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A2O工艺脱氮与除磷工艺

点击次数:177 发布时间:2021-11-15

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SRT5 d,系统的硝化效果将显得极其微弱。

 

2PAOs 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。

 

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))>45,碳磷比(BOD5 /ρ(TP))>2030

 

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 1748 120900 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 34 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 1.5倍,因此当系统中同时存在O2NO3-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。


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