李勇1，呂炳南2，黃勇1
(1.蘇州城建環保學院環保系，江蘇蘇州215011；2.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，黑龍江
哈爾濱150090)

　　摘　要：現行的連續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，使其在處理系統中實現的功能不能相互協調，導致系統的氮、磷去除難以同時達到理想的效率，運行難以保持在相對穩定的狀態。因此，分析A²/O存在的不足及其產生原因并提出相應的改進設想具有現實意義。
　　關鍵詞：A²/O法；缺點分析；改進
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2001)08-0031-03

1　存在的不足及產生原因

　　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厭氧池，聚磷微生物(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的聚合磷酸鹽(poly-P)的釋放。經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氮轉化為N₂而得以去除。同時，若系統存在反硝化除磷細菌(DPB)，則缺氧池中也可能發生磷的過量吸收。經缺氧反應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氧化成硝態氮(主要為NO₃^--N)。在好氧池中，聚磷菌利用PHB氧化產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，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后續處理后進行處置。
　　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內，并在整個系統內循環，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致系統除磷效率降低。同時，由于進入厭氧段的硝酸鹽濃度直接與出水硝酸鹽濃度有關，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厭氧段硝酸鹽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，開普敦大學對A²/O工藝進行了改進(即UCT工藝)，使進入厭氧段的硝酸鹽能通過從缺氧段回流混合液而得到調控，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，產生這一矛盾的根本原因是實現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的循環中，因此在系統內要達到所有微生物的最佳生長條件是不可能的事。好氧段中要實現硝化作用，必然需要維持較高的硝化菌數量。硝化菌基本上屬于自養型專性好氧細菌，其突出的特點是生長速率慢、世代期長，在系統內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，較長的泥齡還會導致系統內糖原累積、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，實際運用中還是經常出現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。
　　③硝化與反硝化、有機物降解之間存在矛盾。A²/O工藝由于微生物混合培養，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中有機物對硝化作用的抑制，使硝化反應滯后，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致系統中的硝酸鹽不能完全轉變成N2而使系統的TN去除率下降。
　　綜上所述，導致A²/O工藝脫氮除磷效率不穩定的原因可歸結為特定功能不同的微生物在系統內混合生長所致，尤其是世代期長的硝化菌與其他細菌混合生長使系統難以兼顧脫氮與除磷的需求而導致系統的運行效果不穩定。

2　A²/O法的改進設想

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

　　改進之處主要表現在：
　　①減小原A²/O法中好氧池的體積，縮短該段運行的泥齡，提高系統的污泥負荷，使懸浮生長的污泥中硝化菌的數量盡可能地減少，從而保證系統的除磷效率，提高系統的反硝化速率。
　　②增設一個二級好氧池，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，提高系統的硝化效率與硝化速率。硝化反應后的大部分出水回流至缺氧池中進行反硝化。
　　③將原A²/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，剩余污泥經后續處理再進行處置。
　　④增設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A2/O法相比具有下述特點：
　　①通過設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。
　　③有機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量的硝化菌；由于硝化菌的附著生長，系統可獲得很高的硝化效率［5］。
　　④改進工藝的全部回流污泥均參與了系統的除磷過程，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的除磷能力。
　　⑤由于改進工藝的懸浮生長系統中硝化菌的數量很少，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量的亞硝化菌，從而導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，可以使系統在較低的硝化液回流比下達到較高的TN去除率，對于降低系統的運行費用有利。此外，若能摸索出在改進系統內實現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，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，從而保證了整個系統中未曝氣污泥與系統內污泥的比值能保持在較低的水平，有利于維持系統運行的穩定性。
　　⑥較短的泥齡抑制了系統內糖原累積非聚磷微生物的生長，為聚磷菌的生長創造了有利條件，可解決由于GAOs與PAOs對底物的競爭而產生的進水碳源短缺問題。
　　⑦改進系統可保持較高的污染物去除速率，因此其生物處理構筑物的總體積可比原A²/O法適當減小。但由于增加了沉淀池和增大了中沉池，使系統的總體積增加，使系統的一次性投資增大了。

4　結語

　　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內其他細菌分開培養的改進工藝，可使不同功能的微生物能在各自有利的條件下生長。通過設置獨立的膜法硝化區，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。推測改進后的系統對提高脫氮除磷效率和增強運行穩定性應大有裨益。

參考文獻：

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　　收稿日期：2001-03-04