关于A2O工艺的简介.doc

1. 由于 A2/O 工艺诞生于上世纪 80 年代，在这期间污水的水质发生了变化，污染物组成成分也发生了变化，同样脱氮除磷的要求和标准也发生了变化，因此，原有的推荐设计运行参数就显得相对保守，不能全部适应时代的发展。2. 同时，在过去的 30 年中，自动控制水平及在线监测仪表技术也有了长足的发展，如何将现有的仪器仪表用于 A2/O 的自动运行监测控制以实现适应水质变化的自动控制运行，目前还缺乏相应的研究。a2/o污水处理系统工艺流程(图1)a2/o污水处理系统工艺流程(图2)a2/o污水处理系统工艺流程(图3)3. A2/O 工艺脱氮除磷原理A2/O 生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合，其中各段的功能如下：厌氧区 从初沉池流出的污水首先进入厌氧区，系统回流污泥中的兼性厌氧发酵菌将污水中的可生物降解有机物转化为挥发性脂肪酸（VFA）等小分子发酵产物，聚磷菌也将释放菌体内储存的多聚磷酸盐，同时释放能量，其中部分能量供专性好氧的聚磷菌在厌氧抑制环境下生存，另一部分能量则供聚磷菌主动吸收类似 VFA 等污水中的发酵产物，并以 PHA 的形式在菌体内贮存起来。这样，部分碳在厌氧区得到去除。在厌氧区停留足够时间后，污水污泥混合液进入缺氧区。缺氧区 在缺氧区中，反硝化细菌利用从好氧区中经混合液回流而带来的大量硝酸盐（视内回流比而定），以及污水中可生物降解的有机物（主要是溶解性可快速生物降解有机物）进行反硝化反应，达到同时去碳和脱氮的目的。含有较低浓度碳氮和较高浓度磷的污水随后进入好氧区。好氧区 在好氧区聚磷菌在曝气充氧条件下分解体内贮存的 PHA 并释放能量，用于菌体生长及主动超量吸收周围环境中的溶解性磷，这些被吸收的溶解性磷在聚磷菌体内以聚磷盐形式存在，使得污水中磷的浓度大大降低。污水中各种有机物在经历厌氧、缺氧环境后，进入好氧区时其浓度己经相当低，这将有利于自养硝化菌的生长繁殖。硝化菌在好氧的环境下将完成氨化和硝化作用，将水中的氮转化为 NO2 和 NO3 。在二次沉淀池之前，大量的回流混合液将把产生的 NOx 带入缺氧区进行反硝化脱氮。二沉池 絮凝浓缩污泥，一部分浓缩污泥回流至厌氧区继续参与释磷并保持系统活性污泥浓度，另一部分则携带超量吸收磷的聚磷菌体以剩余污泥形式排出系统。4. 虽然 A2/O 工艺已得到了广泛应用，但是其本身存在一些难以克服的内在矛盾，如基质竞争和污泥龄矛盾，使得脱氮和除磷关系无法均衡，处理效率难以提高。随着人们生活水平的提高和生活习惯的改变，我国城市污水水质也发生了相应变化，目前低 C/N 比污水在我国十分常见，碳源的缺乏会使得 A2/O工艺中的内在矛盾更加激化，A2/O 工艺原有的设计参数是否适合也值得探讨。基于此，本研究以连续流和序批试验结合的方式对 A2/O 工艺脱氮除磷及其优化控制进行了系统研究。5. pH 和 ORP 的变化可以动态指示 A2/O 工艺中的反应过程。6. 维持适当大的混合液回流比，增加适当大的缺氧区容积，可强化缺氧区吸磷，节省碳源从而提高脱氮除磷的效率，这为 A2/O 工艺用于处理低 C/N 比生活污水提供了一个运行思路，也是对传统设计运行参数的一个改良。7. 采用配水研究表明，A2/O 工艺运行控制不当也会出现污泥膨胀问题，在生物脱氮除磷系统中，负荷控制比 DO 控制对控制污泥膨胀更为有效。8. 污泥膨胀是活性污泥法问世以来在运行管理中一直困扰人们的问题之一，全世界超过 50%的污水处理厂都被污泥膨胀所困扰而其中 95%以上是由于活性污泥中丝状菌过度增殖引起的12。在污水厂实际运行中一旦发生污泥膨胀，则系统即面临着出水水质不达标、污泥流失甚至存在崩溃的危险，如何预防和控制污泥膨胀一直是国内外污水生物处理领域的研究重点和难点。而有研究发现，当污水处理系统在厌氧、缺氧和好氧状态间来回转换的时候有利于丝状菌的增长13，而这恰恰是维持生物脱氮除磷的必要条件。9. 本研究针对我国现有的城市污水脱氮除磷的现状及问题，系统地研究在城市污水处理厂中广泛采用的 A2/O 工艺的脱氮除磷性能优化策略，探讨在不同条件下的最佳运行模式并将其推广到实际污水厂的设计及运行中参考，对降低污水中氮磷的排放量，减少环境污染，促进我国水环境的可持续发展具有重要的现实意义。同时针对污水厂运行能耗过高的问题，探讨 A2/O 工艺的低能耗运行方式的可行性及对处理效果的影响，这对缓解目前我国能源紧缺的现状也具有重要的现实意义。10. A2/O 工艺脱氮除磷之间存在的矛盾及解决对策从上述 1.3.2 中的分析可以看出，A2/O 工艺中生物脱氮除磷的原理并不复杂。然而，由于该工艺是单一污泥系统，生物脱氮除磷涉及到硝化、反硝化、释磷和吸磷等多个不同的生化反应过程，其中每一个过程的原理不同，其对微生物的组成、基质类型及环境条件的要求均不尽相同16，因此要在一个系统中同时完成脱氮和除磷过程，不可避免的会遇到一些矛盾和冲突，如碳源、污泥龄、硝酸盐、硝化和反硝化容量、释磷和吸磷的容量等问题。这些矛盾反映到 A2/O 工艺中，会造成脱氮除磷效果的下降，其中存在的主要问题有：污泥龄（Sludge Retention Time，SRT）矛盾：由于该工艺将厌氧、缺氧和好氧三种不同环境条件下生长的微生物，如聚磷菌、普通异养反硝化菌、普通异养菌和自养硝化菌等混合在同一系统中生长，而各个类型微生物的生长周期不同，由此不可避免的存在污泥龄的矛盾。在好氧段要实现硝化作用，必然需要维持较高的硝化菌数量，由于硝化菌是化能自养菌，生长周期缓慢，因此需要较长的污泥龄才能保证硝化作用；而聚磷菌属于短世代的微生物，生物除磷也是通过排放高含磷污泥来实现的，这就要求采用短泥龄来提高除磷效率，因而系统需要运行在较短的泥龄条件下，污泥龄矛盾由此产生。污泥龄矛盾没有较好的解决办法，这是同步脱氮除磷系统中固有的矛盾，因而在实际生产中只能选择一个比较折中的污泥龄。对这部分的优化只能是摸索不同营养条件和环境条件下的污泥龄。碳源竞争的矛盾：在 A2/O 中，缺氧区的反硝化是氮的主要去除途径，该反应顺利进行的前提就是在缺氧区有充足的碳源提供电子供体；另一方面，磷的去除要求大量进水碳源在厌氧段要转化为 PAO 生物细胞内的聚合物聚-羟基烷酸（酯）（polyhydroxyalkanoate，PHA），PHA 在好氧段被氧化产生的能量用于过量吸磷。在 A2/O 系统中，混合液首先进入厌氧段，然后进入缺氧段，聚磷菌的放磷过程几乎消耗掉进水中的绝大部分易生物降解有机物，而到缺氧段，仅剩余很少的慢速或难生物降解有机物用于反硝化反应，导致反硝化潜力不能充分发挥，脱氮效果差。另一方面，当好氧段回流的混合液进入厌氧区时，反硝化菌会优先于聚磷菌利用进水中的有机物进行脱氮，导致 PAO 释磷程度降低，胞内储存的 PHA 的量下降，随后的好氧吸磷也不会充分，除磷效果差。当进水中的碳源缺乏，即进水为低 C/N 比污水时，该矛盾会异常突出，而目前缺乏这方面的相应研究。比较有效的办法是提高碳源的脱氮除磷利用效率。当进水中碳源浓度较高的时候，会有多余的有机物进入好氧区，这会对好氧硝化产生抑制，降低系统的硝化性能。由此可见，A2/O 工艺中聚磷菌和反硝化菌之间存在着因争夺易生化降解的有机碳源的矛盾，而硝化过程又要求碳源浓度不能太高。硝酸盐的问题：由于反硝化速度快于释磷速度，因而随着污泥回流至厌氧区始端的硝酸盐会抢先消耗进水中的有机物进行反硝化，造成聚磷菌难以获得充足的有机物，造成释磷能力的下降，相应的胞内存储的 PHA 的量也会下降，好氧过量吸磷受到影响。同样，良好的硝化是保证系统脱氮良好的先决条件，这样就造成硝酸盐会不可避免的随着污泥回流至厌氧区。硝酸盐的问题归根到底还是碳源竞争的问题，解决的办法有两种：一是减少进入厌氧区的硝酸盐的量；二是采用 MUCT 的方式将污泥先回流至缺氧区，然后再从缺氧区回流至厌氧区，但这样会增加工艺的复杂程度。综合分析，目前 A2/O 中存在的主要矛盾是由于碳源，主要是碳源缺乏引起的。正如 1.1.1 所述，低 C/N 比污水目前在我国十分常见，碳源的缺乏会使得 A2/O 工艺脱氮除磷中原本存在的问题更加突出。解决碳源缺乏的问题有两种途径：一是投加外碳源，这势必增加污水处理的运行成本，尤其在大流量的城市污水脱氮除磷处理过程中更不可取；二是如何有效利用原水中的碳源，提高碳源的脱氮除磷利用效率。近十年来，一些节省碳源的脱氮除磷新理论的提出，为解决 A2/O 中的碳源短缺矛盾提供了思路。就目前来看，适用于 A2/O 工艺，能节省碳源且利于 A2/O 脱氮除磷效率提高的新理论当属短程硝化反硝化脱氮理论、同步硝化反硝化理论和反硝化除磷脱氮理论。