A2O工艺问题分析与改进措施李培

2010年第8期广东化工第37卷总第208期·283·A2O工艺问题分析与改进措施李培，潘杨，张同祺(苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215011)[摘要]由于A2/O工艺中存在反硝化菌与聚磷菌竞争碳源、异养菌与自养菌泥龄矛盾、回流硝酸盐对聚磷菌释磷的影响等问题，造成了工艺对N、P同时去除效果不佳，针对这些问题分别提出了几种解决措施和改良工艺。克服了A2/O工艺部分固有缺陷,优化和提高了其处理能力。[关键词]A2/O工艺；脱氮除磷；碳源；泥龄；硝酸盐；工艺改良[中图分类号]X[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)08-0283-02ProblemsAnalysisandCorrectiveMeasuresinAAOCraftLiPei,PanYang,ZhangTongqi(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215011,China)Abstract:Becausetherearesomeproblems,justlikethedenitrificationfunguswithtogatherthephosphorusfunguscompetitioncarbonsource,theheterotrophicbacteriaandtheautotrophicbacteriumputtyagecontradiction,thebackflownitratetogathersthephosphorusfungustoreleasephosphorusandsoon,inA2/Oprocess,whichcausedthecrafttoN,Psimultaneouslytoremovetheeffectnottobegood.Researchersproposedseveralkindsofsolutionmeasuresandtheimprovementcraftseparatelyinviewofthesequestions,whichhasovercomeA2/Ocraftpartinherentflawandoptimizedandsharpeneditshandlingability.Keywords:A2/Oprocess；biologicalphosphorusandnitrogenremoval；carbonsource；sludgeage；nitrate；processimproving生物脱氮除磷A2/O工艺的发展虽然只有20多年，但因其工艺简单，能兼顾脱氮和除磷，并且有较好的去除效果，所以发展比较迅速。目前在我国有很大一部分的污水厂都采用该工艺。但随着国家对氮、磷控制标准的日益提高，A2/O工艺凸显出一些问题，如：碳源、泥龄、硝酸盐等问题，硝化菌、反硝化菌和聚磷菌等菌种很难在同一系统中获得最佳的生存状态，从而使系统对N、P同时去除效果不佳，阻碍着生物脱氮除磷技术的应用[1]。为了解决以上的问题，国内外许多研究者在A2/O工艺形式和工艺控制上进行了一系列革新，提出了一系列的改进工艺。1聚磷菌和反硝化菌对碳源的竞争问题在脱氮除磷A2/O工艺中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。其中释磷和反硝化的反应速率与进入各自反应池中的易降解碳源，尤其是挥发性有机脂肪酸(VFA)的数量关系很大[2]。我国市政污水中易降解的有机碳源相对较低，南方城市更为明显[3]，在A2/O工艺中，聚磷菌优先利用进水中的碳源进行厌氧释磷，使得在后续缺氧反硝化过程中碳源不足，从而影响脱氮效果，因此在A2/O工艺中存在释磷和反硝化因碳源不足而引发的竞争问题，针对这一问题提出了以下几种途径解决。1.1改变进水方式分点进水，在厌氧段和缺氧段根据实际情况合理分配分段进水流量，以便同时满足聚磷菌和反硝化菌对碳源的需要，如：中国市政工程华北设计研究院结合实际工程设计，开发应用了多点进水倒置A2/O工艺[4]；杨殿海等[5]开发的改良A2/O工艺(MAAO)；李燕峰等[6]研究的分点进水厌氧一多级缺氧好氧活性污泥工艺和Chang[7]研究的AOAO工艺等。将生化区的进水碳源分配给厌氧池和缺氧池来同时达到释磷和反硝化的最佳，以此解决碳源的竞争问题。1.2一碳两用随着反硝化除磷细菌DPB的发现，形成了以厌氧污泥中的PHB为碳源的反硝化工艺[8]，如：BCFS[9-10]、Dephanox[11]等工艺，其主要特点是碳源利用率高，在反硝化除磷工艺中，废水中的碳源在厌氧段由DPB以聚羟基丁酸脂(PHB)的形式储存起来，在缺氧环境中这部分PHB被DPB同时用于反硝化和吸磷作用，达到了“一碳两用”的目的[12]，但反硝化除磷工艺目前面临着DPB的富集和利用不足等问题。1.3补充碳源补充的碳源可分为两类：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，另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组分的有机废水等，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池，也可以是厌氧反应池，在厌氧反应池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[13]。但此方法运行费用比较高，一般适合小型污水的处理。1.4其它方法可以通过提高系统有机负荷来解决碳源竞争问题。进水有机负荷与进水流量和整个系统的有效容积有关，一方面在有效容积不变的条件下增加进水流量；另一方面在进水流量不变的情况下，通过缩短运行周期减少有效容积达到提高有机负荷目的[14]。2反硝化菌、聚磷菌和硝化菌的泥龄矛盾反硝化细菌和聚磷细菌为短污泥龄细菌,污泥龄越短则反硝化速率越快,而除磷的效果也越好。而硝化细菌繁殖速度慢,世代周期较长,属长污泥龄细菌，过短的污泥龄会使系统中硝化细菌过量外排而影响其硝化功能。因此在统一的污泥系统中,为了同时获得较好的释磷、反硝化和硝化效果，势必会造成系统运行上的泥龄矛盾[15-16]。实际生产中，A2/O系统常采用10～15d的长污泥龄以满足硝化功能,因此也就造成系统在一定程度上牺牲了部分有机物降解和除磷效率[17-18]。为了使各类菌种最大程度上发挥自身的优势，研究者提出了以下几种解决途径。2.1双污泥脱氮除磷工艺双污泥脱氮除磷工艺，如：李勇等开发的改良A2/O双泥工艺[19]；PASF工艺[20]等。该类工艺分前后两段，前段采用活性污泥法，主要由厌氧池、缺氧池、短泥龄好氧池、沉淀池等构筑物组成；后段为生物膜法，主要采用曝气生物滤池。污水依次流经活性污泥段和生物膜段。系统回流包括污水回流和污泥回流，污水回流是将部分生物滤池出水回流至缺氧池，以保证脱氮效果；污泥回流则是将沉淀池污泥部分回流到厌氧池，其余富含磷的剩余污泥被排掉。采用微生物分相的方法使硝化细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。将除磷和脱氮在空间或时间上分开，解决了聚磷菌、硝化菌不同泥龄的矛盾，具有稳定的处理效果和较高的处理效[收稿日期]2010-06-01[基金项目]“十一五”国家重大科技专项子课题(2008ZX07313-002-02)[作者简介]李培(1984-)，男，汉族，河南平顶山人，研究生，主要从事水污染技术的研究。广东化工2010年第8期·284·期率[21]。控制硝化滤池出水硝酸盐的回流量，解决厌氧段反硝化与除磷菌释磷的矛盾。创造有利于反硝化除磷菌的生长环境，降低了对碳源的需求。2.2将厌氧池上清液排出，辅以化学除磷根据聚磷菌的特性，可以在污水处理工艺中将磷酸盐富集在厌氧段的上清液中，通过排除富磷上清液达到除磷的目的，同时可以有效克服污泥龄对硝化效果的负面影响，而且富磷上清液可通过化学法处理而达到磷的回收[22]。这样做的优点：一是除磷效果不依赖于泥龄，剩余污泥减少，可以降低污泥处理费用；二是保证了硝化菌的生长条件，实现长泥龄下的同时除磷脱氮。然而辅以化学除磷会增加运行费用，厌氧池中进行化学除磷的上清液量也会影响整个系统的除磷效果，同时还应考虑设备防腐问题。3回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响在A2/O工艺中，回流污泥中含有大量的硝酸盐，回流到厌氧区后优先利用进水中的VFA等易降解碳源进行反硝化，从而使厌氧释磷所需碳源不足，影响了系统充分释磷，从而影响聚磷菌在好氧池中的吸磷量，最终使除磷量减少，使系统的除磷效率降低。如何解决回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响，对此研究者给出了一些解决方案。3.1改变污泥回流点改变污泥回流点，如UCT[23]、VIP[24-25]、MUCT[26]等工艺，与A2/O工艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池，这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷。增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流，由缺氧池中反硝化作用已经使硝酸盐浓度大大的降低了，缺氧池的混合液回流不会破坏厌氧池的厌氧状态，并且回流的混合液中含有较多的溶解性BOD，从而为厌氧段内所进行的有机物水解反应提供了最优的条件。该类工艺增加了一次回流，多一次提升，操作运行复杂，运行费用将增加。还有一种为多点回流的A2/O工艺。昆明第二污水处理厂和汕头东区污水处理厂就采用了这种污泥回流方式。该工艺在污泥回流位置上作了一些变动,只有小部分污泥回流到厌氧池,大部分则回流到缺氧池，从而减轻了硝酸盐对释磷的影响。但是，由于只有小部分污泥经历了完整的厌氧—好氧过程，大部分污泥没有经过厌氧阶段就直接进入缺氧和好氧环境，反而对除磷不利[27]。3.2在A2/O工艺前增加预缺氧段利用进水中的部分碳源先对回流污泥进行反硝化,去除去其中的硝酸盐.如来自南非约翰内斯堡的JHB[24-25]、A-A2/O[28]和MAAO工艺[5]等。回流活性污泥直接进入预缺氧区，微生物利用部分进水中的有机物和内源反硝化去除回流硝态氮，消除硝态氮对厌氧池的不利影响，从而保证厌氧池的稳定性，有利于聚磷菌的释磷从而为好氧区的吸磷提供更大的潜力。增加了污泥反硝化，有助于进水中总氮的去除效率。3.3改变缺氧池的位置通常有以下两种做法：一种是把缺氧反硝化池前置,如张波等提出的倒置A2/O工艺[29]，与传统A2/O相比，该工艺的创新点在于将缺氧池置于厌氧池之前，形成了缺氧－厌氧－好氧的流程形式，缺氧池在前，避免了回流污泥中携带的硝酸盐对厌氧区的不利影响，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。将常规A2/O工艺的污泥回流系统与混合液内循环系统合二为一，污泥回流比大，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，使得排放的剩余污泥含磷量更高，流程简捷，便于管理，节省了基建投资与运行费用。另一种是把缺氧反硝化池后置，就是放在好氧池后面。如杨殿海等人开发的改良A2/O工艺(MAAO)[5]。将缺氧区和好氧区顺序对调，改变回流污泥的起始点，在反硝化结束后开始污泥回流，经过反硝化后的污泥所含硝酸盐极少，回到厌氧池中经原水的稀释和反硝化后对厌氧释磷基本无影响。并且后置反硝化由于流程上的优势取消了内回流，大大减小能耗。4结语文章在国内外专家学者研究的基础之上总结了一些对A2/O工艺的改进类型。对具实际的工程设计、调试和优化有一定的指导意义。这些革新工艺是在原A2/O工艺上的改进与优化，虽然解决了一些问题，但往往伴随着新的问题，并不完善，因此还需要进一步研究。在实际工程上，应根据不同的进水水质、气候条件、运行管理等要素，来选择不同的改进工艺，以达到最好的处理效果。参考文献[1]张杰，臧景红，杨宏，等．A2/O工艺的固有缺欠和对策研究[J]