A2O工藝脫氮與除磷工藝矛盾分析及改進(jìn)方案

A2O法又稱AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一個(gè)字母的簡(jiǎn)稱(厭氧-缺氧-好氧法)，是一種常用的污水處理工藝，可用于二級(jí)污水處理或三級(jí)污水處理，以及中水回用，具有良好的脫氮除磷效果。在傳統(tǒng) A2/O 工藝的單泥系統(tǒng)中高效地完成脫氮和除磷兩個(gè)過程，就會(huì)發(fā)生各種矛盾沖突，比如泥齡的矛盾、碳源競(jìng)爭(zhēng)、硝酸鹽及溶解氧(DO)殘余干擾等。

矛盾情況分析

一、污泥齡矛盾傳統(tǒng)A2/O 工藝屬于單泥系統(tǒng)，聚磷菌(PAOs)、 反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生長(zhǎng)于同一系統(tǒng)中，而各類微生物實(shí)現(xiàn)其功能最大化所需的泥齡不同。

在30 ℃的長(zhǎng)泥齡(SRT≈ 10 d)厭氧環(huán)境中，GAOs 對(duì)乙酸鹽的吸收速率高于PAOs，使其在系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，影響 PAOs 釋磷行為的充分發(fā)揮。

1.PAOs 屬短世代周期微生物，甚至其最大世代周期(Gmax)都小于硝化菌的最小世代周期(Gmin)。從生物除磷角度分析富磷污泥的排放是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)磷減量化的唯一渠道。若排泥不及時(shí)，一方面會(huì)因 PAOs 的內(nèi)源呼吸使胞內(nèi)糖原消耗殆盡，進(jìn)而影響厭氧區(qū)乙酸鹽的吸收及聚 -β- 羥基烷酸(PHAs)的貯存，系統(tǒng)除磷率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至造成富磷污泥磷的二次釋放;另一方面，SRT 也影響到系統(tǒng)內(nèi) PAOs 和聚糖菌(GAOs) 的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)。

2.自養(yǎng)硝化菌與普通異養(yǎng)好氧菌和反硝化菌相比，硝化菌的世代周期較長(zhǎng)，欲使其成為優(yōu)勢(shì)菌群， 需控制系統(tǒng)在長(zhǎng)泥齡狀態(tài)下運(yùn)行。冬季系統(tǒng)具有良好硝化效果時(shí)的污泥齡(SRT)需控制在 30d 以上;即使夏季，若 SRT<5 d，系統(tǒng)的硝化效果將顯得極其微弱。

二、碳源競(jìng)爭(zhēng)及硝酸鹽和DO殘余干擾

在傳統(tǒng)A2/O脫氮除磷系統(tǒng)中，碳源主要消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌的正常代謝等方面，其中釋磷和反硝化速率與進(jìn)水碳源中易降解部分的含量有很大關(guān)系。

當(dāng)碳源含量低于此時(shí)，因前端厭氧區(qū) PAOs 吸收進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)及醇類等易降解發(fā)酵產(chǎn)物完成其細(xì)胞內(nèi) PHAs 的合成，使得后續(xù)缺氧區(qū)沒有足夠的優(yōu)質(zhì)碳源而抑制反硝化潛力的充分發(fā)揮，降低了系統(tǒng)對(duì) TN 的脫除效率。

一般而言，要同時(shí)完成脫氮和除磷兩個(gè)過程，進(jìn)水的碳氮比(BOD5 /ρ(TN))>4～5，碳磷比(BOD5 /ρ(TP))>20～30。

一般，當(dāng)厭氧區(qū)的 NO3-N 的質(zhì)量濃度>1.0 mg/L 時(shí)，會(huì)對(duì)PAOs 釋磷產(chǎn)生抑制，當(dāng)其達(dá)到 3～4 mg/L 時(shí)，PAOs 的釋磷行為幾乎完全被抑制，釋磷(PO4 3--P)速率降至2.4 mg/(g·d)。

因反硝化不徹底而殘余的硝酸鹽隨外回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，反硝化菌將優(yōu)先于 PAOs 利用 環(huán)境中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行，最終影響系統(tǒng)對(duì)磷的高效去除。

反硝化菌以內(nèi)碳源和甲醇或VFAs 類為碳源時(shí)的反硝化速率分別為 17～48 、120～900 mg/(g·d)。

傳統(tǒng)A2O工藝改進(jìn)方案

一、基于 SRT 矛盾的復(fù)合式
A2/O工藝在傳統(tǒng) A2/O工藝的好氧區(qū)投加浮動(dòng)載體填料，使載體表面附著生長(zhǎng)自養(yǎng)硝化菌，而 PAOs 和反硝化菌則處于懸浮生長(zhǎng)狀態(tài)，這樣附著態(tài)的自養(yǎng)硝化菌的 SRT 相對(duì)獨(dú)立，其硝化速率受短 SRT 排泥的影響較小，甚至在一定程度上得到強(qiáng)化。

懸浮污泥SRT、填料投配比及投配位置的選擇不僅要考慮硝化的增強(qiáng)程度，還要考慮懸浮態(tài)污泥 含量降低對(duì)系統(tǒng)反硝化和除磷的負(fù)面影響。

載體填料的投配并不意味可大幅度增加系統(tǒng)排泥量，縮短懸浮污泥 SRT 以提高系統(tǒng)除磷效率;相反，SRT 的 縮短可能降低懸浮態(tài)污泥(MLSS)含量，從而影響系統(tǒng)的反硝化效果，甚至造成除磷效果惡化。

研究表明，當(dāng)懸浮污泥 SRT 控制為 5 d 時(shí)，復(fù)合式 A2/O 工藝的硝化效果與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，兩者的硝化效果無(wú)明顯差異，復(fù)合式A2/O工藝的載體填料不能完全獨(dú)立地發(fā)揮其硝化性能;若再降低懸浮污泥SRT則因系統(tǒng)懸浮污泥含量的降低致使硝酸鹽積累，影響厭氧磷的正常釋放。

二、基于“碳源競(jìng)爭(zhēng)”角度的工藝

解決傳統(tǒng) A2/O工藝碳源競(jìng)爭(zhēng)及其硝酸鹽和 DO 殘余干擾釋磷或反硝化的問題，主要集中在 3 方面：

針對(duì)碳源競(jìng)爭(zhēng)采取的解決策略，如補(bǔ)充外碳源、反硝化和釋磷 重新分配碳源(如倒置 A2/O工藝)等;解決硝酸鹽干擾釋磷提出的工藝改革，如 JHB、UCT、MUCT 等工藝;針對(duì) DO 殘余干擾釋磷、反硝化的問題， 可在好氧區(qū)末端增設(shè)適當(dāng)容積的“非曝氣區(qū)”。

1.補(bǔ)充外碳源補(bǔ)充外碳源是在不改變?cè)泄に嚦伢w結(jié)構(gòu)及各功能區(qū)順序的情況下，針對(duì)短期內(nèi)因水質(zhì)波動(dòng)引起碳源不足而提出的應(yīng)急措施。一般供選擇的碳源可分為 2 類：

a、甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸鈉等有機(jī)化合物;

b、可替代有機(jī)碳源，如厭氧消化污泥上清液、 木屑、牲畜或家禽糞便及含高碳源的工業(yè)廢水等。相對(duì)糖類、纖維素等高碳物質(zhì)而言，因微生物以低分子碳水化合物(如，甲醇、乙酸鈉等)為碳源進(jìn)行合成代謝時(shí)所需能量較大，使其更傾向于利用此類碳源進(jìn)行分解代謝，如反硝化等。

任何外碳源的投加都要使系統(tǒng)經(jīng)歷一定的適應(yīng)期，方可達(dá)到預(yù)期的效果。針對(duì)要解決的矛盾主體選擇合適的碳源投加點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗至關(guān)重要。一般在厭氧區(qū)投加外碳源不僅能改善系統(tǒng)除磷效果，而且可增強(qiáng)系統(tǒng)的反硝化潛能;但是若反硝化碳源嚴(yán)重不足致使系統(tǒng)TN脫除欠佳時(shí)， 應(yīng)優(yōu)先考慮向缺氧區(qū)投加。

2.倒置A2/O工藝及其改良工藝傳統(tǒng)

A2/O工藝以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提，優(yōu)先考慮釋磷對(duì)碳源的需求，而將厭氧區(qū)置于工藝前端，缺氧區(qū)后置，忽視了釋磷本身并非除磷工藝的目的所在。

從除磷角度分析可知，倒置 A2/O 工藝還具有 2 個(gè)優(yōu)勢(shì)：

“饑餓效應(yīng)”。PAOs厭氧釋磷后直接進(jìn)入生化 效率較高的好氧環(huán)境，其在厭氧條件下形成的攝磷驅(qū) 動(dòng)力可以得到充分地利用。“群體效應(yīng)”。允許所有 參與回流的污泥經(jīng)歷完整的釋磷、攝磷過程。然而有研究者認(rèn)為，倒置 A2 /O 工藝的布置形式。