A2O工艺脱氮与除磷工艺

A2O工艺脱氮与除磷工艺

A2O法又称AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称（厌氧-缺氧-好氧法），是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。在传统A2O工艺的单泥系统中高效地完成脱氮和除磷两个过程，就会发生各种矛盾冲突，比如泥龄的矛盾、碳源竞争、硝酸盐及溶解氧（DO）残余干扰等。

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一、传统A2O工艺存在的矛盾

1、污泥龄矛盾

传统A2/O工艺属于单泥系统，聚磷菌（PAOs）、反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生长于同一系统中，而各类微生物实现其功能所需的泥龄不同：

1）自养硝化菌与普通异养好氧菌和反硝化菌相比，硝化菌的世代周期较长，欲使其成为优势菌群，需控制系统在长泥龄状态下运行。冬季系统具有良好硝化效果时的污泥龄（SRT）需控制在 30d 以上；即使夏季，若SRT＜5 d，系统的硝化效果将显得极其微弱。

2）PAOs 属短世代周期微生物，甚至其最大世代周期（Gmax）都小于硝化菌的最小世代周期（Gmin）。

从生物除磷角度分析富磷污泥的排放是实现系统磷减量化的渠道。

若排泥不及时，一方面会因PAOs的内源呼吸使胞内糖原消耗殆尽，进而影响厌氧区乙酸盐的吸收及聚-β-羟基烷酸（PHAs）的贮存，系统除磷率下降，严重时甚至造成富磷污泥磷的二次释放；另一方面，SRT 也影响到系统内 PAOs 和聚糖菌（GAOs） 的优势生长。

在30℃的长泥龄（SRT≈ 10d）厌氧环境中，GAOs 对乙酸盐的吸收速率高于PAOs，使其在系统中占主导地位，影响 PAOs释磷行为的充分发挥。

2、碳源竞争及硝酸盐和DO残余干扰

在传统A2/O脱氮除磷系统中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面，其中释磷和反硝化速率与进水碳源中易降解部分的含量有很大关系。一般而言，要同时完成脱氮和除磷两个过程，进水的碳氮比（BOD5 /ρ(TN)）＞4～5，碳磷比（BOD5 /ρ(TP)）＞20～30。

当碳源含量低于此时，因前端厌氧区 PAOs 吸收进水中挥发性脂肪酸（VFAs）及醇类等易降解发酵产物完成其细胞内 PHAs 的合成，使得后续缺氧区没有足够的优质碳源而抑制反硝化潜力的充分发挥，降低了系统对 TN 的脱除效率。

反硝化菌以内碳源和甲醇或 VFAs 类为碳源时的反硝化速率分别为 17～48 、120～900 mg/(g·d)。

因反硝化不彻底而残余的硝酸盐随外回流污泥进入厌氧区，反硝化菌将优先于 PAOs 利用 环境中的有机物进行反硝化脱氮，干扰厌氧释磷的正常进行，最终影响系统对磷的高效去除。

一般，当厌氧区的 NO3-N 的质量浓度＞1.0 mg/L 时，会对 PAOs 释磷产生抑制，当其达到 3～4 mg/L 时，PAOs 的释磷行为几乎完全被抑制，释磷（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）残余干扰主要包括：

1）从分子态氧（O2）和硝酸盐（NO3-N）作为电子受体的氧化产能数据分析，以O2作为电子受体的产能约为 NO3-N的 1.5倍，因此当系统中同时存在O2和NO3-N时，反硝化菌及普通异养菌将优先以O2为电子受体进行产能代谢。

2）氧的存在破坏了PAOs释磷所需的“厌氧压抑”环境，致使厌氧菌以O2为终电子受体而抑制其发酵产酸作用，妨碍磷的正常释放，同时也将导致好氧异养菌与PAOs进行碳源竞争。

一般厌氧区的DO的质量浓度应严格控制在0.2mg/L以下。从某种意义上来说硝酸盐及DO残余干扰释磷或反硝化过程归根还是功能菌对碳源的竞争问题。

二、传统A2O工艺改进策略

1、基于 SRT 矛盾的复合式

A2O工艺在传统A2O工艺的好氧区投加浮动载体填料，使载体表面附着生长自养硝化菌，而 PAOs 和反硝化菌则处于悬浮生长状态，这样附着态的自养硝化菌的 SRT 相对独立，其硝化速率受短 SRT 排泥的影响较小，甚至在一定程度上得到强化。

悬浮污泥SRT、填料投配比及投配位置的选择不仅要考虑硝化的增强程度，还要考虑悬浮态污泥 含量降低对系统反硝化和除磷的负面影响。

载体填料的投配并不意味可大幅度增加系统排泥量，缩短悬浮污泥 SRT 以提高系统除磷效率；相反，SRT 的 缩短可能降低悬浮态污泥（MLSS）含量，从而影响系统的反硝化效果，甚至造成除磷效果恶化。

研究表明，当悬浮污泥 SRT 控制为 5 d 时，复合式A2O工艺的硝化效果与传统A2/O工艺相比，两者的硝化效果无明显差异，复合式A2/O工艺的载体填料不能完全独立地发挥其硝化性能；若再降低悬浮污泥SRT则因系统悬浮污泥含量的降低致使硝酸盐积累，影响厌氧磷的正常释放。