AAO工藝還是倒置的好？

常規(guī)生物脫氮除磷工藝呈厭氧(A1)/缺氧(A2)/好氧(O)的布置形式。但是，

①由于存在內循環(huán)，常規(guī)工藝系統(tǒng)所排放的剩余污泥中實際上只有一少部分經(jīng)歷了完整的釋磷、吸磷過程，其余則基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進入好氧區(qū)，這對于除磷是不利的；

②由于缺氧區(qū)位于系統(tǒng)中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影響了系統(tǒng)的脫氮效果；

③由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響，為了避免該影響而開發(fā)的一些新工藝(如UCT等)趨于復雜化；

④實際運轉經(jīng)驗表明，按照缺氧—好氧兩段設計的脫氮工藝系統(tǒng)也常常表現(xiàn)出良好的除磷能力。

因此，常規(guī)生物脫氮除磷工藝(A1/A2/O)布置的合理性值得進一步探討。

活性污泥取自污水生物脫氮除磷小型試驗系統(tǒng)，污水取自實際城市污水。污水和污泥的性質見表1。

表1  污水和污泥的性質

1、短時厭氧環(huán)境及其對聚磷菌的影響

短時厭氧環(huán)境在生物脫氮除磷系統(tǒng)中具有關鍵性作用，本試驗目的是考察短時厭氧環(huán)境的生化特性及其對聚磷菌釋、吸磷行為的影響。

①試驗采用2只完全相同的有機玻璃柱，有效體積均為30 L(見圖1)。柱1裝有隨中心軸一起轉動的彈性立體填料，柱2不裝填料，由攪拌槳攪拌。電機轉速為15～20 r/min，柱上方均設有蓋板。

柱1作掛膜運行，HRT＝20～30 h，溫度為24～29℃。為了單獨考察城市污水在短時厭氧環(huán)境污水中VFA的變化，試驗未引入小試系統(tǒng)活性污泥。柱內微生物完全為厭氧環(huán)境下由污水自然接種生長起來的厭氧或兼性細菌，顯然其厭氧程度較一般脫氮除磷系統(tǒng)的厭氧區(qū)更為充分。柱2作為對比，未作任何處理。正式試驗時，將兩柱瞬時放空，注入新鮮污水，然后啟動電機，每隔2h取樣，分析污水中VFA隨時間的變化規(guī)律，結果見圖2。
圖2表明，在本試驗條件下，短時厭氧環(huán)境并不能增加污水中VFA的量，在厭氧區(qū)放置填料則會加劇該區(qū)VFA的消耗。

根據(jù)厭氧消化理論，污水中的大分子有機物轉化為VFA需要經(jīng)歷水解和產(chǎn)酸(產(chǎn)氫)兩個過程。盡管早期的研究曾認為在此過程中兼性細菌屬于優(yōu)勢種群，但關于生活污水污泥消化的研究指出，事實正好相反，專性厭氧細菌較兼性細菌多100倍以上。從總體上說，最重要的水解反應和發(fā)酵反應都是通過專性厭氧細菌進行的，同時由于專性厭氧細菌的生化效率很低，上述過程需要較長的水力停留時間。Andrews和Pearson(1965)曾利用溶解性有機和無機合成污水對厭氧發(fā)酵過程的VFA產(chǎn)生動力學規(guī)律進行了研究，結果表明，當 HRT ＝2.5 d時反應器的VFA濃度最高。

本試驗所采用的 HRT =2～3h(這與生物除磷工藝厭氧區(qū)的HRT相近)，污水 COD 僅500mg/L左右。在這樣的條件下，柱內實際上很難造就類似污泥消化那樣的厭氧環(huán)境并培養(yǎng)出大量的專性厭氧菌，生物膜上的微生物主體仍為消耗VFA的兼性細菌，故而柱1的VFA數(shù)量不僅沒有增加，反而消耗很快。柱2完全為污水，其微生物數(shù)量較少，所以其VFA在很長一段時間內基本上保持恒定。只是在一定時間以后，隨著微生物的增殖，VFA才出現(xiàn)明顯下降。本試驗說明，就一般城市污水而言，短時厭氧區(qū)不會增加污水中VFA的量。

② 將柱1、柱2放空，從小試系統(tǒng)好氧區(qū)末端取3 L混合液，與3 L污水混合后一分為二地分別裝入柱1、柱2，然后啟動電機；兩柱厭氧運行2～3 h后取出填料和攪拌槳，并同時轉入曝氣狀態(tài)每隔30 h取樣分析比較兩柱釋磷、吸磷特點，結果見圖3。　 　　　　

圖3(a～d)是在不同時間利用實際污水進行的四組重復性試驗。由于實際污水水質的變化，圖3污水中的VFA濃度是依次下降的。圖3(a、c)的厭氧歷時為3h，圖3(b、d)的厭氧歷時為2h。

該四組圖表明：

①在厭氧條件下進水VFA越高，柱1、柱2的釋磷量越大，這與以往的認識是一致的。

②柱1存在兼性生物膜，致使其厭氧環(huán)境較柱2更為充分。當VFA較多時，低ORP水平促使柱1聚磷菌以更快的速率吸收VFA合成PHB，同時釋放出磷酸鹽。由圖可見，柱1初期釋磷速率均明顯大于柱2。

圖3(d)進水VFA最低，柱1釋磷曲線一直在柱2的上方，直至厭氧段結束，柱2釋磷曲線才與柱1交合。但是柱1兼性生物膜同時消耗VFA，當反應器中VFA不足時，兼性生物膜與聚磷菌對VFA的競爭就表面化了，并使柱1釋磷速率迅速衰減。柱2基本上不存在這種競爭關系，故聚磷菌能長時間保持較高的釋磷速率并最終在釋磷總量上超過柱1。除圖3(d)外，投加填料的柱1釋磷總量均比柱2小，而且進水VFA越高其差別越明顯，見圖3(a、b)。

③在后續(xù)好氧條件下，柱1聚磷菌過度吸磷能力明顯高于柱2，當厭氧歷時由3 h降為2 h時上述差別明顯增大，見圖3(b、d)。該現(xiàn)象是值得特別關注的，它表明聚磷菌厭氧有效釋磷水平的充分與否，并不是決定其好氧過度吸磷能力的充分必要條件。這與目前流行的關于聚磷菌厭氧有效釋磷越高，其過度吸磷能力越強的認識基本上是矛盾的。

從上述現(xiàn)象分析推動聚磷菌好氧過度吸磷的更本質動力，可以得出的判斷是，在一定范圍內，聚磷菌在厭氧環(huán)境中的歷時越長，環(huán)境的ORP越低，促進好氧吸磷的動力越大。而就系統(tǒng)的除磷效果而言，釋磷可能屬于一種不具備充分必要性的表面現(xiàn)象。好氧吸磷的能量既可以來自胞內貯存的碳源(如PHB)，也可以從其他方面獲得。這種差別當厭氧歷時由3 h減為2h時變得尤其明顯，表明厭氧環(huán)境對于微生物過度吸磷的極端重要性。

未完待續(xù)~~