难降解有机物进行预处理，提高其可生化性。另一方面，脱氮效率提升存在一定难度。为了提高脱氮效率，可以优化工艺参数，如适当增加缺氧段的水力停留时间、提高内回流比等。同时，也可以探索新的工艺改进措施，如在好氧区投加浮动载体填料，使载体表面附着生长自养硝化菌，提高硝化速率，从而提升脱氮效果。

四、磁混凝系统在城市生活污水处理中的优势

4.1 磁混凝系统的处理性能

4.1.1 对固体颗粒物的去除

磁混凝系统对城市生活污水中的固体颗粒物去除效果显著。相关数据显示，SS 去除率可达 90%。同时，磁混凝系统还可去除约 50% 的 COD，以及 8%-85% 的水体有机物。这主要是因为在传统的絮凝沉淀工艺中加入磁性微粒（即磁粉）后，经过絮凝、吸引、附着、电荷吸附、架桥、网捕等步骤，将水体中的藻类、微小悬浮物、胶体、细菌等不溶性污染物与磁粉有效结合，最终形成高密度絮凝体，依靠重力作用和斜管（板）沉淀原理，实现固液的快速沉淀分离。

4.1.2 抗冲击负荷能力

磁混凝系统在低温低浊和高浊水情况下均表现出稳定的处理能力。在低温低浊水的处理中，磁混凝系统能够有效去除水中的污染物，保证出水水质。例如，在一些北方地区的冬季，水温较低，传统的污水处理工艺效果可能会受到影响，但磁混凝系统依然能够稳定运行。在高浊水的处理中，磁混凝系统同样能够快速沉淀分离污染物，抗冲击负荷能力强。无论是面对突发的水质变化还是水量变化，磁混凝系统都能迅速调整，保证处理效果。

4.2 磁混凝系统的经济与空间优势

4.2.1 运行费用分析

磁混凝系统与传统工艺相比，运行费用较低。对于城市污水的深度处理，磁混凝的运行药剂费很省，混凝剂 PAC 约为 10mg/L，PAM 约 0.5 - 1.0mg/L，磁粉损耗率约 1.0mg/L，以上消耗品合计费用约 0.02 - 0.025 元 /m³。磁混凝电耗大约 0.025kWh/m³，主要体现在搅拌机、污泥泵以及磁粉回收系统。相比之下，传统工艺的运行费用要高出许多。

4.2.2 占地面积优势

在土地成本越来越高的城市中，磁混凝系统节约土地的价值尤为突出。10 万吨的双组磁混凝占地面积约 600m²，而传统工艺以混凝 + 平流沉淀池工艺为例，占地约为 300 - 330m²/ 万 m³，混凝 + 斜管沉淀池占地稍小，需 200 - 245m²/ 万 m³。磁混凝工艺的上向流速设计值可达 20 - 80m/h，整个工艺可在 30min 以内完成，与常规混凝沉淀工艺相比可节省土地面积 50% 以上。在现状污水厂，往往有绿化等非生产富余面积，这些空余面积一般能够满足磁混凝的面积需求。对于新建污水厂，磁混凝较常规混凝沉淀过滤节约占地面积，非常容易布置。

五、A²O+AO 与磁混凝系统的结合应用

5.1 结合应用的案例分析

5.1.1 工艺改造过程

以漯河市沙北污水处理厂二期为例，该厂原本采用传统的 A²O+AO 工艺，但随着环保要求的提高和污水量的增加，处理效果逐渐难以满足需求。为了实现提标改造，该厂在现有设施基础上引入了磁混凝系统。首先，对污水处理厂进行全面的评估和规划，确定磁混凝系统的安装位置和连接方式。在既有的 A²O+AO 处理设备旁，增设磁混凝装置，并对管道进行改造，确保污水能够顺利流入磁混凝系统。同时，对控制系统进行升级，实现对整个工艺流程的自动化监控和调节。在改造过程中，还注重与原有设施的兼容性和协调性，尽量减少对正常生产的影响。

5.1.2 处理效果评估

经过结合应用后，漯河市沙北污水处理厂二期对主要污染物的去除效果得到了显著提升。在有机物去除方面，原本 A²O+AO 工艺对 COD 的去除率约为 85%，引入磁混凝系统后，去除率提高到了 95% 以上。磁混凝系统中的磁粉能够与污水中的有机物结合，形成高密度絮凝体，加速沉淀分离，进一步降低了出水中的有机物含量。在氮磷去除方面，A²O+AO 工艺对总氮的去除率为 75% 左右，总磷去除率为 80% 左右。结合磁混凝系统后，总氮去除率提高到了 85% 以上，总磷去除率达到了 90% 以上。磁混凝系统通过电荷吸附和网捕等作用，有效地去除了水中的氮磷化合物，提高了污水处理厂的脱氮除磷能力。此外，结合应用后，出水水质更加稳定，能够满足更严格的排放标准。

5.2 结合应用的优势与前景

5.2 优势综合分析

A²O+AO + 磁混凝系统结合应用具有多重优势。首先，在处理效率方面，三种工艺相互补充，能够高效去除城市生活污水中的有机物、氮磷等污染物。A²O+AO 工艺通过生物处理去除大部分污染物，磁混凝系统则进一步去除残留的污染物，提高出水水质。其次，在节约成本方面，磁混凝系统运行费用低，且占地面积小，能够降低污水处理厂的建设和运营成本。此外，结合应用还具有操作简便、稳定性好等优点，能够适应不同的水质和水量变化，提高污水处理厂的可靠性和可持续性。

六、结论与展望

6.1 研究结论总结

A²O+AO + 磁混凝系统在城市生活污水处理中展现出了显著的优势。首先，A²O+AO 工艺在有机物降解及脱氮除磷方面发挥了重要作用，能有效去除城市生活污水中的易降解有机物，对氮磷也有良好的去除效果。同时，该工艺具有体积负荷高、生物活性强、运行费用低、工艺流程简单等优点。然而，也面临着对难降解有机物处理效率低和脱氮效率提升难的挑战。

磁混凝系统的加入则进一步提升了污水处理效果。在处理性能方面，对固体颗粒物去除效果显著，SS 去除率可达 90%，还可去除约 50% 的 COD 和 8%-85% 的水体有机物，且在低温低浊和高浊水情况下均具有稳定的处理能力和抗冲击负荷能力。在经济与空间优势方面，运行费用较低，与传统工艺相比，混凝剂、PAM 和磁粉的消耗品合计费用约为 0.02 - 0.025 元 /m³，电耗大约 0.025kWh/m³；占地面积小，10 万吨的双组磁混凝占地面积约 600m²，与常规混凝沉淀工艺相比可节省土地面积 50% 以上。

A²O+AO 与磁混凝系统的结合应用更是实现了优势互补。在案例分析中，某城市生活污水处理厂经过结合应用后，对主要污染物的去除效果显著提升，有机物去除率从约 85% 提高到了 95% 以上，总氮去除率从 75% 左右提高到了 85% 以上，总磷去除率从 80% 左右提高到了 90% 以上，出水水质更加稳定，能够满足更严格的排放标准。同时，结合应用还具有处理效率高、节约成本、操作简便、稳定性好等优势。

总之，A²O+AO + 磁混凝系统为城市生活污水处理提供了一种高效、经济、节约土地的解决方案。未来的研究将不断完善和优化该系统，为城市环境保护和可持续发展开辟新的路径。

作者简介：郭韶伟 男 1994-05 学历：本科 职称：助理工程师