华南理工大学环境与能源学院5月17日讯：“经过近20年的积累，最近，华南理工大学环境与能源学院韦朝海教授团队围绕“工业废水生物处理O/H/O工艺的技术原理和工程应用”这一主题，在Environmental Science & Technology、Water Research、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials等环境化学领域高水平期刊上发表了系列论文，以此机会，回顾技术的形成与发展。”
O/H/O工艺—技术原理
A/A/O工艺是目前应用最为广泛的城市污水和一般工业废水处理技术之一，在去除低浓度有机物和脱氮除磷方面表现出良好的效果。然而，对于高毒性、高COD和高TN的工业废水，由于毒性抑制、单一污泥法、污泥停留时间短和污泥回流干扰等原因，难降解污染物反应与污泥龄之间存在不可调和的矛盾，导致前置缺氧后置好氧（A/O）工艺经常硝化失败，造成运行费用提高和工艺不稳定性增强。此外，A/O或A/A/O工艺的脱氮反应都无法克服高倍数硝化液回流与存在DO干预的动力学抑制，回流液中复杂的残余物降低了厌氧单元反应物的纯度和浓度，带来了大量的副反应和副产物，还改变废水的B/C、C/N比值并严重地破坏了厌氧微生物的组成结构，不断扰动功能微生物间的生态平衡，涌现了功能冗余并造成能量上的巨大浪费。基于此，通过对焦化废水溶液性质的研究，结合多年的工艺理论和工程实践探索，韦朝海教授课题组开发出了一种以混合-反应-分离耦合的多功能微生物流化床水处理反应器系统（暂命名为：All-purpose microbial and pneumohydraulic in-situ coupling water treatment system, 简称AMPhIX）为基础结构单元，以改变特征参数和控制溶解氧为配置，称之为双好氧结合水解脱氮的O/H/O工艺。其原理如图2所示。
原理的发现起步于以高毒性和高碳氮含量的焦化废水处理为案例，研究了O/H/O工艺进行硝化反硝化路径的碳氮污染物去除性能的小试—中试—工程水平，然后应用于实际生产，分析了O/H/O工艺潜在的各种脱氮路径及其适用范围。我们注意到：O/H/O工艺具有稳定高效去除焦化废水中COD的性能，超越和回流结合的运行模式展现出最高的总氮去除效率（88.7%），是因为此模式实现了废水中有机污染物与硝酸盐在H反应器（AMPhIX-H）中最有效的接触和反应；废水中氨氮及总氮的去除是工艺中各种价态氮转化反应（氨化、硝化及反硝化）协同的结果，O1反应器（AMPhIX-O1）主要发生除碳与氨化的同步作用，而硝化反应主要发生在O2反应器（AMPhIX-O2）中，反硝化反应主要发生在AMPhIX-H中；除此之外，O/H/O工艺具有多种脱氮路径（硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、及亚硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化）的潜力，这是由工艺的结构配置、各反应器污泥内部循环及丰富的物质流调控所决定；对于高C/N比和高毒性工业废水的处理，进行氨化-反硝化-硝化路径的O/H/O工艺具有更强的自适应性和稳定性的结构特征；针对低C/N比的高氨氮废水处理，实行短程硝化-厌氧氨氧化路径的O/H/O工艺更具高效和低成本特点；如果是中低C/N比的高氨氮废水，按照亚硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化路径所运行的O/H/O工艺，可实现总氮和其它污染物的高效低耗去除，满足超低排放要求。
O/H/O工艺—工程应用
图4 O/H/H/O工艺的工程现场流程
O/H/O工艺—未来的研究与发展
污废水净化已经成为社会水循环的重要内容，包含了资源属性、工程属性和产品属性，其中的元素化合物转化与归趋在生物化学、工艺转化、产业分配方面影响未来的地球化学行为。碳氮磷硫是生命的基石，又是经济运载的物质核心，其利用效率直接影响污废水的溶液性质，还需要结合新发现的污染物及其群集。追求水的循环利用必须兼顾这些元素及其化合物的变化，即未来的水处理工艺应该建立在对元素的调控水平上，有益于地球化学循环。对此，有必要以厌氧氨氧化协同自养反硝化等反应实现总氮趋零为生物转化基础成为开端，根据碳源利用、磷分离与回用、硫载电子内循环等的组合工艺原理，结合元素效应和工艺水平，寻求污废水资源化和污染物超低排放的产业应用高效途径；有必要分析影响污废水性质变动的社会和自然因素，获知投入-产出数据和工艺层面的排污系数，指出污废水排放的优化方向；更需要结合我国的自然水体环境容量，以离心和向心的通量、物耗能耗当量、微生物演替等为基础，在社会-自然水循环的层面上思考未来的污废水处理的工艺变革。
我们需要把人类对污废水处理对象污染物加以重新归纳和提高认识：以BOD、COD为代表的耗氧有机物；以TN、TP为代表的富营养化污染物；重金属（放射性）和盐分；微生物与病毒；新污染物；耗能产生的污染物（CO2、NOx、SOx、PM2.5等）；离心作用二次污染物（CH4、N2O、VOCS、CO2等）；向心作用二次污染物（Men+(OH)n等、Hg(CH3)2等）；其他物化指标（T、pH、SS）；等等。目标污染物越多，水处理工艺越复杂，追求污染物的达标去除、环境安全、生态安全、全过程友好以及碳足迹的综合考评，成为远景。工艺平台的构建，要求有利于上述污染物的综合控制，柔性应对不同的进水水质与出水目标，对此，需要加强A/O/H/O—O/H/O—A-O/H/O工艺应用的针对性与选择性，其中，存在更加丰富的理论需要深刻阐明。
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