A2O工艺的影响因素研究

1、a2/0工艺的影响因索研究 李明黄民生谢冰高尚 扬州市自來水公司（扬州222500）华东师范大学环境科学系（上海200062） 第一作者简介：李明男1972年生工程师在职硕士研究生主要研究方向为水污染控制 环境保护 第32卷第12期2007年12月 上海化工 shanghai chemical industry 摘要a2/o工艺通过厌氧、兼氧和好氧三种环境的交替运行，从而实现脱氮除磷以及去除 冇机物的功能，但这三个功能区域既密切联系，又相互制约和影响。通过分析影响a2/o工艺的几种主要因素，为 提高其处理功能 捉供一定依据。关键词a2/o工艺 影响因素 脱氮除磷目前,a2/o工艺是污水生物脱氮

2、除磷的主流技 术，系统由厌氧池、缺氧池和好氧池三个功能区组 成。经初沉池沉淀后的废水和回流污泥进入厌氧池， 循坏硝化液由好氧池川泵送入缺氧池。在厌氧池进 行磷的禅放，在缺氧池进行反硝化脱氮，在好氧池进 行硝化和磷的摄取，出水经二沉池沉淀后排放1。由 于该工艺的流程较为简单，运行费用较低且具有同 步脱氮除磷的功效，因此成为污水处理领域应用较 多的工艺。由于a2/o系统兼具脱氮、除磷和降解有机物的 功能，因此系统小微生物种类繁多。各种微生物zi'可 既相互联系又相互影响，加上水质、参数条件、运行 管理等多种因素共同作用，其运行的稳定性仍冇待 进一步提高2。本文通过国内外a2/o系统的相关研

3、 究，总结岀影响a2/o系统处理功能平衡的主要因 索，以期为a2/o系统更好地应用于实践提供一定的 科学依据。1 a2/o工艺机理首段厌氧池内主要进行磷的释放。由于厌氧条 件对聚磷菌的抑制作用，促使其以溶解磷的形式释 放在好氧池中富集的磷，并人量吸收挥发性冇机碳 源，为在好氧池屮过最吸磷准备条件；缺氧池的首要 功能是脱氮。在此反应器中，反硝化菌利用污水中的 有机物作碳源，将内循环混合液中带入的大量no3 -n和no2n述原为n2,并释放到空气中；好氧池 具有多种功能：首先，冇机物被微生物生化氧化，降 低污水屮有机物含量；其次，有机氮被氨化继而被硝 化,nh3-n浓度显著下降，而磷则随着聚磷菌的

4、过 量摄取，也以较快的速率下降。进水 出水厌辄池一*缺氧池 f 好辄池 f 沉淀池剩余污泥回液污泥（含磷污泥）丨图1 a2x）工艺流程图2a2/o工艺处理效果的影响因素及分析2.1温度的影响温度是影响a2/0工艺脱氮效果的主要因素，且 温度对脱氮的影响比对除磷的影响大3。在好氧段， 硝化反应在5 35°c时，其反应速率随温度升高而加 快，适宜的温度范围为30一 35 °c。当低于5 °c吋，硝 化菌的生命活动儿乎停止。冇人提出硝化细菌比增 长速率u与温度的关系为：u = u 0 0 （t20）,式中卩0为 20 °c时最大比增长速率，0为温度系数，対亚硝

5、酸 菌0为1.12、对硝酸菌为1.074o缺氧段的反硝化反 应可在5一27 °c时进行，反硝化速率随温度升高而加 快，适宜的温度范围为15一25 °c。厌氧段，温度对厌氧 释磷的影响不太明显，在5一30 °c除磷效果均较好5。2.2 ph值的影响在厌氧段，生物除磷系统适宜的ph范围与常 规生物处理相同，为屮性或微碱性，最适宜的ph值 为6一86,对ph不合适的工业废水，处理前须先进行 调节，以避免污泥屮毒。而在兼氧段，反硝化细菌脱 氮适宜的ph值为6.5一7.5。在耗氧反硝化段，一般认 为亚硝化细菌的最佳ph值为&（）&4,若ph过高， 上海化工第

6、32卷 则nh4+!nh3平衡被打破,nh3浓度增加，由于硝化 细菌对nh3极敏感，结果必会影响到硝化作用的速 率。2.3溶解氧的影响溶解氧的存在会抑制界养硝化盐还原反应，其 作用机理为:（1）氧阻抑硝酸盐还原酶的形成（冇些 反硝化细菌必须在厌氧和有硝酸盐存在的条件下才 能诱导合成硝酸盐还原陆）；（2）氧可作为电子受体， 竞争性地阻碍硝酸盐的还原7。a2/o系统在实际运 行时，为获得更高的脱氮效果，常采用较人的内冋流 比，使更多的no3-进入到兼氧池进行反硝化处理， 造成回流混合液中溶解氧破坏了缺氧硝化环境，阻 断反硝化反应的进行8。因此为调和兼氧池中溶解氧 量与内回流比的才盾，对一个确定的a

7、2/o工艺系统，应根据兼氧池中溶解氧量与内回流比的关系，正 确选择恰当的内回流比。同样，厌氧池中的溶解氧也是影响生物释磷的 因子氧的存在使混合液的氧化还原电位提高， 抑制聚磷细菌的禅磷作用9,同时微生物耗氧呼吸消 耗了一部分可生物降解的挥发性有机基质，使聚磷 细菌町吸收利用的有机物大大减少，降低了其在好 氧条件下吸收并储存磷的能力llojo因此曝气池中溶 解氧含量并非越高越好，过量的溶解氧随活性污泥 进入到厌氧池，因此a2/o系统的曝气量应根据功能 需要进行优化调控。2.4 c/n比的影响在a2/0系统中,c/n比是影响系统脱氮除磷效 果的关键因素，传统理论认为，脱氮除磷系统屮n 的负荷不允许

8、超过0.05 n/(gmlss?d), c/n过髙会抑 制耗氧段的硝化功能,c/n过低则抑制反硝化和释 磷过程11。有研究表明，当废水中c/n的值小于4 时，系统的脱氮除磷效果将恶化，但在实际操作运行 中，为提高系统处理功能,c/n 般不宜小于812,这 样做主要是为避免过量的no3n存在使硝化细菌 在厌氧池中与聚磷细菌争夺冇限的碳源。城市废水 中c/n 一般不小于8,因此城市生活废水的c/n不 会成为a2/0工艺的限制因子，而以工业废水为主的 处理系统,c/n比率不稳定，常常会对系统产生不良 影响。2.5污泥龄(srt)的影响硝化细菌加于专性口养型好氧细菌，其突出特 点是繁殖速度慢，世代时间

9、较长，其比增长速率比异 养细菌低一个数量级13,在冬季，硝化细菌繁殖所需 的世代时间长达3() d以上，即使是夏季，在泥龄小 于5d的活性污泥系统中硝化作用也十分微弱14o与 z相反，系统屮界养降解细菌和反硝化细菌的世代 周期一般为2 3d,过长的泥龄会造成上述菌种的 老化，影响具降解活性。另外，聚磷脱氮菌也多为短 泥龄微牛:物，较短的泥龄可获得较高的除磷效果15, 在实际生产中,a2/0系统为满足硝化脱氮功能常采 用10 一15d的长泥龄。这就造成了系统在一定程度 上牺牲了部分有机物降解、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，为保证系 统的除磷效果就不得不维持较高的

10、污泥排放量，系 统的泥龄也就相应地降低。美国hyperion 17污水处 理厂的试验研究表明，当温度为22 24 °c时，除磷 系统的泥龄为3d,出水磷为0.4 mg/l。因此硝化 菌和聚磷脱氮菌在泥龄需求上存在着才盾，整个系 统的泥龄必须控制在一个很窄的范围，这种调和虽 然使系统具备脱氮除磷效果，同时也使两类微生物 无法发挥各自的优势。2.6碳源的影响在a2/o系统屮，反硝化细菌和聚磷细菌均需要 利用有机碳源进行新陈代谢，同时，挥发性有机物 (vfa)在系统发挥脱氮除磷功能中作用巨大，研究表 明，污水中低分子挥发性有机物越高，反硝化和聚磷 细菌吸收有机物以phb形式储藏在细胞内就越

11、快 速，并且内源反硝化脱氮速率和聚磷速率取决于细 胞内的phb贮存量，原因在于反硝化细菌利用phb 作为电子受体氧化n03-,聚磷细菌需氧化phb产 能以大量吸收游离p,因此污水中挥发性冇机物含 量越高，厌氧段初始的放磷速率越大，后续反硝化脱 氮和缺氧吸磷速率也越s18, iii此可见,a2/o系统中 反硝化和聚磷速率与污水中挥发性的冇机酸含虽的 关系最人19,系统屮反硝化与聚磷细菌对有机碳源 中vfa的竞争矛盾也显得尤为突出。污水中vfa的来源一般有两种,(1)污水本身 自带,城市废水vfa含量一般不超过100 mg/l20, 对工业废水而言，其b/c较低，可生化冇机物和 vfa成分更少，因

12、此工业废水屮碳源的缺失会给 a2/o系统的平稳运行造成较大困难，有些a2/o系统 不得不采用外加碳源以消除碳源竞争矛盾的不利彫 响。(2)庆氧水解酸化，根据报道，厌氧水解酸化，可 使长链状大分子难降解有机物裂变成小分子醇、酸 第11期李明等:a2/o工艺的影响因素研究 类物质21,对环类物质町借助开环酚作川，使苯环加 氢裂解或苯环加水為基化，进一步水解成小分子类 vfa,从而提高其可生化性22 o 但是另一方面，过量碳源对系统脱氮效果会产 生负面作用，研究表明，好氧硝化段有机质浓度不宜 过高，有机负荷应低于0.15gbod5(/gmlss?d)23否 则过高的有机物浓度会促使异养细菌快速牛长，

13、从 而抑制了硝化细菌，降低系统硝化功能。山此可见， a2/o系统中聚磷细菌和反硝化细菌之间存在着争 夺易生化降解的低分子有机物，而硝化过程又排斥 过量的碳源，整个处理系统形成了碳源需求不平衡 的矛盾关系。2.7有机负荷的影响生物除磷工艺应采用高污泥负荷、低污泥龄系 统24,是因为磷的去除是通过排泥完成,f/m较高 时,srt较小，剩余污泥排放量较多，因而除磷量也 多。而牛物硝化属于低负荷工艺，负荷越低，硝化反 应就进行得越充分,nh3-n向n03-n转化的效率 就越高，生物硝化是生物反硝化的前提，只有良好的 硝化才能获得高效而稳定的反硝化，因此牛物脱氮 属低污泥负荷系统。a2/o工艺的运行实践

14、证明，有 机负荷率在().1()().15 gbod5/(gmlss?d)的范围内, 处理效果较好25,过高的有机负荷会降低曝气池屮 的do,使厌氧细菌大屋生存，抑制了硝化细菌的生 长，过低浓度的有机负荷则会使硝化细菌在与界养 型cod分解细菌的竞争屮处于劣势，降低硝化速 率。因此系统为兼顾较高的脱氮与除磷效率，其负荷 范围较窄，过高的水质与水量变化对系统脱氮和除 磷效率将产生较大的影响。2.8硝酸盐的影响硝酸盐对聚磷细菌在厌氧条件卜的释磷有抑制 作用26,其原因为:(1)厌氧型产酸细菌可利用no3- 作为最终电了受体氧化冇机基质，从而减少产酸细 菌在厌氧条件下的挥发性脂肪酸(vfa)产最27

15、;( 2) 反硝化细菌利用no3进行反硝化，同时消耗大量易 生物降解的有机基质，从阳竞争性地抑制了聚磷细 菌的厌氧禅磷作用28o而在生物脱氮除磷工艺屮，硝 酸盐的存在是系统硝化脱氮的先决条件，因此为提 高系统脱氮能力，氮元素必须充分硝化。由于聚磷 菌、硝化菌、反硝化菌及其他多种微牛物共同牛长在 一个系统内，并在整个系统内循环，不可避免地使得 硝酸盐随好氧段回流的污泥进入厌氧池，严重地彫 响了聚磷菌的释磷效率，尤其当进水屮挥发性有机 物较少，污泥负荷较低时，硝酸盐的存在甚至会导致 聚磷菌直接吸磷i29_30o2.9污泥回流比(r)和混合液回流比(rn)的影响 冋流污泥从二沉池池底回流到厌氧池，以

16、保持 a2/o系统各段污泥浓度，使z维持正常的生化反应 功能，回流污泥对系统的影响同混合液中do和 no3n含量有关。如果污泥回流比r太小，则污泥 浓度过低，在水力停留时间不变的条件卜；污泥负荷 增高，会影响各段的生化反应效率；反之，回流比r 太大，则会将过量no3- - n带入厌氧池，抑制磷的释 放速度，同时人回流比也会将曝气池屮溶解氧带入 厌氧池，使界养细菌优先消耗掉挥发性有机物，t扰 聚磷细菌的释磷作用31。因此实际生产中，权衡污泥 冋流比对工艺的影响示，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响反硝化脱氮效 果，根据a2/o工艺系统的脱氮率n

17、与混合液回流 比rn的关系式n=rn/(l+rn)可以得到两者之间相 互关系。从好氧池流出的混合液，很大一部分要回流 到缺氧段进行反硝化脱氮。由表1可知，回流比rn 大,则脱氮率提咼，回流比超过400后，则提咼回流 比对脱氮率提升不显著，过高的凹流盅大功率凹流 泵，且消耗更多能源，会造成投资成木增加和运行动 力消耗过大，因此常规污水处理厂运行一般采用冋 流比 rn=300%_400%32o衣1混介冋流比勺脱氮率的关系混"何讹比a)100200300100500600700b009(x)i 000脱氮丰佗)5067758083.38587.59090.991.93讨论a2/o工艺是颇冇

18、发展前途的污水处理工艺，虽 然该工艺尚需改进，但该法电耗少、运行费川低且污 泥处理费用也比较少，不仅是节能污水处理工艺，同 时也是经济冇效的脱氮除磷较先进的技术，该工艺 在控制水体富营养化及污水i川用等方面也具冇广泛 的应用前景。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