改进A2/O法的设想

李勇1，吕炳南2，黄勇1
(1.苏州城建环保学院环保系，江苏苏州215011；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江
哈尔滨150090)

　　摘　要：现行的连续流生物脱氮除磷工艺中，A²/O法是有脱氮除磷要求的城市污水处理厂广泛采用的工艺。由于该工艺难以满足动态条件下不同类型的微生物种群各自最佳的生长条件，使其在处理系统中实现的功能不能相互协调，导致系统的氮、磷去除难以同时达到理想的效率，运行难以保持在相对稳定的状态。因此，分析A²/O存在的不足及其产生原因并提出相应的改进设想具有现实意义。
　　关键词：A²/O法；缺点分析；改进
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2001)08-0031-03

1　存在的不足及产生原因

　　A2/O工艺由厌氧、缺氧及好氧三部分组成，如图1所示。

　　其工艺过程为原水与二沉池回流污泥一道进入厌氧池，聚磷微生物(PAOs)在厌氧条件下利用原水中的短链脂肪酸(SCFAs)合成聚-β-羟基-丁酸盐(PHB)，合成的能量来源为聚磷菌体内的聚合磷酸盐(poly-P)的释放。经厌氧释磷后的污泥与废水一起进入缺氧池中，与好氧池回流的富含硝态氮的混合液混合，反硝化菌在缺氧条件下利用原水中提供的有机底物为能源，以NO₃-和NO₂-为电子受体进行缺氧代谢，使回流混合液中携带的硝态氮转化为N₂而得以去除。同时，若系统存在反硝化除磷细菌(DPB)，则缺氧池中也可能发生磷的过量吸收。经缺氧反应后的泥水混合液进入好氧池中，微生物利用强制曝气提供的溶解氧对有机物进行氧化分解，同时在亚硝化菌和硝化菌的作用下将废水中的NH+4-N氧化成硝态氮(主要为NO₃^--N)。在好氧池中，聚磷菌利用PHB氧化产生的能量从废水中过量吸收磷酸盐并以聚磷的形式贮存在体内，同时得到增长。好氧池混合液在二沉池中进行泥水分离，上清液排放，沉淀污泥一部分回流至厌氧池，一部分作为剩余污泥经后续处理后进行处置。
　　众多研究者对A²/O工艺脱氮除磷性能的研究结果表明，A²/O工艺在运行过程中存在有下述问题：
　　①回流污泥中携带的硝酸盐抑制了厌氧条件下磷的释放。由于聚磷菌、硝化菌、反硝化菌及其他多种微生物共同生长在一个系统内，并在整个系统内循环，使得从好氧段回流的污泥中含有大量的硝酸盐，造成厌氧段中反硝化菌与聚磷菌对底物形成竞争，使聚磷菌无法得到足够的短链脂肪酸(SCFAs)进行充分释磷，进而严重影响了磷的吸收而导致系统除磷效率降低。同时，由于进入厌氧段的硝酸盐浓度直接与出水硝酸盐浓度有关，如果因某种原因在COD保持不变的情况下增加了硝酸盐浓度，则该工艺唯一可采用的减小进入厌氧段硝酸盐浓度的措施就只有减小回流污泥量，而这对除磷来说是一种有风险的选择［1］。为了减少回流污泥携带的硝酸盐对厌氧释磷的影响，开普敦大学对A²/O工艺进行了改进(即UCT工艺)，使进入厌氧段的硝酸盐能通过从缺氧段回流混合液而得到调控，很大程度上降低了回流污泥携带硝酸盐对厌氧释磷的影响。
　　②脱氮与除磷之间存在矛盾，产生这一矛盾的根本原因是实现不同功能的微生物均不能在各自最佳的生长条件下生长［2］。由于A²/O法中不同的微生物均参与到系统的循环中，因此在系统内要达到所有微生物的最佳生长条件是不可能的事。好氧段中要实现硝化作用，必然需要维持较高的硝化菌数量。硝化菌基本上属于自养型专性好氧细菌，其突出的特点是生长速率慢、世代期长，在系统内要保持较高浓度的硝化菌，就要求在较长的泥龄下运行。A²/O法的除磷是通过排泥实现的，这就要求尽可能采用短的泥龄来增加剩余污泥排放量。系统除磷的主体——聚磷菌多为短世代微生物，可以在较短的泥龄下正常生长，因此在较短的泥龄下运行时可获得较高的除磷效率［3］。另外，较长的泥龄还会导致系统内糖原累积、非聚磷微生物(GAOs，glycogen accumulating non-poly-P organisms)的增长而使除磷效率大幅度降低。显然，在运行泥龄上，A²/O工艺在脱氮与除磷之间存在着矛盾。为了缓解这一矛盾，A²/O法通常在一较窄的泥龄范围内运行，以兼顾脱氮与除磷对泥龄的要求。事实证明，这样的运行条件仅能部分地解决问题，实际运用中还是经常出现脱氮效果好时除磷效率低、除磷效果好时脱氮效率低的情形。
　　③硝化与反硝化、有机物降解之间存在矛盾。A²/O工艺由于微生物混合培养，往往为满足硝化而采用较长的泥龄，并可在一定程度上提高硝化速率，但却降低了有机物降解和反硝化速率［4］。有机物降解速率的降低又增加了系统中有机物对硝化作用的抑制，使硝化反应滞后，可能抵消掉硝化速率提高所带来的好处。另外，反硝化速率的降低也可能导致系统中的硝酸盐不能完全转变成N2而使系统的TN去除率下降。
　　综上所述，导致A²/O工艺脱氮除磷效率不稳定的原因可归结为特定功能不同的微生物在系统内混合生长所致，尤其是世代期长的硝化菌与其他细菌混合生长使系统难以兼顾脱氮与除磷的需求而导致系统的运行效果不稳定。

2　A²/O法的改进设想

　　根据A²/O法运行中存在不足之处的原因分析，设想改进的A²/O工艺流程见图2。

　　改进之处主要表现在：
　　①减小原A²/O法中好氧池的体积，缩短该段运行的泥龄，提高系统的污泥负荷，使悬浮生长的污泥中硝化菌的数量尽可能地减少，从而保证系统的除磷效率，提高系统的反硝化速率。
　　②增设一个二级好氧池，在该池中采用生物膜法使硝化菌附着生长。通过采用膜法硝化，提高系统的硝化效率与硝化速率。硝化反应后的大部分出水回流至缺氧池中进行反硝化。
　　③将原A²/O法中的二沉池改为中沉池，以对初级好氧池的混合液进行固液分离。沉淀污泥回流至厌氧池，剩余污泥经后续处理再进行处置。
　　④增设一个位于二级好氧池后的沉淀池，使二级好氧池出水与腐化污泥分离，同时保证回流混合液中不携带硝化菌。

3　改进工艺的特点

　　改进后的工艺与传统A2/O法相比具有下述特点：
　　①通过设置不同的好氧段使硝化菌与其他细菌均能在比较有利的条件下生长，可明显地提高系统的脱氮除磷和对有机物的降解速率。
　　②改进工艺的悬浮生长系统可以在较短的泥龄下运行，提高了有机物的降解和反硝化速率，而且短泥龄微生物的活性高、吸附性能好，使得回流污泥中吸附的大量有机物补充了进水碳源的不足，克服了由于进水碳源缺乏而造成的脱氮除磷效率的降低。
　　③有机物降解在一级好氧池中基本完成，使进入二级好氧池的有机物含量较低，克服了有机物存在对硝化菌生长的抑制，可提高二级好氧池生物膜中硝化菌所占的比例，使生物膜中含有较多数量的硝化菌；由于硝化菌的附着生长，系统可获得很高的硝化效率［5］。
　　④改进工艺的全部回流污泥均参与了系统的除磷过程，克服了原A²/O法中仅有部分污泥参与除磷的缺点，可在一定程度上提高系统的除磷能力。
　　⑤由于改进工艺的悬浮生长系统中硝化菌的数量很少，几乎可从根本上解决回流污泥携带的硝酸盐对厌氧释磷的不利影响。但是，亚硝化菌的世代期较硝化菌短，缩短泥龄后一级好氧池中可能存在一定数量的亚硝化菌，从而导致回流污泥中可能含有亚硝酸盐，同样会影响厌氧释磷。然而，由于亚硝 酸盐反硝化所需的碳源仅为硝酸盐反硝化的60%［6］，在一定程度上可以降低反硝化菌与聚磷菌对有机底物的竞争。短程硝化反硝化的实现，可以使系统在较低的硝化液回流比下达到较高的TN去除率，对于降低系统的运行费用有利。此外，若能摸索出在改进系统内实现氨的厌氧氧化的工艺条件，则还可在不消耗进水有机物的情况下，利用自养微生物的作用，使回流污泥中携带的亚硝酸盐与进水中的氨反应，达到去除部分TN的目的［7］。而且，膜法硝化将硝化菌限定在二级好氧池中，该池中的微生物不参与污泥循环，从而保证了整个系统中未曝气污泥与系统内污泥的比值能保持在较低的水平，有利于维持系统运行的稳定性。
　　⑥较短的泥龄抑制了系统内糖原累积非聚磷微生物的生长，为聚磷菌的生长创造了有利条件，可解决由于GAOs与PAOs对底物的竞争而产生的进水碳源短缺问题。
　　⑦改进系统可保持较高的污染物去除速率，因此其生物处理构筑物的总体积可比原A²/O法适当减小。但由于增加了沉淀池和增大了中沉池，使系统的总体积增加，使系统的一次性投资增大了。

4　结语

　　在对A²/O工艺脱氮除磷性能存在的矛盾与不足的分析之上，提出了采用微生物分相的方法使硝化菌与系统内其他细菌分开培养的改进工艺，可使不同功能的微生物能在各自有利的条件下生长。通过设置独立的膜法硝化区，可以克服原A²/O法中存在的脱氮与除磷对泥龄需求的矛盾，克服回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响，强化系统的硝化效果，提高反硝化与有机物降解速率，增加参与除磷的微生物量和剩余污泥排放量，提高除磷效率。推测改进后的系统对提高脱氮除磷效率和增强运行稳定性应大有裨益。

参考文献：

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　　收稿日期：2001-03-04