1测试条件
1.1测试设备和原水水质
集成的A / O生物膜反应器测试设备如图1所示。
缺氧区使用70mm球形填充物，填充量约为20L。好氧区使用半软填料（高度0.70m）。曝气头安装在有氧区的底部。
原水采用清华大学宿舍的生活污水。 COD为150-600 mg / L，SS为100-400 mg / L，碱度为350 mg / L（以CaCO3计算），pH为6.5-7.5。如有必要，添加工业葡萄糖以增加原水的COD值。
缺氧段反应器的接种污泥取自北京高碑店污水处理厂第二沉淀池的沉淀，接种量为15g / L。好氧段污泥取自污水处理厂的污泥，接种量为13g / L。 。
1.2测试方法
1.2.1反应堆启动
在启动之初，高负荷，低液压负荷（进水COD约为800mg / L，流量为50L / d）的运行方式，进入3周后，将直接进入生活污水；并将进水流量调整为设计流量（100L）。 / d）此时，废水的COD平均值为47 mg / L，表明启动工作已完成。
1.2.2测试内容
1去除有机物
一种。保持基本操作过程参数（请参见表1）不变，并且不回流。通过更改进水COD浓度来更改系统的容积负荷，并研究反应器对各种浓度的有机物的处理效果。
b。保持HRT，pH和DO等参数不变（请参见表1），将回流比调节在0-200％的范围内，并比较反应器的COD去除率。
| 项目 | HRT(h) | 回流比(%) | pH | DO(mg/L) |
| 缺氧段 | 5 | 0～200 | 6～7 | ≤0.5 |
| 好氧段 | 3 | 0～200 | 7～8 | ≥2.0 |
2去除SS
保持HRT，pH和DO等参数不变（请参见表1），并研究了在不同回流比和不同体积加载条件下SS对反应器的去除效果。
3脱氮
一种。保持HRT，pH，DO和其他参数不变（请参见表1），比较不同回流比（0〜200％）下反应器中氨氮和总氮的去除率。
b。当回流率为200％时，保持表1中的其他工艺参数不变，调整缺氧段和好氧段的碱度，以研究pH和碱度变化对反应器反硝化作用的影响。
1.3判定项目
水样本是每日平均样本。每天测量进水和出水的COD，SCOD，SS，pH值和碱度。不定期测量进水和出水的BOD5，并采用标准测量方法。
2结果与讨论
2.1去除有机物
2.1.1不同浓度污水处理效果比较
为了研究不同进水COD浓度的治疗效果，该测试基于低浓度（COD 190-380 mg / L，SCOD 98-133 mg / L），中等浓度（COD 428-525 mg / L，SCOD） 288-440毫克）。 / L），高浓度（COD为553〜659mg / L，SCOD为423〜518mg / L）三个阶段，其中生活污水直接以低浓度使用，工业葡萄糖以中高浓度添加到原水中。测试结果如表2和图2所示。
| 项 目 | 低浓度 | 中等浓度 | 高浓度 | |
| 进水(mg/L) | COD | 281 | 476 | 606 |
| SCOD | 110 | 365 | 470 | |
| 出水(mg/L) | COD | 28 | 50 | 72 |
| SCOD | 26 | 42 | 56 | |
| 去除率(%) | COD | 90.0 | 89.5 | 88.1 |
| SCOD | 76.4 | 88.5 | 88.0 | |
从表2和图2可以看出，进水中有机物浓度的增加主要反映在溶解的有机物中。随着原水中COD的增加，废水中的COD和SCOD浓度也会相应增加，即使进水的COD约为600 mg / L。出水仍可保持在100mg / L以下。拟合原水COD浓度和反应器废水COD浓度以获得曲线。通过该曲线，可以基于进水有机物浓度预先预测在反应操作条件下反应器流出物中有机物的近似浓度。
y= 0.000 2x2-0.033 6x + 21.347
R2= 0.9892
其中x——影响有机物浓度，mg /L
y –出水有机物浓度，mg /L
R——相关系数
2.1.2不同回流比对有机物处理的影响
将沉淀池的流出物回流至反应器入口，以检查COD去除率随回流比的变化（参见表3）。
| 回流比(%) | 进水COD(mg/L) | 缺氧段出水COD(mg/L) | 缺氧段 去除率*(%) | 出水COD(mg/L) | 好氧段去除率(%) | 总去除率(%) |
| 50 | 357.8 | 257.0 | 31.7 | 49.1 | 54.1 | 85.8 |
| 100 | 313.4 | 166.9 | 8.3 | 50.6 | 75.5 | 83.8 |
| 150 | 430.8 | 193.8 | 18.8 | 46.3 | 70.5 | 89.3 |
| 200 | 371.8 | 189.1 | 8.2 | 40.2 | 81.0 | 89.2 |
| 注：*考虑了沉淀池污泥回流对原水的稀释作用。 | ||||||
从表3可以看出，增加回流比有利于通过反应器除去有机物，特别是对于需氧部分的除去，但是对COD的总除去率几乎没有影响。原水的BOD5值为100-160 mg / L，废水的BOD5值为6-14 mg / L（平均8.3 mg / L）。回流比的变化对废水的BOD5值没有显着影响。
2.2移除SS
反应器的好氧区使用生物膜法来确保流出物的SS值低。当进水SS为230-495 mg / L（平均410 mg / L）时，在正常操作条件下流出物的外观清晰且良好，并且SS通常很难检测（永远不会超过10 mg / L）。在大多数情况下，SS去除率很高。可以保证95％以上。
2.3脱氮
沉淀池的废水返回到进水口，形成“前置式反硝化生物脱氮系统”。污水中的含氮有机物在缺氧区被异养微生物氨化，氨氮在好氧区被硝化细菌硝化。最后，NO2-和NO3-与沉淀池的废水一起返回缺氧段，然后通过反硝化细菌将其还原为N2，以提高反硝化效果。
2.3.1回流比对氨氮去除的影响
试验期间将生活污水用作原水（平均COD为334 mg / L，平均氨氮为32.3 mg / L），氨氮的去除效果随反应器设定的回流比而变化（参见表4）。
| 回流比(%) | 进水氨氮(mg/L) | 出水氨氮(mg/L) | 去除率(%) |
| 0 | 34.4 | 10.9 | 68.2 |
| 100 | 39.0 | 10.0 | 74.4 |
| 150 | 29.2 | 8.47 | 71.0 |
| 200 | 32.0 | 8.22 | 74.3 |
从表4可以看出，流出物的回流促进了氨氮的去除。回流比提高到100％，氨氮的去除率明显高于无回流。回流比的持续增加对氨氮去除率的提高没有显着影响。在好氧区，氨氮的硝化和亚硝化所产生的NO3-和NO2-也显着增加（见图3，采样口的数字0代表原水，1代表缺氧区的出口，2代表好氧区区域20厘米，其中3代表好氧区域60厘米，4代表沉淀池的流出物）。
2.3.2回流比对总氮去除的影响
有机氮在A / O反应器的缺氧区域中被降解成氨氮，并在需氧区与原水中的氨氮一起进行硝化和亚硝化。当进行回流操作时，总氮含量[R /（R + 1）]的NO3-和NO2-与沉淀池的废液一起返回缺氧区，并通过以下方式还原为N2：反硝化细菌。假定在上述过程中各种形式的氮的转化率可以达到100％。在此理想状态下，通过A / O工艺去除的总氮的速率η为：
ηη= R /（R + 1）×100％（2）
η-去除率
回流比
可以根据公式（2）计算出不同回流比反应器对应的总氮去除率的理论值，其结果与试验数据比较如表5所示。
从表5可以看出，总氮的实际去除率随回流比的增加而增加，这与理论值的趋势一致。由于A / O工艺的缺氧段的反硝化主要基于回流水中的NO-3和NO2-，因此好氧段的硝化效率直接影响总氮的去除效果。
| 回流比(%) | 总氮理论去除率(%)η=R/(R+1)×100% | 总氮实际平均去除率(%) | 进水总氮(mg/L) | 出水总氮(mg/L) |
| 100 | 50 | 40.4 | 40.8 | 25.4 |
| 200 | 66.7 | 57.3 | 45.4 | 20.9 |
2.3.3 pH和碱度对反硝化作用的影响
据为40mg / L的氨氮在生活污水氧化为NO 3 - （碱度/氨氮= 8.85），在好氧反应区硝化反应是正常的，并且碱度为354毫克/升（以CaCO3计）。好氧区污水的平均碱度为210 mg / L。可以看出，在缺氧段对原水进行处理后，碱度不能满足硝化反应的需要。从理论上讲，生活污水中需要144 mg / L的CaCO3（相当于153 mg / L）。 Na2CO3）。图4显示了添加Na2CO3满足碱度要求时回流比为200％前后的对比试验。
从图4可以看出，碱度是硝化过程中的重要因素，如果碱度控制不当，将会对氨氮的去除产生不利影响。
除了回流比，pH和碱度等因素外，DO浓度对反硝化作用也有很大影响。由于在缺氧区的反硝化细菌是异养厌氧菌，在缺氧区DO浓度被控制为小于0.5mg / L，其不影响内部的微生物的正常繁殖的新陈代谢。对于好氧区，DO高有利于有机物降解和氨氮硝化。由于硝化细菌是强需氧菌，需氧区的溶解氧浓度应控制在2〜4mg / L。
3结论
1升流量集成式A / O反应器对城市生活污水的处理效果良好。在10-30°C的温度和8 h的停留时间下正常运行时，反应器中COD的平均去除率为83％。平均去除率为91％，SS的平均去除率> 95％，氨氮的平均去除率为71％。当回流比为200％时，总氮的平均去除率为57％。随着回流比的增加，反应器的抗冲击负荷性增加，有机物，氨氮和总氮的去除率也增加。考虑到增加回流比引起的能量消耗，最佳回流比为200％。
2为了保证好氧区硝化细菌的活性，溶解氧应保持在2〜4mg / L。 pH应通过添加碳酸盐碱度至7.5〜8.5来控制；缺氧区的溶解氧应保持在0.5mg / L以下。 pH值应控制在6以上。
3工艺紧凑，占地面积小，加工成本低。
4该工艺耐有机冲击载荷，稳定，简单，易于操作，管理，可根据不同需要进行调整，适应性强。
5好氧区采用生物膜法，无污泥浮起现象，污泥产量小。在污泥回流的情况下，沉淀池可以排放几个月。
