A2O工藝的影響因素研究

1、a2/0工藝的影響因索研究 李明黃民生謝冰高尚 揚(yáng)州市自來(lái)水公司（揚(yáng)州222500）華東師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)系（上海200062） 第一作者簡(jiǎn)介：李明男1972年生工程師在職碩士研究生主要研究方向?yàn)樗廴究刂?環(huán)境保護(hù) 第32卷第12期2007年12月 上海化工 shanghai chemical industry 摘要a2/o工藝通過(guò)厭氧、兼氧和好氧三種環(huán)境的交替運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)脫氮除磷以及去除 冇機(jī)物的功能，但這三個(gè)功能區(qū)域既密切聯(lián)系，又相互制約和影響。通過(guò)分析影響a2/o工藝的幾種主要因素，為 提高其處理功能 捉供一定依據(jù)。關(guān)鍵詞a2/o工藝 影響因素 脫氮除磷目前,a2/o工藝是污水生物脫氮

2、除磷的主流技 術(shù)，系統(tǒng)由厭氧池、缺氧池和好氧池三個(gè)功能區(qū)組 成。經(jīng)初沉池沉淀后的廢水和回流污泥進(jìn)入?yún)捬醭兀?循壞硝化液由好氧池川泵送入缺氧池。在厭氧池進(jìn) 行磷的禪放，在缺氧池進(jìn)行反硝化脫氮，在好氧池進(jìn) 行硝化和磷的攝取，出水經(jīng)二沉池沉淀后排放1。由 于該工藝的流程較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用較低且具有同 步脫氮除磷的功效，因此成為污水處理領(lǐng)域應(yīng)用較 多的工藝。由于a2/o系統(tǒng)兼具脫氮、除磷和降解有機(jī)物的 功能，因此系統(tǒng)小微生物種類繁多。各種微生物zi'可 既相互聯(lián)系又相互影響，加上水質(zhì)、參數(shù)條件、運(yùn)行 管理等多種因素共同作用，其運(yùn)行的穩(wěn)定性仍冇待 進(jìn)一步提高2。本文通過(guò)國(guó)內(nèi)外a2/o系統(tǒng)的相關(guān)研

3、 究，總結(jié)岀影響a2/o系統(tǒng)處理功能平衡的主要因 索，以期為a2/o系統(tǒng)更好地應(yīng)用于實(shí)踐提供一定的 科學(xué)依據(jù)。1 a2/o工藝機(jī)理首段厭氧池內(nèi)主要進(jìn)行磷的釋放。由于厭氧條 件對(duì)聚磷菌的抑制作用，促使其以溶解磷的形式釋 放在好氧池中富集的磷，并人量吸收揮發(fā)性冇機(jī)碳 源，為在好氧池屮過(guò)最吸磷準(zhǔn)備條件；缺氧池的首要 功能是脫氮。在此反應(yīng)器中，反硝化菌利用污水中的 有機(jī)物作碳源，將內(nèi)循環(huán)混合液中帶入的大量no3 -n和no2n述原為n2,并釋放到空氣中；好氧池 具有多種功能：首先，冇機(jī)物被微生物生化氧化，降 低污水屮有機(jī)物含量；其次，有機(jī)氮被氨化繼而被硝 化,nh3-n濃度顯著下降，而磷則隨著聚磷菌的

4、過(guò) 量攝取，也以較快的速率下降。進(jìn)水 出水厭輒池一*缺氧池 f 好輒池 f 沉淀池剩余污泥回液污泥（含磷污泥）丨圖1 a2x）工藝流程圖2a2/o工藝處理效果的影響因素及分析2.1溫度的影響溫度是影響a2/0工藝脫氮效果的主要因素，且 溫度對(duì)脫氮的影響比對(duì)除磷的影響大3。在好氧段， 硝化反應(yīng)在5 35°c時(shí)，其反應(yīng)速率隨溫度升高而加 快，適宜的溫度范圍為30一 35 °c。當(dāng)?shù)陀? °c吋，硝 化菌的生命活動(dòng)兒乎停止。冇人提出硝化細(xì)菌比增 長(zhǎng)速率u與溫度的關(guān)系為：u = u 0 0 （t20）,式中卩0為 20 °c時(shí)最大比增長(zhǎng)速率，0為溫度系數(shù)，対亞硝

5、酸 菌0為1.12、對(duì)硝酸菌為1.074o缺氧段的反硝化反 應(yīng)可在5一27 °c時(shí)進(jìn)行，反硝化速率隨溫度升高而加 快，適宜的溫度范圍為15一25 °c。厭氧段，溫度對(duì)厭氧 釋磷的影響不太明顯，在5一30 °c除磷效果均較好5。2.2 ph值的影響在厭氧段，生物除磷系統(tǒng)適宜的ph范圍與常 規(guī)生物處理相同，為屮性或微堿性，最適宜的ph值 為6一86,對(duì)ph不合適的工業(yè)廢水，處理前須先進(jìn)行 調(diào)節(jié)，以避免污泥屮毒。而在兼氧段，反硝化細(xì)菌脫 氮適宜的ph值為6.5一7.5。在耗氧反硝化段，一般認(rèn) 為亞硝化細(xì)菌的最佳ph值為&（）&4,若ph過(guò)高， 上海化工第

6、32卷 則nh4+!nh3平衡被打破,nh3濃度增加，由于硝化 細(xì)菌對(duì)nh3極敏感，結(jié)果必會(huì)影響到硝化作用的速 率。2.3溶解氧的影響溶解氧的存在會(huì)抑制界養(yǎng)硝化鹽還原反應(yīng)，其 作用機(jī)理為:（1）氧阻抑硝酸鹽還原酶的形成（冇些 反硝化細(xì)菌必須在厭氧和有硝酸鹽存在的條件下才 能誘導(dǎo)合成硝酸鹽還原陸）；（2）氧可作為電子受體， 競(jìng)爭(zhēng)性地阻礙硝酸鹽的還原7。a2/o系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn) 行時(shí)，為獲得更高的脫氮效果，常采用較人的內(nèi)冋流 比，使更多的no3-進(jìn)入到兼氧池進(jìn)行反硝化處理， 造成回流混合液中溶解氧破壞了缺氧硝化環(huán)境，阻 斷反硝化反應(yīng)的進(jìn)行8。因此為調(diào)和兼氧池中溶解氧 量與內(nèi)回流比的才盾，對(duì)一個(gè)確定的a

7、2/o工藝系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)兼氧池中溶解氧量與內(nèi)回流比的關(guān)系，正 確選擇恰當(dāng)?shù)膬?nèi)回流比。同樣，厭氧池中的溶解氧也是影響生物釋磷的 因子氧的存在使混合液的氧化還原電位提高， 抑制聚磷細(xì)菌的禪磷作用9,同時(shí)微生物耗氧呼吸消 耗了一部分可生物降解的揮發(fā)性有機(jī)基質(zhì)，使聚磷 細(xì)菌町吸收利用的有機(jī)物大大減少，降低了其在好 氧條件下吸收并儲(chǔ)存磷的能力llojo因此曝氣池中溶 解氧含量并非越高越好，過(guò)量的溶解氧隨活性污泥 進(jìn)入到厭氧池，因此a2/o系統(tǒng)的曝氣量應(yīng)根據(jù)功能 需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。2.4 c/n比的影響在a2/0系統(tǒng)中,c/n比是影響系統(tǒng)脫氮除磷效 果的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)理論認(rèn)為，脫氮除磷系統(tǒng)屮n 的負(fù)荷不允許

8、超過(guò)0.05 n/(gmlss?d), c/n過(guò)髙會(huì)抑 制耗氧段的硝化功能,c/n過(guò)低則抑制反硝化和釋 磷過(guò)程11。有研究表明，當(dāng)廢水中c/n的值小于4 時(shí)，系統(tǒng)的脫氮除磷效果將惡化，但在實(shí)際操作運(yùn)行 中，為提高系統(tǒng)處理功能,c/n 般不宜小于812,這 樣做主要是為避免過(guò)量的no3n存在使硝化細(xì)菌 在厭氧池中與聚磷細(xì)菌爭(zhēng)奪冇限的碳源。城市廢水 中c/n 一般不小于8,因此城市生活廢水的c/n不 會(huì)成為a2/0工藝的限制因子，而以工業(yè)廢水為主的 處理系統(tǒng),c/n比率不穩(wěn)定，常常會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良 影響。2.5污泥齡(srt)的影響硝化細(xì)菌加于專性口養(yǎng)型好氧細(xì)菌，其突出特 點(diǎn)是繁殖速度慢，世代時(shí)間

9、較長(zhǎng)，其比增長(zhǎng)速率比異 養(yǎng)細(xì)菌低一個(gè)數(shù)量級(jí)13,在冬季，硝化細(xì)菌繁殖所需 的世代時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3() d以上，即使是夏季，在泥齡小 于5d的活性污泥系統(tǒng)中硝化作用也十分微弱14o與 z相反，系統(tǒng)屮界養(yǎng)降解細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的世代 周期一般為2 3d,過(guò)長(zhǎng)的泥齡會(huì)造成上述菌種的 老化，影響具降解活性。另外，聚磷脫氮菌也多為短 泥齡微牛:物，較短的泥齡可獲得較高的除磷效果15, 在實(shí)際生產(chǎn)中,a2/0系統(tǒng)為滿足硝化脫氮功能常采 用10 一15d的長(zhǎng)泥齡。這就造成了系統(tǒng)在一定程度 上犧牲了部分有機(jī)物降解、除磷和反硝化速率16。此 外，生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥，為保證系 統(tǒng)的除磷效果就不得不維持較高的

10、污泥排放量，系 統(tǒng)的泥齡也就相應(yīng)地降低。美國(guó)hyperion 17污水處 理廠的試驗(yàn)研究表明，當(dāng)溫度為22 24 °c時(shí)，除磷 系統(tǒng)的泥齡為3d,出水磷為0.4 mg/l。因此硝化 菌和聚磷脫氮菌在泥齡需求上存在著才盾，整個(gè)系 統(tǒng)的泥齡必須控制在一個(gè)很窄的范圍，這種調(diào)和雖 然使系統(tǒng)具備脫氮除磷效果，同時(shí)也使兩類微生物 無(wú)法發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。2.6碳源的影響在a2/o系統(tǒng)屮，反硝化細(xì)菌和聚磷細(xì)菌均需要 利用有機(jī)碳源進(jìn)行新陳代謝，同時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物 (vfa)在系統(tǒng)發(fā)揮脫氮除磷功能中作用巨大，研究表 明，污水中低分子揮發(fā)性有機(jī)物越高，反硝化和聚磷 細(xì)菌吸收有機(jī)物以phb形式儲(chǔ)藏在細(xì)胞內(nèi)就越

11、快 速，并且內(nèi)源反硝化脫氮速率和聚磷速率取決于細(xì) 胞內(nèi)的phb貯存量，原因在于反硝化細(xì)菌利用phb 作為電子受體氧化n03-,聚磷細(xì)菌需氧化phb產(chǎn) 能以大量吸收游離p,因此污水中揮發(fā)性冇機(jī)物含 量越高，厭氧段初始的放磷速率越大，后續(xù)反硝化脫 氮和缺氧吸磷速率也越s18, iii此可見,a2/o系統(tǒng)中 反硝化和聚磷速率與污水中揮發(fā)性的冇機(jī)酸含雖的 關(guān)系最人19,系統(tǒng)屮反硝化與聚磷細(xì)菌對(duì)有機(jī)碳源 中vfa的競(jìng)爭(zhēng)矛盾也顯得尤為突出。污水中vfa的來(lái)源一般有兩種,(1)污水本身 自帶,城市廢水vfa含量一般不超過(guò)100 mg/l20, 對(duì)工業(yè)廢水而言，其b/c較低，可生化冇機(jī)物和 vfa成分更少，因

12、此工業(yè)廢水屮碳源的缺失會(huì)給 a2/o系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行造成較大困難，有些a2/o系統(tǒng) 不得不采用外加碳源以消除碳源競(jìng)爭(zhēng)矛盾的不利彫 響。(2)慶氧水解酸化，根據(jù)報(bào)道，厭氧水解酸化，可 使長(zhǎng)鏈狀大分子難降解有機(jī)物裂變成小分子醇、酸 第11期李明等:a2/o工藝的影響因素研究 類物質(zhì)21,對(duì)環(huán)類物質(zhì)町借助開環(huán)酚作川，使苯環(huán)加 氫裂解或苯環(huán)加水為基化，進(jìn)一步水解成小分子類 vfa,從而提高其可生化性22 o 但是另一方面，過(guò)量碳源對(duì)系統(tǒng)脫氮效果會(huì)產(chǎn) 生負(fù)面作用，研究表明，好氧硝化段有機(jī)質(zhì)濃度不宜 過(guò)高，有機(jī)負(fù)荷應(yīng)低于0.15gbod5(/gmlss?d)23否 則過(guò)高的有機(jī)物濃度會(huì)促使異養(yǎng)細(xì)菌快速牛長(zhǎng)，

13、從 而抑制了硝化細(xì)菌，降低系統(tǒng)硝化功能。山此可見， a2/o系統(tǒng)中聚磷細(xì)菌和反硝化細(xì)菌之間存在著爭(zhēng) 奪易生化降解的低分子有機(jī)物，而硝化過(guò)程又排斥 過(guò)量的碳源，整個(gè)處理系統(tǒng)形成了碳源需求不平衡 的矛盾關(guān)系。2.7有機(jī)負(fù)荷的影響生物除磷工藝應(yīng)采用高污泥負(fù)荷、低污泥齡系 統(tǒng)24,是因?yàn)榱椎娜コ峭ㄟ^(guò)排泥完成,f/m較高 時(shí),srt較小，剩余污泥排放量較多，因而除磷量也 多。而牛物硝化屬于低負(fù)荷工藝，負(fù)荷越低，硝化反 應(yīng)就進(jìn)行得越充分,nh3-n向n03-n轉(zhuǎn)化的效率 就越高，生物硝化是生物反硝化的前提，只有良好的 硝化才能獲得高效而穩(wěn)定的反硝化，因此牛物脫氮 屬低污泥負(fù)荷系統(tǒng)。a2/o工藝的運(yùn)行實(shí)踐

14、證明，有 機(jī)負(fù)荷率在().1()().15 gbod5/(gmlss?d)的范圍內(nèi), 處理效果較好25,過(guò)高的有機(jī)負(fù)荷會(huì)降低曝氣池屮 的do,使厭氧細(xì)菌大屋生存，抑制了硝化細(xì)菌的生 長(zhǎng)，過(guò)低濃度的有機(jī)負(fù)荷則會(huì)使硝化細(xì)菌在與界養(yǎng) 型cod分解細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)屮處于劣勢(shì)，降低硝化速 率。因此系統(tǒng)為兼顧較高的脫氮與除磷效率，其負(fù)荷 范圍較窄，過(guò)高的水質(zhì)與水量變化對(duì)系統(tǒng)脫氮和除 磷效率將產(chǎn)生較大的影響。2.8硝酸鹽的影響硝酸鹽對(duì)聚磷細(xì)菌在厭氧條件卜的釋磷有抑制 作用26,其原因?yàn)?(1)厭氧型產(chǎn)酸細(xì)菌可利用no3- 作為最終電了受體氧化冇機(jī)基質(zhì)，從而減少產(chǎn)酸細(xì) 菌在厭氧條件下的揮發(fā)性脂肪酸(vfa)產(chǎn)最27

15、;( 2) 反硝化細(xì)菌利用no3進(jìn)行反硝化，同時(shí)消耗大量易 生物降解的有機(jī)基質(zhì)，從陽(yáng)競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了聚磷細(xì) 菌的厭氧禪磷作用28o而在生物脫氮除磷工藝屮，硝 酸鹽的存在是系統(tǒng)硝化脫氮的先決條件，因此為提 高系統(tǒng)脫氮能力，氮元素必須充分硝化。由于聚磷 菌、硝化菌、反硝化菌及其他多種微牛物共同牛長(zhǎng)在 一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，并在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不可避免地使得 硝酸鹽隨好氧段回流的污泥進(jìn)入?yún)捬醭兀瑖?yán)重地彫 響了聚磷菌的釋磷效率，尤其當(dāng)進(jìn)水屮揮發(fā)性有機(jī) 物較少，污泥負(fù)荷較低時(shí)，硝酸鹽的存在甚至?xí)?dǎo)致 聚磷菌直接吸磷i29_30o2.9污泥回流比(r)和混合液回流比(rn)的影響 冋流污泥從二沉池池底回流到厭氧池，以

16、保持 a2/o系統(tǒng)各段污泥濃度，使z維持正常的生化反應(yīng) 功能，回流污泥對(duì)系統(tǒng)的影響同混合液中do和 no3n含量有關(guān)。如果污泥回流比r太小，則污泥 濃度過(guò)低，在水力停留時(shí)間不變的條件卜；污泥負(fù)荷 增高，會(huì)影響各段的生化反應(yīng)效率；反之，回流比r 太大，則會(huì)將過(guò)量no3- - n帶入?yún)捬醭兀种屏椎尼?放速度，同時(shí)人回流比也會(huì)將曝氣池屮溶解氧帶入 厭氧池，使界養(yǎng)細(xì)菌優(yōu)先消耗掉揮發(fā)性有機(jī)物，t擾 聚磷細(xì)菌的釋磷作用31。因此實(shí)際生產(chǎn)中，權(quán)衡污泥 冋流比對(duì)工藝的影響示，一般采用冋流比r=50% 一100%,最低不可低于40%o 混合液冋流比的大小直接影響反硝化脫氮效 果，根據(jù)a2/o工藝系統(tǒng)的脫氮率n

17、與混合液回流 比rn的關(guān)系式n=rn/(l+rn)可以得到兩者之間相 互關(guān)系。從好氧池流出的混合液，很大一部分要回流 到缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮。由表1可知，回流比rn 大,則脫氮率提咼，回流比超過(guò)400后，則提咼回流 比對(duì)脫氮率提升不顯著，過(guò)高的凹流盅大功率凹流 泵，且消耗更多能源，會(huì)造成投資成木增加和運(yùn)行動(dòng) 力消耗過(guò)大，因此常規(guī)污水處理廠運(yùn)行一般采用冋 流比 rn=300%_400%32o衣1混介冋流比勺脫氮率的關(guān)系混"何訛比a)100200300100500600700b009(x)i 000脫氮豐佗)5067758083.38587.59090.991.93討論a2/o工藝是頗冇

18、發(fā)展前途的污水處理工藝，雖 然該工藝尚需改進(jìn)，但該法電耗少、運(yùn)行費(fèi)川低且污 泥處理費(fèi)用也比較少，不僅是節(jié)能污水處理工藝，同 時(shí)也是經(jīng)濟(jì)冇效的脫氮除磷較先進(jìn)的技術(shù)，該工藝 在控制水體富營(yíng)養(yǎng)化及污水i川用等方面也具冇廣泛 的應(yīng)用前景。r esearch on a jx) technobgy infiuencing factorsli m ing h uang m inheng x ie b ing gao shanga bstract：the a x) technology use anaenobr with <iiteinative anoxic <md aenobic- paccesses which h<is high efficiency in lhe rem weil of