馮生華 劉延華
(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院)

　　活性污泥糖類物質(zhì)(Carbohydrate)的代謝已被證明是除磷脫氮工藝中活性污泥的一個(gè)普遍的主導(dǎo)性代謝活動(dòng)，對(duì)其研究也成為污水除磷領(lǐng)域的焦點(diǎn)。
　　實(shí)際運(yùn)行證明，進(jìn)水特征對(duì)生物除磷效率影響很大，在厭氧段，污泥每釋放1 mg磷需吸收7.5mg揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)。通常，城市污水遠(yuǎn)不能滿足此項(xiàng)要求。國(guó)外為改善除磷效果，常投加工業(yè)生產(chǎn)的醋酸或?qū)⒊醭廖勰喟l(fā)酵后產(chǎn)生的上清液投入?yún)捬醭?，以提高除磷效率?BR>　　雖然VFA的投加在一定程度上改善了生物除磷的效果，但不少運(yùn)行證明，它不能保證可靠的除磷效率。日本Y.Matsuo教授的研究結(jié)果充分說(shuō)明了這一點(diǎn)^[1]。該試驗(yàn)進(jìn)水中有充足的VFA，但除磷效果在不同運(yùn)行模式下有巨大的差別。生物除磷的這種不穩(wěn)定性在國(guó)內(nèi)外所有污水處理廠中普遍存在，其原因是在現(xiàn)行的運(yùn)行工藝中，沒(méi)有對(duì)活性污泥糖類物質(zhì)(CH)含量進(jìn)行控制。實(shí)際上，以進(jìn)水所含醋酸為代表的VFA使污泥CH含量在厭氧段降低到較低的水平，從而實(shí)現(xiàn)較高的除磷效果。
　　Liu^[2]的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)充分展示了在分別以葡萄糖和醋酸為主要進(jìn)水有機(jī)物條件下，污泥CH含量的變化對(duì)除磷能力的影響。實(shí)驗(yàn)表明，兩種情況下活性污泥CH含量都在厭氧反應(yīng)中下降，在好氧反應(yīng)中上升。在厭氧反應(yīng)中，進(jìn)水中的COD與污泥中的CH被轉(zhuǎn)化為厭氧反應(yīng)產(chǎn)物，而部分COD或厭氧反應(yīng)產(chǎn)物在好氧條件下又被氧化為CH，污泥CH含量的上升或下降正是這兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程的總結(jié)果。

1 污泥CH含量對(duì)除磷的影響

　　Liu^[2]的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明在厭氧條件下，活性污泥降解細(xì)胞內(nèi)CH，同時(shí)釋放磷，這兩個(gè)過(guò)程所產(chǎn)生的能量被用于吸收進(jìn)水中的有機(jī)物，以及將它轉(zhuǎn)化為可貯存的聚合物(PHAs)。當(dāng)以葡萄糖為進(jìn)水有機(jī)物時(shí)，約有一半被吸收的葡萄糖以污泥CH的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，另一半則被轉(zhuǎn)化為厭氧反應(yīng)產(chǎn)物；當(dāng)以醋酸鹽為進(jìn)水有機(jī)物時(shí)，厭氧反應(yīng)中污泥CH含量不但沒(méi)有上升，而且隨著醋酸鹽的吸收而迅速下降。因此，在厭氧反應(yīng)時(shí)間相同的條件下，加入醋酸鹽更易將污泥CH含量降到一個(gè)低水平。所以，在可比的運(yùn)行條件下，作為主要進(jìn)水有機(jī)物，葡萄糖比醋酸鹽更易于導(dǎo)致污泥CH含量的上升。而當(dāng)活性污泥以CH做厭氧代謝能源時(shí)，活性污泥能夠利用所含CH作能源在厭氧狀態(tài)下吸收醋酸而不釋放磷。它在好氧段不再吸收磷而只進(jìn)行CH的合成。因此，要達(dá)到可靠的除磷效果必須避免活性污泥使用CH作為厭氧代謝的能源。也就是說(shuō)，必須對(duì)厭氧段活性污泥進(jìn)行CH的控制(Carbohydrate Control簡(jiǎn)稱CHC)，才能有效地提高生物除磷的能力。

2 生物除磷的兩種極端狀態(tài)

　　Mino^[3]1987年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，活性污泥所含CH在厭氧下降解又在好氧下再生。他指出污泥中CH的厭氧降解是為利用所吸收的醋酸合成PHB提供還原能力，并提出除磷菌在厭氧段降解CH的模式：

　　CH₂O + 1/12 C₆H₁₀O₅(CH) + 0.44HPO₃ + 0.023 H₂O → 1.33CH_1.5O_0.5(PHB) + 0.17CO₂ + 0.44H₃PO₄　　　　

　　1994年，Satoh^[4]發(fā)現(xiàn)活性污泥能夠利用所含CH作能源在厭氧狀態(tài)下吸收醋酸而不釋放磷，并提出了污泥厭氧代謝模式：

　　CH₂O + 0.208 C₆H₁₀O₅(CH) → 2CH_1.5O_0.5(PHB) + 0.25CO₂ + 0.54H₂O

　　以上兩個(gè)代謝模式分別代表了活性污泥利用聚磷或以CH作厭氧代謝能源的情形，兩個(gè)模式都在吸收有機(jī)物時(shí)降解污泥中的CH，高磷低CH污泥降解CH較少，釋放磷較多；低磷高CH污泥降解CH多，釋放磷較少。資料表明，當(dāng)污泥CH含量高于25%時(shí)，污泥吸收有機(jī)物同時(shí)降解CH而不釋放磷，污泥CH是它在厭氧條件下吸收有機(jī)物的獨(dú)立能源。
　　式(1)、(2)分別代表了除磷工藝運(yùn)行的兩極狀態(tài)，即達(dá)到理想的高效除磷和不除磷。介于二者之間的中間狀態(tài)則是兩種模式代謝過(guò)程的綜合效果，或在特定生長(zhǎng)狀態(tài)下微生物選擇的不同代謝模式。

3 生物除磷工藝的糖控制(CHC)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明活性污泥CH含量對(duì)其厭氧代謝模式和除磷能力的影響，活性污泥CH厭氧降解和好氧合成的總結(jié)果是污泥CH含量的下降或上升。在厭氧狀態(tài)下，活性污泥吸收進(jìn)水中的有機(jī)物同時(shí)降解所含CH釋放磷；在好氧狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)污泥CH和聚磷酸鹽的再生。總之，許多研究都證明污泥CH代謝在生物除磷工藝中起著主導(dǎo)作用，總結(jié)CH對(duì)活性污泥除磷能力的影響及其控制將對(duì)新除磷工藝的設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用。
　　根據(jù)研究結(jié)果，提出如下控制條件：?
　?、?在進(jìn)水水質(zhì)一定的條件下，延時(shí)厭氧反應(yīng)能使污泥CH降到較低的水平。實(shí)驗(yàn)表明，將污泥CH含量在厭氧段結(jié)束時(shí)降到9%左右是實(shí)現(xiàn)高效生物除磷的重要前提。?
　　② 由于反硝化可消耗掉一部分COD(或PHAs)，減少了可被用于CH合成的碳源，因此也有利于污泥CH含量的控制。
　　③ 游離氧是污泥CH再生的必要元素，在缺氧狀態(tài)下污泥CH合成十分不明顯，因此將好氧反應(yīng)的溶解氧濃度控制在較低水平或者控制適當(dāng)?shù)暮醚醴磻?yīng)時(shí)間都有利于控制污泥CH的好氧合成。
　?、?污泥厭氧吸收COD的程度越高越有利于控制污泥CH的合成。

4 糖控制工藝節(jié)省供氧量

　　糖控制(CHC)工藝的厭氧段，活性污泥能去除大部分進(jìn)水中的COD，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，COD的去除方式發(fā)生了根本性變化，進(jìn)水中的有機(jī)物大部分可以在厭氧條件下被去除，而好氧反應(yīng)的作用在于實(shí)現(xiàn)聚磷酸鹽和CH的再生。由于有一部分進(jìn)水COD未經(jīng)氧化直接以厭氧反應(yīng)產(chǎn)物的形式被去除，所以，生物除磷的糖控制(CHC)工藝比傳統(tǒng)活性污泥法大大節(jié)省了供氧量。
　　在可比的泥齡和好氧反應(yīng)時(shí)間的運(yùn)行條件下，糖控制(CHC)工藝與傳統(tǒng)活性污泥中的活性污泥用于細(xì)胞物質(zhì)合成和細(xì)胞活性維持所耗氧量是基本相同的。如果不考慮厭氧反應(yīng)對(duì)硝化菌活動(dòng)的不利影響，硝化作用所耗氧量也應(yīng)該是相同的。因此，活性污泥所含聚磷的代謝和糖類物質(zhì)的代謝以及在厭氧段可能發(fā)生的反硝化反應(yīng)是造成這兩個(gè)工藝耗氧量差別的主要因素。
　　厭氧、好氧兩種代謝過(guò)程使一部分進(jìn)水COD不經(jīng)充分氧化而形成了活性污泥的聚合物成分(包括PHAs和CH)，這是糖控制(CHC)工藝節(jié)省需氧量的一個(gè)主要原因。而且活性污泥中的除磷菌越多，工藝所消耗的氧就越少。當(dāng)然，耗氧量的多少還受厭氧時(shí)間的影響，因?yàn)閰捬鯐r(shí)間直接影響厭氧段聚磷酸鹽(PP)的水解程度。?
　　除此之外，使糖控制(CHC)工藝耗氧量節(jié)省的另一個(gè)因素是在厭氧段發(fā)生的反硝化反應(yīng)，來(lái)自回流污泥的NO?x氧化去除了一部分進(jìn)水中的COD。

參考文獻(xiàn)

　　1 Matsuo Y. Effect of the anaerobic SRT on enhanced biological phosphorus removal. Water Sci Technol. 1994;30(6):193～202?
　　2 Liu Y H.Low sludge carbohydrate content:a prerequisite for enhanced biological phosphorus removal. Water Environment Research,1997;69(7):1～7
　　3 Mino T et al. Effect of phosphorus accumulation on acetate metabolism in the biological phosphorus removal process. In:Ramadori R，ed? Advances In Water Pollution Control: Biological phosphorus Removal from Wastewater. Rome Oxford Pergamon Press,1987.27～28
　　4 Satoh H et al. Deterioration of enhanced biological phosphate removal by the domination of microorganisms without poly-paeeumulation. Water Sci Technol.1994;30(6):203～211

　　作者通迅處：300051 天津市和平區(qū)營(yíng)口道239號(hào)?
　　(收稿日期 1999-01-08)