A2、O工艺的固有缺欠与对策探讨

1、A2/0工艺的固有缺陷与对策研究 张杰杰Jing景宏杨宏宏刘俊良 摘要分析了 A2/0系统的固有缺点：有机负荷，污泥龄和碳源需求中的硝化细菌，反硝化 细菌和磷积累细菌 需求之间存在矛盾和竞争，阻碍了生物除磷和脱氮技术的应用。因此，来自不同国家的水处 理专家开展了针对性 大量的研究，新的过程层出不穷，但仍然没有根本性的突破，营养去除的总体效果还没有得 到明显改善。在 在深入分析研究的基础上，指出兼性厌氧反硝化除磷细菌的生物学特性应作为发展PHB碳 源的基础。 对新技术和硝化菌与反硝化除磷菌分离的双污泥系统的研究为生产实践提供了理论依据和 指导。 关键词A2/0工艺碳源脱氮除磷菌DEPHANOX工

2、艺双污泥系统 生物除磷除氮A2/O工艺的发展仅20多年了。 但是由于其工艺简单，因此可以考虑去除N和P,效果更好。 因此，发展相对较快。随着污水排放的不断要求 为了改进，许多研究人员集中在过程本身的问题上，例如硝酸盐 不同的污泥龄，磷释放和化学细菌，反硝化细菌和磷积累细菌的反硝化作用 破源等的竞争已经以工艺形式和工艺流程进行了。 一系列创新和新工艺层出不穷，尤貝是随着除磷机理的研究 在微生物学领域的深化研究，脱氮除磷菌DPB的开发中 现在该工艺具有广阔的发展前景。 1 A2/O工艺开发 1932年开发的Wuhnnann工艺是最早的反硝化工艺 工艺（见图1）,该工艺遵循硝化和反硝化的顺序 组。由

3、于反硝化过程需要碳源，因此该后反硝化过程 该过程使用微生物的内源性代谢产物作为碳源，并释放能量。 释放速率非常低，因此氮去除速率也非常低。另外，污水进入 系统的第一阶段是好氧反应，能耗太髙；如原污水 好氧池中较髙的氮含量会导致好氧池体积过大，实际上导致 不能满足硝化条件，特别是温度为15以下 有时尤其如此：在缺氧时期，微生物的死亡释放出有机物 氮和氨，其中一些会与水一起流出，从而减少了系统中的总氮 删除。因此，该过程在工程中不切实际，但在将来是可行的 脱磷脱氮技术的发展奠宦了基础。 进水 厂匡画一吃篡世一乜细f 出水 1删淀 图1 Wuhrmann脱氮I.艺流程 1962 年,Ludzack

4、和 Ettinger 首次提出 水中可生物降解物质的预脱氮作为反硝化能 该工艺解决了碳源不足的问题。1973年，巴纳徳 在开发Bardc叩ho工艺时提岀了改进的Ludzack Ettinger反硝化工艺，即广泛使用的A/O工艺（见图） 2）。在A/O过程中，回流液中的大量硝酸盐进入缺氧槽 之后，可以从原污水中获得足够的有机物，以反硝化并除去氮 要充分进行。A/O过程无法实现完全脱硝，因为 好氧反应器总流量的一部分不返回到缺氧反应器 它直接与废水一起排放。 观合液回流 进水 图2改良型Ludzack- Etl i怦e门悦氮工艺流程 为了克服A/0工艺不完全脱氮的缺陷，1973年 在巴纳徳（Bar

5、nard）提议将这一工艺与伍尔曼（Wuhrmann）工艺相结合的那一年, 并将其称为Bardc叩ho流程（请参见图3）。巴纳徳认为 来自一级好氧反应器的低浓度硝酸盐排放到二级缺氧反应中 该设备将被反硝化，并产生相对不含硝酸盐的废水。对于 为了去除二次缺氧装置中产生的污泥絮凝物 在保留细小气泡和污泥的过程中释放的氨， 在氧气反应器和最终沉淀池之间引入了快速的有氧反应 设备。Bardc叩ho工艺在槪念上能够完全去除硝酸盐 有潜力，但实际上是不可能的。 一混含液I回说- 图3 Barden pho脱氮工艺流程（4阶段Bar den pho脱氮工艺） 1976年，巴纳徳通过了 Bardc叩ho程序 试

6、验研究后提议：Bardc叩ho过程中的原发性缺氧反应 在反应器可以有效去除磷之前添加厌氧反应器（请参见图4）。工人 艺术在南非被称为5阶段Phoredox工艺，简称Phoredox 该过程在美国被称为改进的Bardc叩ho过程。 混合痕回就 逆水五阿*缺祗池*好筑池卜缺赢母氧池卜|严淀池卜出水 f回流污泥则余泻泥- 图4 Phoredox工艺流程（改良型Bardenpho工艺或 5阶段Barden pho除磷脱氮工艺） 1980年,拉比诺维兹（Rabinowitz）和马雷（Marais） 在艺术研究中，选择3阶段Phoredox工艺，即所谓的 传统的A2/0工艺（见图5）。 混合般回流 图5

7、传统A2/O T艺流侧Phoredox 3阶段生物除磷脱氮工艺） 2A2/O工艺的固有缺点 A2/0工艺的固有缺陷是细菌硝化和反硝化 细菌和磷积累细菌存在于有机负荷，污泥年龄和碳源需求中 由于冲突和竞争，难以在同一系统中同时获得氮和磷。 有效去除阻碍了生物除磷和氮去除技术的应用。其中 主要问题是厌氧环境下反硝化和磷释放对碳源的影响。 竞争。根据生物除磷原理，在厌氧条件下，磷积累细菌 通过细菌之间的合作，有机物在水解的帮助下转化为挥发性酸 多磷释放的能量将其吸收到体内并利用其聚集B疑丁基 以酸性PHB形式存储，以在随后的有氧条件下提供过量的磷吸收 自我扩散所需的碳源和能量。如果有更多的厌氧区 硝

8、酸盐，反硝化细菌将利用有机物作为电子供体 硝化，消耗进水中的有机碳源，并影响厌氧产品PHB 合成后，再彫响后续除磷效果。一般来说， 为达到去除氮和磷的目的，城市污水中碳氮比（COD/ N ）至少为45 2。当城市污水中的碳源低于此要求时 此时，由于该过程将厌氧磷释放后进行缺氧反硝化，因此反应 硝化作用受碳源数量和大量未脱氮作用的限制 硝酸盐与回流污泥一起进入厌氧区，这会干扰磷的厌氧释放。 通常（有时甚至导致磷积累细菌直接吸收磷），最终产生影响 它影响整个营养盐去除系统的稳定运行。 解决A2/O工艺中碳源不足以及由此引起的硝酸盐 进入厌氧区以干扰磷释放的问题，研究人员进行了很多 工艺改进可概括为

9、三个主要方而：一是解决硝酸 盐于扰磷释放问题（例如UCT, MUCT等）提出的过程。 技术;二是直接解决碳缺乏的问题 给碳源充电，改变取水方式，重新分配碳以进行反硝化和除磷 来源，然后形成一些过程，例如：JHB过程，倒置A2/0 处理;第三种是由于发现了脱氮除磷细菌DPB而形成的 在厌氧污泥中使用PHB作为脱氮碳源的过程，例如： Dephanox工艺和双污泥系统的脱磷反硝化工艺。 3硝酸盐干扰磷释放问题的工艺对策 南非UCT （开普敦大学，1983年）工人 Art （参见图6）将A2/0中的污泥回流从厌氧区更改为 氧气区，污泥被反硝化，然后返回到厌氧区，减少了回流 污泥中的硝酸盐和溶解氧含量。

10、当UCT过程 当分段反应器在较短的水力停留时间和低泥龄下运行时 在美国被称为 VIP （Virginia Initiative Process, 1987） 过程。与A2/O工艺相比，UCT工艺 在COD/TKN比下，缺氧区的反硝化可使厌氧区返回 混合液中的硝酸盐含量接近于零。当水进入TKN/ 当COD较髙时，缺氧区无法实现完全脱氮，并且仍然存在一些 分离岀的硝酸盐进入厌氧区，因此产生了改进的UCT工艺 MUCT过程（请参见图7）。MUCT过程有两个缺点 氧气罐，第一个从二级沉淀池接收回程污泥，后者从好氧池接收 区域硝化混合液，使污泥的反硝化和混合液的反硝化完全 分开，进一步降低硝酸盐进入厌氧

11、区的可能性。 混合液回流 混合汶回潦 me UCT生物除磷脱氮工艺流程 泡合液回流 洩合喪回流 图7 M U CT生物除磷脱氮工艺流程 4弥补碳源不足的过程对策 41补充碳源 补充碳源可分为两类：一类包括甲醇，乙醇， 丙酮和乙酸可用作外部碳源化合物。 可生物降解的COD源，可以从一级沉淀池污泥中发酵 上淸液4或其他酸消化池的上淸液或某种 具有大量易于生物降解的COD成分的有机废水，例如：小麦 芽行业废水，果蔬行业废水和果汁行业废水 等待。碳源的加药位置可以是缺氧反应器或 厌氧反应器，在厌氧反应器中添加碳源不仅可以改善 去除磷，并且可以增加硝酸盐的去除潜力，因为该剂量易于增长 降解的COD可以加

12、快初始反硝化速率，并且可以运行 时间较长1。 4 2改变进水方式 取消初始沉淀池或缩短初始沉淀时间5以进行沉淀 沙池废水中大量的颗粒有机物直接进入生化反应 系统，这种传统的第一个沉淀池污泥进入生化 在反应池之后，它可以触发常规活性污泥处理系统的边界条件 重要的变化之一是水中有机物的总量增加了。 这减轻了碳源不足的问题，并提高了磷和氮的去除效率。 同时，降低运营成本。功能齐全的城市污水处理 就工厂而言，这种碳源很容易获得，无需额外费用。 约翰内斯堡（JHB）流程2是A2/0流程 在氧气区的污泥回流管线中增加了一个缺氧槽（见图8）, 这样，来自第二沉降池的污泥可使用约33%的进水 有机物被用作反硝

13、化的碳源，以去除硝酸盐氮，去除硝酸盐 对厌氧池厌氧环境的不利影响。 进水6碎 厌氛池4 議紙恤亠馬蠢池卜沉粪池出水 回流污淀 图8 JHB工艺流程 另外，有人建议传统的A2/O工艺使用1/3 水进入缺氧区，2/3的进水进入厌氧区。 较高的氮，磷去除效果7。 4- 3A2/O倒置处理 根据同济大学的高廷瑶和张波8,传统的A2/0工人 厌氧，缺氧和有氧安排艺术的合理性值得怀疑。其碳 在源分配方面，始终优先考虑释放磷的需求，并设置厌氧区 在过程的最前而，缺氧区位于后面。这种方法是牺牲系统 反硝化率是前提。但是磷的释放本身并不是 氮气工艺的最终目标。就工艺品的最终目的而言， 氧气区的前部是否真正有益，

14、有哪些优点和缺点是值得研究的。 基于以上认识，他们提岀了常规的除磷脱氮工艺 一种新的碳源分配方法。低氧区位于过程的最前端。 放置氧气区后，进行所谓的反向A2/O处理（请参见图9）。它的特殊 要点如下：厌氧释放磷后，富磷细菌直接进入生化效率 在高氧环境下，厌氧条件下形成的磷吸收能力可以 为了更充分地利用，具有“饥饿效应”的优势；允许 所有参与回流的污泥均已完全释放磷和吸收磷 工艺上，因此在除磷方而具有“群效应”的优势：低氧位置 在该过程开始时，允许反硝化优先获得碳源，因此进一步 增强系统的反硝化能力：在工程中采取适当措施可以 为了将回流污泥和内部循环结合到外部回流系统中， 该过程简单，方便推广。

15、根据他们的报告，该过程是 在实验室机理测试中，获得了良好的脱磷反硝化效果。 进水亠 短时初沉池亠 臥氧池M厌氧池H好氧池H二沉池4出水 1回流污泥 剩余汚泥. 图9倒置A2/0 T艺流程 5在厌氧污泥中使用PHB作为脱氮碳源的工艺 随着微生物学领域除磷研究的深入，研究人员 发现“兼性厌氧反硝化除磷细菌”DPB （脱氮除菌细菌）可以 在氧气环境中，硝酸盐可以在PHB氧化过程中替代氧气 作为电子受体，磷吸收和反硝化的两个不同生物学过程 该过程可以在具有相同细菌的相同环境中完成， 同时反硝化和过虽磷的吸收，所谓的“一个碳（指PHB）” 双重目的”。这是为了解决除磷系统中反硝化用碳源不足的问题。 该问

16、题和降低系统氧合能耗具有一定的意义。 使用DPB的反硝化和除磷工艺诞生了。 5 1 DPB的功能 研究显示：DPB易于在厌氧/缺氧泄序批处理反应器中使用 积累DPB在传统的除磷系统中非常丰富：DPB 随着完全好氧的磷酸盐累积细菌PAO （多磷酸盐 积累的生物）具有相似的除磷潜力 以及细胞中有机物质（例如PHB）和糖原的降解 力9。 5 2 DEPHANOX 工艺 万纳率先开发岀第一种厌氧污染物 泥浆中的PHB是反硝化碳源工艺，取得了良好的效果 N, P去除效果10,此过程为DEPHANOX过程 （请参见图10）o DEPHANOX I艺可满足脱氮要求 针对细菌所需的环境和底物的增强的除磷工艺，

17、其特征在于 在A2/O工艺的厌氧槽和缺氧槽之间添加一个中间水槽 湖泊和固泄膜反应器（一种需氧生物膜反应器）。原版的 污水进入厌氧反应池后，聚磷细菌释放出磷，大部分有机物残留 污泥生物降解：活性污泥，富含中间沉淀池 分离岀含P和氨的上淸液：上淸液进入固左膜反应池 线硝化。这样，沉淀的污泥穿过固左膜反应池 并与英中产生的硝酸盐一起进入随后的低氧反应 储罐，反硝化和同时吸收磷：然后曝气池吹岀氮气并使 积累磷的细菌完全再生。试验表明缺氧反应器中的硝酸盐 （电子受体）在没有曝气池的情况下完成对过量磷的吸收 收藏是非常必要的。 谨水-风rl池卜沉淀池同定膜 图10 DEPHANOX工艺流程 DEPHANO

18、X工艺的特点：可以很有效地解决 磷积累细菌和反硝化细菌竞争有机底物；在水里 在较低的COD/TKN条件下，具有较高的除磷能力，最佳 条件是COD/N为34 2;在缺氧条件下去除P的过程 在有氧条件下，去除效率仍低于传统的A2/O工艺。 限制生物除磷脱氮系统污水处理能力的两个重要因素 该因素是丝状细菌膨胀和硝化所需的长泥龄。 在PHANOX系统中，硝化细菌和磷积累细菌的分离减少了丝 细菌膨胀，解决污泥老化问题，提髙污水处理能力 力;改善污泥的沉降11。 5 3双污泥系统 目前的研究表明，硝化作用中长期曝气 而且除磷效果不好，而且PHB中的除磷细菌 曝气后会被消化，从而减少了可用于反硝化的COD,

19、因此 认为分离硝化细菌和反硝化除磷细菌更合适。 两个污泥系统。 基于以上理解，Kuba等人。在1996年提出了一种工具 硝化反硝化脱磷除氮除磷 流程（请参见图11）。它具有低能耗，低污泥产生和化学需氧量 低消耗的特点。脱氮除磷污泥吸收 有机物合成PHB后，它被泥浆和水分离，而没有经过好氧阶段。 进入缺氧区后，磷累积细菌中的PHB不再被消耗并且全部使用 脱氮吸收磷，以确保脱氮所需的碳源。污泥系统 系统的分离不仅有利于控制其各自硝化和除磷污泥 在最佳污泥年龄条件下，氧气供应仅用于硝化和厌氧残留 剩余有机物的氧化减少了曝气量。小型研究成果表 显然，该过程与常规的磷和氮去除过程进行了比较。 当磷含呈:

20、达到90%和100%时，COD需求，氧气消耗和 污泥产捲分别减少了 50%, 30%和50%9。 进水五&池卜驱矗卜矗卜处竝卜仪从池卜|帆诧池卜” IA h 反殆北除确泻泥沆| 胡倘介Mh和P)上涪液b斥硝化除瞬対泥流 图11具有硝化和斥硝化除礴两套污泥系统的脱氮除磷工艺流程 但是，在实际应用中，这样的过程面临一些问题。第一 首先，该过程的关键问题是残留的反硝化和除磷污泥流 NH4+。厌氧阶段后，沉积的反硝化污泥 上淸液被分离，并有大量的NH4+释放出来 磷。上淸液中的所有NH4+在好氧区都被氧化成硝酸盐 脱氮脱磷污泥物流中的NH4 +被转務到 氧气部分。脱氮除磷污泥流中剩余的NH4+M不足

21、氧气阶段将减少，这主要是由于有氧阶段中硝化液的稀释 并用于DPB的增长。如果缺氧段中残留NH4 + 与满足DPB增长所需的NH4+平衡，然后去除N 比率将是100%,但是在实践中很难做到这一点。过程 N的去除率由体积交换率(a / (a + (bp),随着交易疑汇率的增加，该过程 N的去除率肯泄会增加。其次，大量研究表明，缺乏 氧气条件下P的去除效率低于有氧条件下P的去除效率 而磷的去除效果很大程度上取决于硝酸盐 浓度。当缺氧期的硝酸盐量不足时，P的摄入量过多 受限制：当硝酸盐过量时，硝酸盐将为 泥浆进入厌氧区，这会干扰P的释放以及磷累积细菌PHB的结合。 做。在实际应用中，水中N和P的比例很

22、难准确确定。 满足缺氧和磷摄取的要求，这给系统的控制带来了困难。 鉴于上述原因，很难真正模拟城市污水的处理 原因是这种类型的过程仍在研究中，距离生产和应用还有一段距离。 距离。 六，结论 尽管A2 /O过程及英一些改进过程已经经历了很多年 操作上，积累了很多成功的实践经验。但是它固有的缺点 缺点没有得到很好的弥补，总体营养去除效果不显着 提高。因此，我们应该在以下几个方而做进一步的研究 促进生物除磷脱氮技术的发展： (1) 深入揭示生物除磷脱氮的生物学机制，并进一步 逐步了解各种条件下的微生物菌株，一种去除磷和氮的方法 设计和改造提供理论依据和指导： (2) 引入其他领域的技术，例如自动控制和传感器， 提髙生物处理的可控性以及操作的可靠性和稳左性，从而 管理系统正在朝着高效率和低能耗的方向发展。至于DE PHANOX过程应进一步研究在线控制系统以进行控制 缺氧反应器中的氧化还原电势旨在结合反硝化和 在反应器中控制重新曝气，仅在该反应器中 硝酸盐耗尽时，曝气器打开。 (3) 为每个过程设泄一系列参数，为设计提供依据： (4)