A2O污水處理工藝
A2O工藝的運行原理和運行方式
A2O生物脫氮除磷工藝流程:
污水與回流污泥混合后進入厭氧池，在兼性厭氧菌的作用下，部分易降解的大分子有機物轉化為小分子的VFA，聚磷菌吸收這些小分子物質合成PHB并儲存在細胞內，同時將細胞內的聚合磷酸鹽水解成正磷酸鹽釋放到水中，在厭氧段部分BOD被去除。厭氧池出水和從好氧池內回流的NO-x-N進入缺氧池被反硝化細菌利用污水中的有機物還原成N2去除，有機物和 NO-x-N都得到去除�；旌弦簭娜毖醭剡M入好氧池后主要完成有機物的進一步去除、有機氮氨化、氨氮硝化，同時聚磷菌分解體內的PHB獲取能量供自身生長繁殖，并超量吸收溶解性的正磷酸鹽以聚合磷酸鹽的形式儲存于體內，最后二沉池通過排除富磷污泥使磷得到去除。
A2O工藝的運行特點:
(1) 污水首先進入厭氧段，充分發(fā)揮了厭氧菌群對高濃度、較難降解有機物的降解優(yōu)勢，適合混有工業(yè)廢水的城市污水處理，污泥產量少。
(2) 簡化了處理流程，增加了處理功能，是最簡單的脫氮除磷工藝，減少了水力停留時間。
(3) 在厭氧-缺氧-好氧交替運行下，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般小于100，不會發(fā)生污泥膨脹。
(4) 剩余污泥中的磷含量一般可達污泥干重的6%～7% ，具有很高的肥效。
A2O工藝的運行控制
A2O脫氮除磷涉及硝化反硝化、吸磷釋磷等多個生化反應，每個反應對環(huán)境條件、基質類型、微生物組成要求不同，脫氮除磷各過程相互制約，因此了解工藝控制要素及其對脫氮除磷的影響很有必要。
1.泥量與泥齡
A2O工藝運行中系統污泥濃度和泥齡對脫氮除磷有重要影響，研究表明，當厭氧池、缺氧池、好氧池中的MLSS維持在3000～3800mg˙L，且三個反應器中的MLSS值接近時，系統具有較好的脫氮除磷效果。厭氧池聚磷菌和缺氧池反硝化細菌屬于短泥齡微生物，短泥齡有利于除磷和反硝化，一般缺氧池的泥齡為3～5d，好氧池中自養(yǎng)硝化細菌增殖速度慢，世代周期長，要使自養(yǎng)硝化細菌在系統中維持一定的數量，成為優(yōu)勢菌群，好氧段需要20～30d的長泥齡，但同時長泥齡使含磷污泥的排放過少，且在較高的泥齡下聚磷菌為維持生命活動分解聚合磷酸鹽，可能使磷從含磷污泥里重新釋放出來，不利于系統除磷，一般系統若以除磷為主要目的，泥齡可控制在6～8d，另外，反硝化聚磷菌的發(fā)現使系統在缺氧段脫氮的同時也能使磷得到部分去除，研究發(fā)現，當系統的SRT在 15d時缺氧段具有較高的脫氮除磷效果。為了兼顧脫氮除磷，建議污泥齡為硝化菌的最小世代期的2倍以上，權衡考慮將污泥齡控制在8～15d較合適。
2.碳源
脫氮除磷過程中反硝化細菌和聚磷菌是混合共生的，相互競爭碳源，且反硝化細菌會優(yōu)先攝取碳源，厭氧段碳源不足會抑制聚磷菌的釋磷，從而導致最終除磷效果變差，為了保證良好的除磷效果，厭氧段需要有充足的可供聚磷菌吸收的碳源，一般將厭氧池( SP/SBOD) 控制在0.06以內，污泥負荷控0.10kgBOD5 /( kgMLSS˙d) 以上。缺氧池內異養(yǎng)型兼性厭氧反硝化細菌需要足夠的有機物作為電子供體，以NO-x-N為電子受體，將回流混合液中的NO-x-N還原成 N2，完成系統的脫氮，因此缺氧池需要一定的C/N，根據工程實踐經驗，當COD/TKN大于8時，脫氮率可達80%。
好氧池碳源不宜過多，過多的碳源會促使好氧池內異養(yǎng)型好氧細菌成為優(yōu)勢菌群，抑制自養(yǎng)型硝化細菌的硝化作用，對系統脫氮產生負面影響，好氧池應將污泥負荷控制在0.15kgBOD5/( kgMLSS˙d)以下。系統運行過程中應定期核算污水進水水質是否滿足BOD5/TKN大于4，BOD5/TP大于20的要求，否則需要補充碳源。在碳源分配上，厭氧池、缺氧池、好氧池呈遞減趨勢，厭氧池需要過多的碳源，缺氧池碳源充足，好氧池碳源較低。
3.NH+4-N濃度
好氧段過高的NH+4-N濃度會對硝化菌產生抑制作用，要保證NH+4-N正常硝化，通常TKN/MLSS負荷率應小于0.05kgTKN/( kgMLSS˙d)
4.溶解氧( DO)
為了防止進入二沉池的混合液發(fā)生反硝化或釋磷，引起污泥上浮，影響出水水質和除磷效果，進入沉淀池的混合液中通常保證一定的DO濃度，且好氧池DO 不足會抑制硝化菌的生長，其對DO的最低忍受極限為0.5～0.7mg˙L.
增加溶解氧有利于硝化作用的進行，好氧末端DO對A2O工藝脫氮除磷的影響，結果表明隨著末端DO的增大，系統硝化速率提高，NH+4-N的去除率從60%升高到90%以上,TN的去除率從54%升高到67% ，總磷的去除率也有所提高，好氧池的DO>2mg˙L以后，硝化速率開始減緩，繼續(xù)增大DO對硝化進程不僅沒有大幅加快，還可能使回流污泥和回流混合液中DO濃度偏高，不利于厭氧段釋磷和缺氧段反硝化，根據實踐經驗將好氧段DO控制在2mg˙L為宜，最高不超過3mg˙L 。缺氧段DO會與硝酸鹽競爭電子供體，較高的DO還會影響硝酸鹽還原酶的合成及活性，一般缺氧段的DO不超過0.5mg˙L為宜。絕對的厭氧環(huán)境有利于聚磷菌的釋磷，但回流污泥不可避免的帶入部分DO和NO-x-N，實際操作中厭氧段DO<0.2mg˙L即可。
5.混合液回流比R
好氧池出水回流至缺氧池用于脫氮，回流比越大，脫氮效果越好，但較大的回流比增大了能源消耗，提高了處理成本，研究發(fā)現當R超過300%時，脫氮率可達到75%以上。
6.污泥回流比r
二沉池污泥回流到厭氧池以維持各段合適的污泥濃度，保證整個生化反應的正常進行。污泥回流比增大，泥齡增長，有利于自養(yǎng)型硝化細菌的增長，硝化作用良好，但回流污泥中過多的NO-x-N進入厭氧池不但破壞了厭氧環(huán)境，還會與聚磷菌競爭碳源，影響除磷效果。厭氧區(qū)NO-x-N濃度超過1.5mg˙L-1時，釋磷會受到抑制。相反污泥回流比減小，好氧段因硝化不完全也會導致脫氮效果不佳。一般污泥回流比在60%-100%為宜，最低不少于40%。
7.水力停留時間( HRT)
水力停留時間與進水水質、溫度等因素有關，A2O工藝整個運行時間在6～8h左右，HRT( 厭氧/缺氧/好氧) = 1/1/( 3～4) 。厭氧池水力停留時間一般為1～2h，缺氧池的水力停留時間一般為1.5～2h，好氧池的水力停留時間一般為6h左右。
8.溫度
溫度升高對生物脫氮有利，好氧段硝化反應適宜溫度為30～35℃，缺氧反硝化反應適宜溫度為15～25℃，當溫度低于15℃，生物脫氮效率明顯下降，溫度的變化對除磷影響不大，厭氧除磷的適宜溫度為5～30℃，溫度降低還可能有利生物除磷。
9.pH
厭氧段聚磷菌適宜的pH為6～8，缺氧段反硝化細菌的適宜pH為6.5～7.5，好氧段硝化細菌適宜的pH為7.5～8.5，實際操作中將污水混合液pH控制在7.0以上即可，如果pH過低，可投加石灰補充堿度。
A2O工藝發(fā)展的新形式
改良A2O工藝
改良A2O工藝的工藝流程見圖2，在厭氧池之前增設缺氧調節(jié)池，來自二沉池的回流污泥和10%左右的進水首先進入缺氧調節(jié)池，停留時間為20-30min，微生物利用約10%進水中有機物還原回流NO-x-N，消除其對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池的穩(wěn)定性，提高除磷效果，90%的進水和缺氧調節(jié)池出水混合后進入厭氧池進行釋磷,改良A2O工藝對低C/N城市生活污水的處理，得出了最優(yōu)操作條件為在缺氧調節(jié)池回流污泥比為15% ，TP去除率為89.51% ，硝化液回流比為250%時，TN去除率為65.3%。
倒置A2O工藝
倒置A2O工藝主要是針對缺氧反硝化碳源不足而改進設計的，其工藝流程見圖 3，將缺氧池置于厭氧池前面，來自二沉池的回流污泥和全部進水或部分進水，50%～150%的混合液回流均進入缺氧段，將碳源優(yōu)先用于脫氮。
缺氧池內碳源充足，回流污泥和混合液在缺氧池內進行反硝化，去除硝態(tài)氧，再進入厭氧段，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥濃度較好氧段高出50% ，單位池容的反硝化速率明顯提高，反硝化作用能夠得到有效保證。某污水處理廠采用倒置A2O工藝進行了中試試驗研究，系統運行穩(wěn)定后，BOD去除率在90%以上，出水TN去除率為80% 左右，TP的去除率穩(wěn)定在85% 以上。采用批式實驗對昆明某污水處理廠倒置A2O工藝進出水水質進行了研究，結果表明倒置A2O工藝對有機物和NH+4-N的去除率分別為 89.4%和98.6% ，A2O缺氧池內碳源不足導致反硝化反應受到限制，倒置A2O 優(yōu)先利用進水中的碳源進行反硝化，系統脫氮效果優(yōu)于A2O。
UCT工藝
UCT工藝主要是為了避免硝酸鹽干擾釋磷問題而提出的，其工藝流程見圖4，回流污泥首先進入缺氧池脫氮，缺氧段部分出流混合液再回至厭氧段。通過這樣的修正，可以避免因回流污泥中的NO-x-N回流至厭氧段，干擾釋磷而降低磷的去除率。采用UCT工藝以太原市污水處理廠初沉池出水為研究對象，對各種污染物質的去除效果進行了研究，得出的結論為: UCT工藝對COD的去除率達到85%以上，NH+4-N的去除率超過97% ，TN去除率穩(wěn)定在75%左右，PO3-4 - P去除率為80% 。
A2O工藝及其變式的比較分析
A2O工藝脫氮除磷過程的主要問題在于硝化長泥齡與釋磷、反硝化短泥齡的矛盾，反硝化與釋磷碳源分配矛盾以及污泥回流破壞厭氧環(huán)境，影響除磷問題。A2O工藝的三種變式也主要是針對這三個問題而設計的。
普通A2O工藝通常用于C/N-C/P比值較高的污水，由于碳源充足，脫氮與除磷在爭奪碳源上矛盾較小，易生物降解的含碳有機物量大，回流污泥中的NO-x-N在厭氧區(qū)消耗的碳源不至于對釋磷產生明顯影響，系統能達到較好的除磷效果。改良型A2O工藝在厭氧池前端增設的缺氧調節(jié)池利用部分進水中的有機物對回流污泥中的NO-x-N反硝化，一定程度上減輕了NO-x-N對厭氧區(qū)聚磷菌釋磷的不利影響，保持了厭氧區(qū)相對“壓抑”的環(huán)境，但由于缺氧調節(jié)池從進水中得到的碳源有限，反硝化脫氮主要發(fā)生在后續(xù)的缺氧池，同時進水中的碳源沒有完全進入厭氧池用于除磷，最終的處理效果還是受回流污泥的比例( 泥齡) 和進水中有機物的含量及分配比例影響，一般改良型A2O工藝若要達到較高的氮磷去除率，也要求污水具有較高的C/N、C/P比值。由于增設了預缺氧池，改良的A2O工藝基建費用增加，占地面積、處理成本增大。
通常厭氧池聚磷菌優(yōu)先利用污水中易生物降解的有機物除磷，而缺氧池反硝化細菌可以利用多種形態(tài)的有機物，倒置的A2O工藝將缺氧段前置，反硝化細菌優(yōu)先利用易生物降解的有機物，系統脫氮能力提高，但對厭氧池聚磷菌除磷可能產生基質競爭，為保證除磷效果，可在滿足反硝化碳源的前提下，采取分點進水，將部分進水中的碳源直接給厭氧池，用于聚磷菌的釋磷，厭氧段釋放的磷直接進入生化效率高的好氧段，吸磷效率增強，除磷效果提升。
倒置A2O工藝整個系統的活性污泥都經歷了厭氧和好氧的過程，排放的剩余污泥都能充分地吸磷，倒置A2O工藝適合C/P 較高，C/N較低的污水，一般當 BOD5/TN<4.BOD5/TP>20時，系統具有較好的脫氮除磷效果，倒置A2O工藝在我國一些大中型城鎮(zhèn)污水處理廠的建設或升級改造中得到廣泛應用。
UCT工藝中好氧池混合液和回流污泥首先進入缺氧池，脫氮效果增強，經缺氧池脫氮后的混合液隨進水進入厭氧池釋磷，一定程度上避免了NO-x-N進入厭氧區(qū)影響釋磷效果，除磷效率增強。厭氧池中的聚磷菌利用進水中70%的易生物降解有機物進行釋磷，10%左右的慢速生物降解的有機物進入缺氧池反硝化脫氮，缺氧池反硝化負荷較高。
UCT工藝適用于處理 BOD5/TN或BOD5/TP較低的城市污水，當污水C/N<4、C/P <20時，UCT工藝比普通A2O工藝具有更高的除磷效率，UCT工藝增加了從缺氧段出流液到厭氧段的回流，增加了能耗，且兩套混合液回流交叉不利于控制缺氧段的水力停留時間。
A2O工藝作為最基本的同步脫氮除磷工藝，由于實現不同功能的三種菌種( 硝化菌、反硝化菌、聚磷菌) 均不能在各自最佳的條件下生長，碳源矛盾、回流NO-x-N問題不能從根本上解決，脫氮除磷相互制約，氮磷去除率不可能同時達到最高。工程應用中可根據實際進水情況，有所偏向地重點去除氮或磷，也可以通過操作條件優(yōu)化，獲得最優(yōu)的氮磷同步去除率。
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