多功能水處理藥劑復(fù)合碳源廠家70%污水廠的脫氮除磷問題，傳統(tǒng) A²/O 工藝是一項(xiàng)具有脫氮除磷功能的典型污水處理技術(shù)，這個(gè)工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水力停留時(shí)間(HRT)短且易于控制，多數(shù)污水廠都是采用傳統(tǒng) A²/O 工藝進(jìn)行污水處理。
然而，生物脫氮除磷的過程中涉及硝化、反硝化、攝磷和釋磷等多個(gè)生化過程，而每個(gè)過程對(duì)微生物組成、基質(zhì)類型及環(huán)境條件的要求存在許多差異。
在傳統(tǒng) A²/O 工藝的單泥系統(tǒng)中高效地完成脫氮和除磷兩個(gè)過程，就會(huì)發(fā)生各種矛盾沖突，比如泥齡的矛盾、碳源競(jìng)爭(zhēng)、硝酸鹽及溶解氧(DO)殘余干擾等。
傳統(tǒng)A²O工藝存在的矛盾
傳統(tǒng)A²/O 工藝屬于單泥系統(tǒng)，聚磷菌(PAOs)、 反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生長(zhǎng)于同一系統(tǒng)中，而各類微生物實(shí)現(xiàn)其功能最大化所需的泥齡不同：
1)自養(yǎng)硝化菌與普通異養(yǎng)好氧菌和反硝化菌相比，硝化菌的世代周期較長(zhǎng)，欲使其成為優(yōu)勢(shì)菌群， 需控制系統(tǒng)在長(zhǎng)泥齡狀態(tài)下運(yùn)行。冬季系統(tǒng)具有良好硝化效果時(shí)的污泥齡(SRT)需控制在 30d 以上;即使夏季，若 SRT<5 d，系統(tǒng)的硝化效果將顯得極其微弱 。
2)PAOs 屬短世代周期微生物，甚至其最大世代周期(Gmax)都小于硝化菌的最小世代周期(Gmin)。
從生物除磷角度分析富磷污泥的排放是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)磷減量化的唯一渠道。
若排泥不及時(shí)，一方面會(huì)因 PAOs 的內(nèi)源呼吸使胞內(nèi)糖原 (Glycogen)消耗殆盡，進(jìn)而影響厭氧區(qū)乙酸鹽的吸收及聚 -β- 羥基烷酸(PHAs)的貯存，系統(tǒng)除磷率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至造成富磷污泥磷的二次釋放;另一方面，SRT 也影響到系統(tǒng)內(nèi) PAOs 和聚糖菌(GAOs) 的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)。
在 30 ℃的長(zhǎng)泥齡(SRT≈ 10 d)厭氧環(huán)境中，GAOs 對(duì)乙酸鹽的吸收速率高于PAOs，使其在系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，影響 PAOs 釋磷行為的充分發(fā)揮。
02 碳源競(jìng)爭(zhēng)及硝酸鹽和 DO 殘余干擾
在傳統(tǒng)A²/O脫氮除磷系統(tǒng)中，碳源主要消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌的正常代謝等方面，其中釋磷和反硝化速率與進(jìn)水碳源中易降解部分的含量有很大關(guān)系。一般而言，要同時(shí)完成脫氮和除磷兩個(gè)過程，進(jìn)水的碳氮比(BOD5 /ρ(TN))>4～5，碳磷比(BOD5 /ρ(TP))>20～30。
當(dāng)碳源含量低于此時(shí)，因前端厭氧區(qū) PAOs 吸收進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)及醇類等易降解發(fā)酵產(chǎn)物完成其細(xì)胞內(nèi) PHAs 的合成，使得后續(xù)缺氧區(qū)沒有足夠的優(yōu)質(zhì)碳源而抑制反硝化潛力的充分發(fā)揮，降低了系統(tǒng)對(duì) TN 的脫除效率。
反硝化菌以內(nèi)碳源和甲醇或 VFAs 類為碳源時(shí)的反硝化速率分別為 17～48 、120～900 mg/(g·d)。因反硝化不徹底而殘余的硝酸鹽隨外回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，反硝化菌將優(yōu)先于 PAOs 利用 環(huán)境中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行，最終影響系統(tǒng)對(duì)磷的高效去除。
一般， 當(dāng)厭氧區(qū)的 NO3-N 的質(zhì)量濃度>1.0 mg/L 時(shí)，會(huì)對(duì) PAOs 釋磷產(chǎn)生抑制，當(dāng)其達(dá)到 3～4 mg/L 時(shí)，PAOs 的釋磷行為幾乎完全被抑制，釋磷(PO4 3--P)速率降 至 2.4 mg/(g·d)。
按照回流位置的不同，溶解氧(DO)殘余干擾主要包括：
1)從分子態(tài)氧(O2)和硝酸鹽(NO3-N) 作為電子受體的氧化產(chǎn)能數(shù)據(jù)分析，以 O2 作為電子受體的產(chǎn)能約為 NO3-N 的 1.5 倍，因此當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)存在 O2 和 NO3-N 時(shí)，反硝化菌及普通異養(yǎng)菌將優(yōu)先以 O2 為電子受體進(jìn)行產(chǎn)能代謝。
2)氧的存在破壞了 PAOs 釋磷所需的“厭氧壓抑”環(huán)境，致使厭氧菌以 O2 為終電子受體而抑制其發(fā)酵產(chǎn)酸作用，妨礙磷的正常釋放，同時(shí)也將導(dǎo)致好氧異養(yǎng)菌與 PAOs 進(jìn)行碳源競(jìng)爭(zhēng)。
一般厭氧區(qū)的 DO 的質(zhì)量濃度應(yīng)嚴(yán)格控制在 0.2 mg/L 以下。從某種意義上來說硝酸鹽及 DO 殘余干擾釋磷或反硝化過程歸根還是功能菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)問題。
傳統(tǒng)A²O工藝改進(jìn)策略分析
01 基于 SRT 矛盾的復(fù)合式
A²/O工藝在傳統(tǒng) A²/O工藝的好氧區(qū)投加浮動(dòng)載體填料， 使載體表面附著生長(zhǎng)自養(yǎng)硝化菌，而 PAOs 和反硝化菌則處于懸浮生長(zhǎng)狀態(tài)，這樣附著態(tài)的自養(yǎng)硝化菌的 SRT 相對(duì)獨(dú)立，其硝化速率受短 SRT 排泥的影響較小，甚至在一定程度上得到強(qiáng)化。
懸浮污泥 SRT、填料投配比及投配位置的選擇不僅要考慮硝化的增強(qiáng)程度，還要考慮懸浮態(tài)污泥 含量降低對(duì)系統(tǒng)反硝化和除磷的負(fù)面影響。
載體填料的投配并不意味可大幅度增加系統(tǒng)排泥量，縮短懸浮污泥 SRT 以提高系統(tǒng)除磷效率;相反，SRT 的 縮短可能降低懸浮態(tài)污泥(MLSS)含量，從而影響 系統(tǒng)的反硝化效果，甚至造成除磷效果惡化。
研究表明，當(dāng)懸浮污泥 SRT 控制為 5 d 時(shí)，復(fù)合式 A²/O 工藝的硝化效果與傳統(tǒng) A²/O工藝相比， 兩者的硝化效果無明顯差異，復(fù)合式 A²/O工藝的載 體填料不能完全獨(dú)立地發(fā)揮其硝化性能;若再降低懸浮污泥 SRT 則因系統(tǒng)懸浮污泥含量的降低致使 硝酸鹽積累，影響厭氧磷的正常釋放。
02 基于“碳源競(jìng)爭(zhēng)”角度的工藝
解決傳統(tǒng) A²/O工藝碳源競(jìng)爭(zhēng)及其硝酸鹽和 DO 殘余干擾釋磷或反硝化的問題，主要集中在 3 方面：
針對(duì)碳源競(jìng)爭(zhēng)采取的解決策略，如補(bǔ)充外碳源、反硝化和釋磷 重新分配碳源(如倒置 A²/O工藝)等;
解決硝酸鹽干擾釋磷提出的工藝改革，如 JHB、UCT、MUCT 等工藝;
針對(duì) DO 殘余干擾釋磷、反硝化的問題， 可在好氧區(qū)末端增設(shè)適當(dāng)容積的“非曝氣區(qū)”。
1、補(bǔ)充外碳源
補(bǔ)充外碳源是在不改變?cè)泄に嚦伢w結(jié)構(gòu)及各功能區(qū)順序的情況下，針對(duì)短期內(nèi)因水質(zhì)波動(dòng)引起碳源不足而提出的應(yīng)急措施。
2 類：
1)甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸鈉等有機(jī)化合物;
2)可替代有機(jī)碳源，如厭氧消化污泥上清液、 木屑、牲畜或家禽糞便及含高碳源的工業(yè)廢水等。相對(duì)糖類、纖維素等高碳物質(zhì)而言，因微生物以低分子碳水化合物(如，甲醇、乙酸鈉等)為碳源進(jìn)行合成代謝時(shí)所需能量較大，使其更傾向于利用此類碳源進(jìn)行分解代謝，如反硝化等。
任何外碳源的投加都要使系統(tǒng)經(jīng)歷一定的適應(yīng)期，方可達(dá)到預(yù)期的效果。
針對(duì)要解決的矛盾主體選擇合適的碳源投加點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗至關(guān)重要。一般在厭氧區(qū)投加外碳源不僅能改善系統(tǒng)除磷效果，而且可增強(qiáng)系統(tǒng)的反硝化潛能;但是若反硝化碳源嚴(yán)重不足致使系統(tǒng) TN 脫除欠佳時(shí)， 應(yīng)優(yōu)先考慮向缺氧區(qū)投加。