馮生華 劉延華
(天津市市政工程設計研究院)

　　活性污泥糖類物質(Carbohydrate)的代謝已被證明是除磷脫氮工藝中活性污泥的一個普遍的主導性代謝活動，對其研究也成為污水除磷領域的焦點。
　　實際運行證明，進水特征對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揮發性有機酸(VFA)。通常，城市污水遠不能滿足此項要求。國外為改善除磷效果，常投加工業生產的醋酸或將初沉污泥發酵后產生的上清液投入厭氧池，以提高除磷效率。
　　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教授的研究結果充分說明了這一點^[1]。該試驗進水中有充足的VFA，但除磷效果在不同運行模式下有巨大的差別。生物除磷的這種不穩定性在國內外所有污水處理廠中普遍存在，其原因是在現行的運行工藝中，沒有對活性污泥糖類物質(CH)含量進行控制。實際上，以進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，從而實現較高的除磷效果。
　　Liu^[2]的兩個實驗充分展示了在分別以葡萄糖和醋酸為主要進水有機物條件下，污泥CH含量的變化對除磷能力的影響。實驗表明，兩種情況下活性污泥CH含量都在厭氧反應中下降，在好氧反應中上升。在厭氧反應中，進水中的COD與污泥中的CH被轉化為厭氧反應產物，而部分COD或厭氧反應產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反應過程的總結果。

1 污泥CH含量對除磷的影響

　　Liu^[2]的實驗說明在厭氧條件下，活性污泥降解細胞內CH，同時釋放磷，這兩個過程所產生的能量被用于吸收進水中的有機物，以及將它轉化為可貯存的聚合物(PHAs)。當以葡萄糖為進水有機物時，約有一半被吸收的葡萄糖以污泥CH的形式貯存于細胞內，另一半則被轉化為厭氧反應產物；當以醋酸鹽為進水有機物時，厭氧反應中污泥CH含量不但沒有上升，而且隨著醋酸鹽的吸收而迅速下降。因此，在厭氧反應時間相同的條件下，加入醋酸鹽更易將污泥CH含量降到一個低水平。所以，在可比的運行條件下，作為主要進水有機物，葡萄糖比醋酸鹽更易于導致污泥CH含量的上升。而當活性污泥以CH做厭氧代謝能源時，活性污泥能夠利用所含CH作能源在厭氧狀態下吸收醋酸而不釋放磷。它在好氧段不再吸收磷而只進行CH的合成。因此，要達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，必須對厭氧段活性污泥進行CH的控制(Carbohydrate Control簡稱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

　　Mino^[3]1987年在實驗中發現，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]發現活性污泥能夠利用所含CH作能源在厭氧狀態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，兩個模式都在吸收有機物時降解污泥中的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，當污泥CH含量高于25%時，污泥吸收有機物同時降解CH而不釋放磷，污泥CH是它在厭氧條件下吸收有機物的獨立能源。
　　式(1)、(2)分別代表了除磷工藝運行的兩極狀態，即達到理想的高效除磷和不除磷。介于二者之間的中間狀態則是兩種模式代謝過程的綜合效果，或在特定生長狀態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)

　　實驗結果表明活性污泥CH含量對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果是污泥CH含量的下降或上升。在厭氧狀態下，活性污泥吸收進水中的有機物同時降解所含CH釋放磷；在好氧狀態下，實現污泥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作用，總結CH對活性污泥除磷能力的影響及其控制將對新除磷工藝的設計有很好的指導作用。
　　根據研究結果，提出如下控制條件：?
　　① 在進水水質一定的條件下，延時厭氧反應能使污泥CH降到較低的水平。實驗表明，將污泥CH含量在厭氧段結束時降到9%左右是實現高效生物除磷的重要前提。?
　?、?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。
　?、?游離氧是污泥CH再生的必要元素，在缺氧狀態下污泥CH合成十分不明顯，因此將好氧反應的溶解氧濃度控制在較低水平或者控制適當的好氧反應時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水中的COD，與傳統活性污泥法相比，COD的去除方式發生了根本性變化，進水中的有機物大部分可以在厭氧條件下被去除，而好氧反應的作用在于實現聚磷酸鹽和CH的再生。由于有一部分進水COD未經氧化直接以厭氧反應產物的形式被去除，所以，生物除磷的糖控制(CHC)工藝比傳統活性污泥法大大節省了供氧量。
　　在可比的泥齡和好氧反應時間的運行條件下，糖控制(CHC)工藝與傳統活性污泥中的活性污泥用于細胞物質合成和細胞活性維持所耗氧量是基本相同的。如果不考慮厭氧反應對硝化菌活動的不利影響，硝化作用所耗氧量也應該是相同的。因此，活性污泥所含聚磷的代謝和糖類物質的代謝以及在厭氧段可能發生的反硝化反應是造成這兩個工藝耗氧量差別的主要因素。
　　厭氧、好氧兩種代謝過程使一部分進水COD不經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)工藝節省需氧量的一個主要原因。而且活性污泥中的除磷菌越多，工藝所消耗的氧就越少。當然，耗氧量的多少還受厭氧時間的影響，因為厭氧時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)工藝耗氧量節省的另一個因素是在厭氧段發生的反硝化反應，來自回流污泥的NO?x氧化去除了一部分進水中的COD。

參考文獻

　　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 天津市和平區營口道239號?
　　(收稿日期 1999-01-08)