李勇1，呂炳南2，黃勇1
(1.蘇州城建環(huán)保學(xué)院環(huán)保系，江蘇蘇州215011；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江
哈爾濱150090)

　　摘　要：現(xiàn)行的連續(xù)流生物脫氮除磷工藝中，A²/O法是有脫氮除磷要求的城市污水處理廠廣泛采用的工藝。由于該工藝難以滿足動態(tài)條件下不同類型的微生物種群各自最佳的生長條件，使其在處理系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能不能相互協(xié)調(diào)，導(dǎo)致系統(tǒng)的氮、磷去除難以同時達到理想的效率，運行難以保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，分析A²/O存在的不足及其產(chǎn)生原因并提出相應(yīng)的改進設(shè)想具有現(xiàn)實意義。
　　關(guān)鍵詞：A²/O法；缺點分析；改進
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2001)08-0031-03

1　存在的不足及產(chǎn)生原因

　　A2/O工藝由厭氧、缺氧及好氧三部分組成，如圖1所示。

　　其工藝過程為原水與二沉池回流污泥一道進入?yún)捬醭兀哿孜⑸?PAOs)在厭氧條件下利用原水中的短鏈脂肪酸(SCFAs)合成聚-β-羥基-丁酸鹽(PHB)，合成的能量來源為聚磷菌體內(nèi)的聚合磷酸鹽(poly-P)的釋放。經(jīng)厭氧釋磷后的污泥與廢水一起進入缺氧池中，與好氧池回流的富含硝態(tài)氮的混合液混合，反硝化菌在缺氧條件下利用原水中提供的有機底物為能源，以NO₃-和NO₂-為電子受體進行缺氧代謝，使回流混合液中攜帶的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N₂而得以去除。同時，若系統(tǒng)存在反硝化除磷細菌(DPB)，則缺氧池中也可能發(fā)生磷的過量吸收。經(jīng)缺氧反應(yīng)后的泥水混合液進入好氧池中，微生物利用強制曝氣提供的溶解氧對有機物進行氧化分解，同時在亞硝化菌和硝化菌的作用下將廢水中的NH+4-N氧化成硝態(tài)氮(主要為NO₃^--N)。在好氧池中，聚磷菌利用PHB氧化產(chǎn)生的能量從廢水中過量吸收磷酸鹽并以聚磷的形式貯存在體內(nèi)，同時得到增長。好氧池混合液在二沉池中進行泥水分離，上清液排放，沉淀污泥一部分回流至厭氧池，一部分作為剩余污泥經(jīng)后續(xù)處理后進行處置。
　　眾多研究者對A²/O工藝脫氮除磷性能的研究結(jié)果表明，A²/O工藝在運行過程中存在有下述問題：
　　①回流污泥中攜帶的硝酸鹽抑制了厭氧條件下磷的釋放。由于聚磷菌、硝化菌、反硝化菌及其他多種微生物共同生長在一個系統(tǒng)內(nèi)，并在整個系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，使得從好氧段回流的污泥中含有大量的硝酸鹽，造成厭氧段中反硝化菌與聚磷菌對底物形成競爭，使聚磷菌無法得到足夠的短鏈脂肪酸(SCFAs)進行充分釋磷，進而嚴重影響了磷的吸收而導(dǎo)致系統(tǒng)除磷效率降低。同時，由于進入?yún)捬醵蔚南跛猁}濃度直接與出水硝酸鹽濃度有關(guān)，如果因某種原因在COD保持不變的情況下增加了硝酸鹽濃度，則該工藝唯一可采用的減小進入?yún)捬醵蜗跛猁}濃度的措施就只有減小回流污泥量，而這對除磷來說是一種有風(fēng)險的選擇［1］。為了減少回流污泥攜帶的硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，開普敦大學(xué)對A²/O工藝進行了改進(即UCT工藝)，使進入?yún)捬醵蔚南跛猁}能通過從缺氧段回流混合液而得到調(diào)控，很大程度上降低了回流污泥攜帶硝酸鹽對厭氧釋磷的影響。
　　②脫氮與除磷之間存在矛盾，產(chǎn)生這一矛盾的根本原因是實現(xiàn)不同功能的微生物均不能在各自最佳的生長條件下生長［2］。由于A²/O法中不同的微生物均參與到系統(tǒng)的循環(huán)中，因此在系統(tǒng)內(nèi)要達到所有微生物的最佳生長條件是不可能的事。好氧段中要實現(xiàn)硝化作用，必然需要維持較高的硝化菌數(shù)量。硝化菌基本上屬于自養(yǎng)型專性好氧細菌，其突出的特點是生長速率慢、世代期長，在系統(tǒng)內(nèi)要保持較高濃度的硝化菌，就要求在較長的泥齡下運行。A²/O法的除磷是通過排泥實現(xiàn)的，這就要求盡可能采用短的泥齡來增加剩余污泥排放量。系統(tǒng)除磷的主體——聚磷菌多為短世代微生物，可以在較短的泥齡下正常生長，因此在較短的泥齡下運行時可獲得較高的除磷效率［3］。另外，較長的泥齡還會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)糖原累積、非聚磷微生物(GAOs，glycogen accumulating non-poly-P organisms)的增長而使除磷效率大幅度降低。顯然，在運行泥齡上，A²/O工藝在脫氮與除磷之間存在著矛盾。為了緩解這一矛盾，A²/O法通常在一較窄的泥齡范圍內(nèi)運行，以兼顧脫氮與除磷對泥齡的要求。事實證明，這樣的運行條件僅能部分地解決問題，實際運用中還是經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時除磷效率低、除磷效果好時脫氮效率低的情形。
　?、巯趸c反硝化、有機物降解之間存在矛盾。A²/O工藝由于微生物混合培養(yǎng)，往往為滿足硝化而采用較長的泥齡，并可在一定程度上提高硝化速率，但卻降低了有機物降解和反硝化速率［4］。有機物降解速率的降低又增加了系統(tǒng)中有機物對硝化作用的抑制，使硝化反應(yīng)滯后，可能抵消掉硝化速率提高所帶來的好處。另外，反硝化速率的降低也可能導(dǎo)致系統(tǒng)中的硝酸鹽不能完全轉(zhuǎn)變成N2而使系統(tǒng)的TN去除率下降。
　　綜上所述，導(dǎo)致A²/O工藝脫氮除磷效率不穩(wěn)定的原因可歸結(jié)為特定功能不同的微生物在系統(tǒng)內(nèi)混合生長所致，尤其是世代期長的硝化菌與其他細菌混合生長使系統(tǒng)難以兼顧脫氮與除磷的需求而導(dǎo)致系統(tǒng)的運行效果不穩(wěn)定。

2　A²/O法的改進設(shè)想

　　根據(jù)A²/O法運行中存在不足之處的原因分析，設(shè)想改進的A²/O工藝流程見圖2。

　　改進之處主要表現(xiàn)在：
　?、贉p小原A²/O法中好氧池的體積，縮短該段運行的泥齡，提高系統(tǒng)的污泥負荷，使懸浮生長的污泥中硝化菌的數(shù)量盡可能地減少，從而保證系統(tǒng)的除磷效率，提高系統(tǒng)的反硝化速率。
　?、谠鲈O(shè)一個二級好氧池，在該池中采用生物膜法使硝化菌附著生長。通過采用膜法硝化，提高系統(tǒng)的硝化效率與硝化速率。硝化反應(yīng)后的大部分出水回流至缺氧池中進行反硝化。
　?、蹖⒃瑼²/O法中的二沉池改為中沉池，以對初級好氧池的混合液進行固液分離。沉淀污泥回流至厭氧池，剩余污泥經(jīng)后續(xù)處理再進行處置。
　?、茉鲈O(shè)一個位于二級好氧池后的沉淀池，使二級好氧池出水與腐化污泥分離，同時保證回流混合液中不攜帶硝化菌。

3　改進工藝的特點

　　改進后的工藝與傳統(tǒng)A2/O法相比具有下述特點：
　?、偻ㄟ^設(shè)置不同的好氧段使硝化菌與其他細菌均能在比較有利的條件下生長，可明顯地提高系統(tǒng)的脫氮除磷和對有機物的降解速率。
　　②改進工藝的懸浮生長系統(tǒng)可以在較短的泥齡下運行，提高了有機物的降解和反硝化速率，而且短泥齡微生物的活性高、吸附性能好，使得回流污泥中吸附的大量有機物補充了進水碳源的不足，克服了由于進水碳源缺乏而造成的脫氮除磷效率的降低。
　?、塾袡C物降解在一級好氧池中基本完成，使進入二級好氧池的有機物含量較低，克服了有機物存在對硝化菌生長的抑制，可提高二級好氧池生物膜中硝化菌所占的比例，使生物膜中含有較多數(shù)量的硝化菌；由于硝化菌的附著生長，系統(tǒng)可獲得很高的硝化效率［5］。
　?、芨倪M工藝的全部回流污泥均參與了系統(tǒng)的除磷過程，克服了原A²/O法中僅有部分污泥參與除磷的缺點，可在一定程度上提高系統(tǒng)的除磷能力。
　?、萦捎诟倪M工藝的懸浮生長系統(tǒng)中硝化菌的數(shù)量很少，幾乎可從根本上解決回流污泥攜帶的硝酸鹽對厭氧釋磷的不利影響。但是，亞硝化菌的世代期較硝化菌短，縮短泥齡后一級好氧池中可能存在一定數(shù)量的亞硝化菌，從而導(dǎo)致回流污泥中可能含有亞硝酸鹽，同樣會影響厭氧釋磷。然而，由于亞硝 酸鹽反硝化所需的碳源僅為硝酸鹽反硝化的60%［6］，在一定程度上可以降低反硝化菌與聚磷菌對有機底物的競爭。短程硝化反硝化的實現(xiàn)，可以使系統(tǒng)在較低的硝化液回流比下達到較高的TN去除率，對于降低系統(tǒng)的運行費用有利。此外，若能摸索出在改進系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)氨的厭氧氧化的工藝條件，則還可在不消耗進水有機物的情況下，利用自養(yǎng)微生物的作用，使回流污泥中攜帶的亞硝酸鹽與進水中的氨反應(yīng)，達到去除部分TN的目的［7］。而且，膜法硝化將硝化菌限定在二級好氧池中，該池中的微生物不參與污泥循環(huán)，從而保證了整個系統(tǒng)中未曝氣污泥與系統(tǒng)內(nèi)污泥的比值能保持在較低的水平，有利于維持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
　?、掭^短的泥齡抑制了系統(tǒng)內(nèi)糖原累積非聚磷微生物的生長，為聚磷菌的生長創(chuàng)造了有利條件，可解決由于GAOs與PAOs對底物的競爭而產(chǎn)生的進水碳源短缺問題。
　?、吒倪M系統(tǒng)可保持較高的污染物去除速率，因此其生物處理構(gòu)筑物的總體積可比原A²/O法適當(dāng)減小。但由于增加了沉淀池和增大了中沉池，使系統(tǒng)的總體積增加，使系統(tǒng)的一次性投資增大了。

4　結(jié)語

　　在對A²/O工藝脫氮除磷性能存在的矛盾與不足的分析之上，提出了采用微生物分相的方法使硝化菌與系統(tǒng)內(nèi)其他細菌分開培養(yǎng)的改進工藝，可使不同功能的微生物能在各自有利的條件下生長。通過設(shè)置獨立的膜法硝化區(qū)，可以克服原A²/O法中存在的脫氮與除磷對泥齡需求的矛盾，克服回流污泥中硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，強化系統(tǒng)的硝化效果，提高反硝化與有機物降解速率，增加參與除磷的微生物量和剩余污泥排放量，提高除磷效率。推測改進后的系統(tǒng)對提高脫氮除磷效率和增強運行穩(wěn)定性應(yīng)大有裨益。

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　　收稿日期：2001-03-04