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(nèi)循環(huán)，常規(guī)工藝系統(tǒng)所排放的剩余污泥中實(shí)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(jìn)入好氧區(qū)，這對(duì)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(duì)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(fù)雜化；

④實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，按照缺氧—好氧兩段設(shè)計(jì)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(jìn)一步探討。

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

表1  污水和污泥的性質(zhì)

1、短時(shí)厭氧環(huán)境及其對(duì)聚磷菌的影響

短時(shí)厭氧環(huán)境在生物脫氮除磷系統(tǒng)中具有關(guān)鍵性作用，本試驗(yàn)?zāi)康氖强疾於虝r(shí)厭氧環(huán)境的生化特性及其對(duì)聚磷菌釋、吸磷行為的影響。

①試驗(yàn)采用2只完全相同的有機(jī)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(zhuǎn)動(dòng)的彈性立體填料，柱2不裝填料，由攪拌槳攪拌。電機(jī)轉(zhuǎn)速為15～20 r/min，柱上方均設(shè)有蓋板。

柱1作掛膜運(yùn)行，HRT＝20～30 h，溫度為24～29℃。為了單獨(dú)考察城市污水在短時(shí)厭氧環(huán)境污水中VFA的變化，試驗(yàn)未引入小試系統(tǒng)活性污泥。柱內(nèi)微生物完全為厭氧環(huán)境下由污水自然接種生長(zhǎng)起來的厭氧或兼性細(xì)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(duì)比，未作任何處理。正式試驗(yàn)時(shí)，將兩柱瞬時(shí)放空，注入新鮮污水，然后啟動(dòng)電機(jī)，每隔2h取樣，分析污水中VFA隨時(shí)間的變化規(guī)律，結(jié)果見圖2。
圖2表明，在本試驗(yàn)條件下，短時(shí)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(huì)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(jī)物轉(zhuǎn)化為VFA需要經(jīng)歷水解和產(chǎn)酸(產(chǎn)氫)兩個(gè)過程。盡管早期的研究曾認(rèn)為在此過程中兼性細(xì)菌屬于優(yōu)勢(shì)種群，但關(guān)于生活污水污泥消化的研究指出，事實(shí)正好相反，專性厭氧細(xì)菌較兼性細(xì)菌多100倍以上。從總體上說，最重要的水解反應(yīng)和發(fā)酵反應(yīng)都是通過專性厭氧細(xì)菌進(jìn)行的，同時(shí)由于專性厭氧細(xì)菌的生化效率很低，上述過程需要較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間。Andrews和Pearson(1965)曾利用溶解性有機(jī)和無機(jī)合成污水對(duì)厭氧發(fā)酵過程的VFA產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng) HRT ＝2.5 d時(shí)反應(yīng)器的VFA濃度最高。

本試驗(yàn)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(nèi)實(shí)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(xì)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)基本上保持恒定。只是在一定時(shí)間以后，隨著微生物的增殖，VFA才出現(xiàn)明顯下降。本試驗(yàn)說明，就一般城市污水而言，短時(shí)厭氧區(qū)不會(huì)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(dòng)電機(jī)；兩柱厭氧運(yùn)行2～3 h后取出填料和攪拌槳，并同時(shí)轉(zhuǎn)入曝氣狀態(tài)每隔30 h取樣分析比較兩柱釋磷、吸磷特點(diǎn)，結(jié)果見圖3。　 　　　　

圖3(a～d)是在不同時(shí)間利用實(shí)際污水進(jìn)行的四組重復(fù)性試驗(yàn)。由于實(shí)際污水水質(zhì)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(shí)為3h，圖3(b、d)的厭氧歷時(shí)為2h。

該四組圖表明：

①在厭氧條件下進(jìn)水VFA越高，柱1、柱2的釋磷量越大，這與以往的認(rèn)識(shí)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(dāng)VFA較多時(shí)，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(shí)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(jìn)水VFA最低，柱1釋磷曲線一直在柱2的上方，直至厭氧段結(jié)束，柱2釋磷曲線才與柱1交合。但是柱1兼性生物膜同時(shí)消耗VFA，當(dāng)反應(yīng)器中VFA不足時(shí)，兼性生物膜與聚磷菌對(duì)VFA的競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，故聚磷菌能長(zhǎng)時(shí)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(jìn)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(dāng)厭氧歷時(shí)由3 h降為2 h時(shí)上述差別明顯增大，見圖3(b、d)。該現(xiàn)象是值得特別關(guān)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(guān)于聚磷菌厭氧有效釋磷越高，其過度吸磷能力越強(qiáng)的認(rèn)識(shí)基本上是矛盾的。

從上述現(xiàn)象分析推動(dòng)聚磷菌好氧過度吸磷的更本質(zhì)動(dòng)力，可以得出的判斷是，在一定范圍內(nèi)，聚磷菌在厭氧環(huán)境中的歷時(shí)越長(zhǎng)，環(huán)境的ORP越低，促進(jìn)好氧吸磷的動(dòng)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(nèi)貯存的碳源(如PHB)，也可以從其他方面獲得。這種差別當(dāng)厭氧歷時(shí)由3 h減為2h時(shí)變得尤其明顯，表明厭氧環(huán)境對(duì)于微生物過度吸磷的極端重要性。

未完待續(xù)~~