A2O工藝脫氮與除磷工藝

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

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一、傳統(tǒng)A2O工藝存在的矛盾

1、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于同一系統(tǒng)中，而各類微生物實現(xiàn)其功能所需的泥齡不同：

1）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，欲使其成為優(yōu)勢菌群，需控制系統(tǒng)在長泥齡狀態(tài)下運行。冬季系統(tǒng)具有良好硝化效果時的污泥齡（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。

2）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現(xiàn)系統(tǒng)磷減量化的渠道。

若排泥不及時，一方面會因PAOs的內(nèi)源呼吸使胞內(nèi)糖原消耗殆盡，進而影響厭氧區(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，嚴重時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)勢生長。

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

2、碳源競爭及硝酸鹽和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水碳源中易降解部分的含量有很大關(guān)系。一般而言，要同時完成脫氮和除磷兩個過程，進水的碳氮比（BOD5 /ρ(TN)）＞4～5，碳磷比（BOD5 /ρ(TP)）＞20～30。

當碳源含量低于此時，因前端厭氧區(qū) PAOs 吸收進水中揮發(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 TN 的脫除效率。

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

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

一般，當厭氧區(qū)的 NO3-N 的質(zhì)量濃度＞1.0 mg/L 時，會對 PAOs 釋磷產(chǎn)生抑制，當其達到 3～4 mg/L 時，PAOs 的釋磷行為幾乎*被抑制，釋磷（PO4 3--P）速率降 至 2.4 mg/(g·d)。

按照回流位置的不同，溶解氧（DO）殘余干擾主要包括：

1）從分子態(tài)氧（O2）和硝酸鹽（NO3-N）作為電子受體的氧化產(chǎn)能數(shù)據(jù)分析，以O2作為電子受體的產(chǎn)能約為 NO3-N的 1.5倍，因此當系統(tǒng)中同時存在O2和NO3-N時，反硝化菌及普通異養(yǎng)菌將優(yōu)先以O2為電子受體進行產(chǎn)能代謝。

2）氧的存在破壞了PAOs釋磷所需的“厭氧壓抑"環(huán)境，致使厭氧菌以O2為終電子受體而抑制其發(fā)酵產(chǎn)酸作用，妨礙磷的正常釋放，同時也將導致好氧異養(yǎng)菌與PAOs進行碳源競爭。

一般厭氧區(qū)的DO的質(zhì)量濃度應(yīng)嚴格控制在0.2mg/L以下。從某種意義上來說硝酸鹽及DO殘余干擾釋磷或反硝化過程歸根還是功能菌對碳源的競爭問題。

二、傳統(tǒng)A2O工藝改進策略

1、基于 SRT 矛盾的復合式

A2O工藝在傳統(tǒng)A2O工藝的好氧區(qū)投加浮動載體填料，使載體表面附著生長自養(yǎng)硝化菌，而 PAOs 和反硝化菌則處于懸浮生長狀態(tài)，這樣附著態(tài)的自養(yǎng)硝化菌的 SRT 相對獨立，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程度，還要考慮懸浮態(tài)污泥 含量降低對系統(tǒng)反硝化和除磷的負面影響。

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，當懸浮污泥 SRT 控制為 5 d 時，復合式A2O工藝的硝化效果與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，兩者的硝化效果無明顯差異，復合式A2/O工藝的載體填料不能*獨立地發(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。