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A/A/O工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，其生物反应池由ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段组成，其典型工艺流程见图1。这是一种推流式的前置反硝化型BNR工艺，其特点是厌氧、缺氧和好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08或BOD/TKN≥4）便可根据需要达到比较高脱氮率。常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式。该布置在理论上基于这样一种认识，即：聚磷微生物有效释磷水平的充分与否，对于提高系统的除磷能力具有极端重要的意义，厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获得碳源并得以充分释磷。常规A/A/O工艺存在以下三个不足：①由于厌氧区居前，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响；②由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果；③由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际只有一少部分经历了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，这对于系统除磷是不利的。A2/O工艺的固有缺欠A2/O工艺的内在固有缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争,很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除,阻碍着生物除磷脱氮技术的应用。其中最主要的问题是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争。根据生物除磷原理,在厌氧条件下,聚磷菌通过菌种间的协作,将有机物转化为挥发酸,借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内,并以聚β羟基丁酸PHB形式贮存,提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的碳源和能量。如果厌氧区存在较多的硝酸盐,反硝化菌会以有机物为电子供体进行反硝化,消耗进水中有机碳源,影响厌氧产物PHB的合成,进而影响到后续除磷效果。一般而言,要同时达到氮、磷的去除目的,城市污水中碳氮比(COD/N)至少为4•5。当城市污水中碳源低于此要求时,由于该工艺把缺氧反硝化置于厌氧释磷之后,反硝化效果受到碳源量的限制,大量的未被反硝化的硝酸盐随回流污泥进入厌氧区,干扰厌氧释磷的正常进行(有时甚至会导致聚磷菌直接吸磷),最终影响到整个营养盐去除系统的稳定运行。(40-100%)(200-400%)1-2h1-3h6-14h为解决A2/O工艺碳源不足及其引起的硝酸盐进入厌氧区干扰释磷的问题,研究者们进行了大量工艺改进,归纳起来主要有三个方面:一是解决硝酸盐干扰释磷问题而提出的工艺,如:UCT、MUCT等工艺;二是直接针对碳源不足而采取解决措施,如补充碳源、改变进水方式、为反硝化和除磷重新分配碳源,进而形成的一些工艺,如:JHB工艺、倒置A2/O工艺;三是随着反硝化除磷细菌DPB的发现形成的以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺,如:Dephanox工艺和双污泥系统的除磷脱氮工艺。硝酸盐干扰释磷问题的工艺对策南非UCT(UniversityofCapeTown,1983)工艺将A2/O中的污泥回流由厌氧区改到缺氧区,使污泥经反硝化后再回流至厌氧区,减少了回流污泥中硝酸盐和溶解氧含量。当UCT工艺作为阶段反应器在水力停留时间较短和低泥龄下运行时在美国被称为VIP(VirginiaInitiativeProcess,1987)工艺。与A2/O工艺相比,UCT工艺在适当的COD/TKN比例下,缺氧区的反硝化可使厌氧区回流混合液中硝酸盐含量接近于零。当进水TKN/COD较高时,缺氧区无法实现完全的脱氮,仍有部分硝酸盐进入厌氧区,因此又产生改良UCT工艺—MUCT工艺。MUCT工艺有两个缺氧池,前一个接受二沉池回流污泥,后一个接受好氧区硝化混合液,使污泥的脱氮与混合液的脱氮完全分开,进一步减少硝酸盐进入厌氧区的可能。(40-100%)(100-200%)(100-400%)1-2h2-3h6-14h(100-200%)(40-100%)(200-400%)6-14h1-2h0.5-1h1-2hUCTMUCT弥补碳源不足的工艺对策•1补充碳源补充碳源可分为两类:一类是包括甲醇、乙醇、丙酮和乙酸等可用作外部碳源的化合物,一类是易生物降解的COD源,它们可以是初沉池污泥发酵的上清液或其它酸性消化池的上清液或者是某种具有大量易生物降解COD组分的有机废水,例如:麦芽工业废水、水果和蔬菜工业废水和果汁工业废水等。碳源的投加位置可以是缺氧反应器,也可以是厌氧反应器,在厌氧反应器中投加碳源不仅能改善除磷,而且能增加硝酸盐的去除潜力,因为投加易生物降解的COD能使起始的脱氮速率加快,并能运行较长的一段时间。•2改变进水方式取消初次沉淀池或缩短初次沉淀时间，使沉砂池出水中所含大量颗粒有机物直接进入生化反应系统,这种传统意义上的初次沉淀池污泥进入生化反应池后,可引发常规活性污泥法系统边界条件的重要变化之一就是进水的有机物总量增加了,部分地缓解了碳源不足的问题,在提高除磷脱氮效率的同时,降低运行成本。对功能完整的城市污水处理厂而言,这种碳源是易于获取又不额外增加费用的。Johannesburg(JHB)工艺是在A2/O工艺到厌氧区污泥回流线路中增加了一个缺氧池,这样,来自二沉池的污泥可利用33%左右进水中的有机物作为反硝化碳源去除硝态氮,以消除硝酸盐对厌氧池厌氧环境的不利影响。此外,对传统A2/O工艺有人建议,采用1/3进水入缺氧区,2/3进水入厌氧区的分配方案可以取得较高的N,P去除效果。•3倒置A2/O工艺同济大学高廷耀、张波等认为,传统A2/O工艺厌氧、缺氧、好氧布置的合理性值得怀疑。其在碳源分配上总是优先照顾释磷的需要,把厌氧区放在工艺的前部,缺氧区置后。这种作法是以牺牲系统的反硝化速率为前提的。但释磷本身并不是除磷脱氮工艺的最终目的。就工艺的最终目的而言,把厌氧区前置是否真正有利,利弊如何,是值得研究的。(40-110%)(200-400%)缺(10-30%)厌(70-90%)0.5-1h6-14h1-2h2-4hJHB为避免传统A/A/O工艺回流硝酸盐对厌氧池放磷的影响，通过吸收改良A/A/O工艺的优点，将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和30~50%的进水，50~150%的混合液回流均进入缺氧段，停留时间为1~3h。回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氧，再进入厌氧段，保证了厌氧池的厌氧状态，强化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥浓度可较好氧段高出50%。单位池容的反硝化速率明显提高，反硝化作用能够得到有效保证。再根据不同进水水质，不同季节情况下，生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，反硝化作用能够得到有效保证，系统中的除磷效果也有保证。基于以上认识,他们对常规除磷脱氮工艺提出一种新的碳源分配方式,缺氧区放在工艺最前端,厌氧区置后,即所谓的倒置A2/O工艺。其特点如下:①聚磷菌厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境,其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到更充分的利用,具有“饥饿效应”优势;②允许所有参与回流的污泥全部经历完整的释磷、吸磷过程,故在除磷方面具有“群体效应”优势;③缺氧段位于工艺的首端,允许反硝化优先获得碳源,故进一步加强了系统的脱氮能力;④工程上采取适当措施可以将回流污泥和内循环合并为一个外回流系统,因而流程简捷,宜于推广。据报道,该工艺在实验室机理试验中得到了较好的除磷脱氮效果。以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺随着除磷研究在微生物学领域的深化,研究者发现一种“兼性厌氧反硝化除磷细菌”———DPB(DenitrifyingPhosphorusRemovingBacteria)能在缺氧环境下,在氧化PHB的过程中能以硝酸盐代替氧作电子受体,使摄磷和反硝化这两个不同的生物过程,能够借助同一种细菌在同一环境中一并完成,实现同时反硝化和过度摄磷,即所谓“一碳(指PHB)两用”。1-3h1-2h6-12h这对于解决除磷系统反硝化碳源不足的问题和降低系统充氧能耗都具有一定的意义,于是产生了利用DPB的反硝化除磷工艺。•1DPB的特点研究表明:①DPB易在厌氧/缺氧序批反应器中积累;②DPB在传统除磷系统中大量存在;③DPB与完全好氧的聚磷菌PAO(PolyphosphateAccumulatingOrganisms)相比,有相似的除磷潜力和对细胞内有机物质(如PHB)、肝糖的降解能力。•2DEPHANOX工艺Wanner在1992年率先开发出第一个以厌氧污泥中的PHB为反硝化碳源的工艺,取得了良好的N,P去除效果,该工艺就是DEPHANOX工艺。DEPHANOX工艺是满足反硝化除磷细菌所需环境和基质的一种强化除磷工艺,其特点是在A2/O工艺的厌氧池与缺氧池之间增设一中间沉淀池和固定膜反应池(一种好氧生物膜反应器)。原污水进入厌氧反应池后,聚磷菌放磷,大部分有机底物被污泥生物降解;在中间沉淀池中活性污泥和富含P和氨的上清液分离;上清液在固定膜反应池进行硝化。这样,被沉淀的污泥则跨越固定膜反应池并与在其内生成的硝酸盐一起进入后续的缺氧反应池,同时进行反硝化和摄磷;再曝气池吹脱氮气并使聚磷菌完全再生。试验表明在缺氧反应器中硝酸盐(电子受体)缺少的情况下再曝气池完成过量磷的吸收是非常有必要的。