A2/O氧化沟反硝化除磷实践

程旭光 李巧浩 麦斯烺 赵承德 陈侃

【摘 要】反硝化除磷脱氮是利用反硝化聚磷菌，在缺氧环境下以NO3-作为电子受体来实现同步反硝化和过量吸磷作用，从而可以在低碳源情况下达到脱氮除磷目的。在此理论指导下，本文作者在A2/O微曝氧化沟工艺中进行了实践操作，得到较好的效果。

【关键词】反硝化除磷；氧化沟

引言

排放污废水中的磷是水体中磷的主要来源，其形态有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其中正磷酸盐和聚磷酸盐占绝大多数[1]。磷的去除有化学除磷和生物除磷两种工艺，目前国家污水处理多使用生物除磷技术[2]，传统生物除磷是利用聚磷菌的厌氧释磷好氧超量吸磷特性，将磷以聚合的形态储藏在菌体内形成高磷污泥，通过排放富磷剩余污泥将磷排出系统外，达到从废水中除磷的目的[3-6]，在这一生物除磷的过程中需要有充足碳源才能达到理想的去除效果。但是南方地区城市污水处理系统中往往是由于气候及其他原因使得碳源不足，在通常的A2 /O微曝氧化沟工艺还需要补加部分碳源才能达到理想的氮、磷的去除效果， 导致运行费用居高不下。

反硝化除磷脱氮能够在碳源不足的情况下达到较好的除磷和脱氮。反硝化除磷脱氮是利用反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphate - accumulating Organisms， DNPAOs），在缺氧环境下以NO3-作为电子受体来实现同步反硝化和过量吸磷作用，从而可以在低碳源情况下达到脱氮除磷目的。在此理论指导下，本文作者在A2/O微曝氧化沟工艺中进行了实践操作，得到较好的效果。

1.南方某5万吨污水处理厂概况

1.1基本概况

该污水处理厂设计进、出水水质如下：

表1

项目/内容 进水（mg/L） 出水（mg/L） 去除率（%）

BOD5 120 20 83.3

CODCr 240 40 83.3

SS 150 20 86.6

NH3—N 25 8 68

磷酸盐（以P计） 3 0.5 83.3

TN 30 20 33.3

TP（以P计） 4 1.0 62.5

该厂采用“A2/O微曝氧化沟”工艺，其核心就是氧化沟型式的“厌氧池+缺氧池+好氧池”有机一体化构筑物。

氧化沟的平面设计图如图1。

该厂设计工艺参数具体为：氧化沟厌氧池2座，有效容积1643m3，停留时间为1.58h；氧化沟缺氧池2座，有效容积2710m3，停留时间为2.60h；氧化沟好氧池2座，有效池容7500m3，停留时间为7.20h，每座分布有20组曝气管。

1.2问题的提出

运行过程中，出水总磷总体维持在0.6—0.8mg/L，时有超标，大致在两种情况下出现：一种是进水浓度由低浓度转变为正常浓度时；另一种情况是进水浓度由正常浓度转变为较高浓度时。（COD低于80mg/L为低浓度，在80～130mg/L之间为正常浓度，高于130mg/L为较高浓度）针对此情况，笔者对氧化沟中总磷分布做了调查分析，从图可知，各段总磷浓度的变化不是特别大。在厌氧段，由于聚磷菌利用厌氧环境开始释放磷，表现出比较高的磷浓度。而在缺氧段，一部分反硝化聚磷菌能在缺氧条件下同时脱氮除磷，去除率约为56.30%，而在好氧段由于碳源不足，进入好氧段PHB明显不足导致好氧聚磷菌对磷的去除不高，仅为4.72%。同时，2#池在厌氧段和缺氧段的总磷比1#池高，在好氧段2#池反而比1#池低，这可以说明2#池在厌氧段磷的释放比较多，来到缺氧段反硝化聚磷菌吸收磷也跟着提高。

图1 氧化沟的平面图

根据该污水处理厂COD、氨氮处理效果较好而总磷处理效果不理想，从实际的情况出发寻找有效的解决办法。王晓莲等人已证实在A2/O工艺中存在反硝化除磷现象，并取得了较好的脱氮除磷效果[7]。反硝化除磷菌可以在碳源不足的条件下，通过“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和吸磷过程。采用反硝化除磷工艺处理城市污水不仅可以节省曝气量，还能减少剩余污泥量，从而降低投资和运行费用。

2.反硝化除磷在实际运行中的应用

A2/O微曝氧化沟工艺中，低碳源条件下通过控制缺氧区与好氧区的容积比来实现反硝化同步除磷脱氮。曹雪梅等人经过实验研究得出：在缺氧区与好氧区容积比分别为0.33、0.48、0.60的条件下，A2/O系统对总氮的平均去除率分别为68.04%、79.64%和85.70%，对总磷的平均去除率分别为85.38%、90.80%和96.84%，对COD的去除率均在90%以上。

图2 生化系统各段总磷浓度变化图

2.1调整缺氧区与好氧区的容积比后总磷去除情况

根据以上研究，笔者通过关闭好氧区前5组曝气管（关闭这5组曝气管所在的区域简称准缺氧段）来提高缺氧区与好氧区的容积比，大约容积比为0.81，实际2次测得生化系统各段总磷浓度的变化如下：

图3 调整后生化系统各段总磷浓度变化图

从上面图表可知，在厌氧段，聚磷菌利用厌氧环境开始大量释磷，污水中表现出高的磷浓度。而在缺氧段和准缺氧段，反硝化聚磷菌在此区域利用在厌氧段储存的PHB大量吸磷，同时氮也得到去除与厌氧段磷浓度相比，呈现较低的水平。对磷的去除主要集中在缺氧段和准缺氧段，磷去除率达94.64%以上。好氧段好氧聚磷菌对磷去除率很低，基本上可以忽略不计。厌氧段到缺氧段区域磷的去除率38.39%以上，最高达到78.18%；缺氧段到好氧曝气前区域磷的去除率80.00%以上，最高达到97.90%。

2.2继续调整缺氧区与好氧区的容积比后可能出现的问题

通过关闭好氧区前10组曝气管来提高缺氧区与好氧区的容积比，大约容积比为1.72，实际测得好氧曝气后的总磷低于0.02mg/L。但经过一段时间后会出现氨氮出水超标问题。

当关闭好氧池的曝气时，缺氧区与好氧区的容积比相应地增大，系统出水COD基本变化不大，出水TP降低，但是当关闭前10曝气时，缺氧区与好氧区容积比达到1.72，出水氨氮出现超标现象，这是由于曝气量不足导致好氧段的硝化反应不完全造成出水氨氮超标的现象。

3.调整中可能会出现的问题及解决方法

3.1出水NH3-N超标，甚至是出现了出水NH3-N大于进水NH3-N。这可能是由于低负荷运行，污泥自身氧化，同时在较小的区域出现过度曝气造成污泥解体，游离细菌增多，同时蛋白质是组成生命体的物质，这些微生物本身也是有机物，有机氮转化为氨氮，使测量氨氮高了，加上硝化反应不佳，所以出水氨氮不降反升；还有可能是好氧区域太小，硝化时间不够或溶解氧偏低时，氨氮转化为硝基氮就不充足，自然出水氨氮就比进水高了。

出现了出水NH3-N超标时需要及时调整工艺：1）调高溶解氧，好氧末端溶解氧控制在2.5～3mg/L之间[8]；2）若缺氧段反硝化效率差，可以适当地增大回流量，调整至800～1000m/h；3）进水COD低了要适量减少排泥，避免污泥一繁殖就随出水排出，没有污泥龄的保证自然硝化菌无法形成，氨氮去除效果下降，因此需要保证污泥龄大于20d。

3.2长期关闭曝气管会造成所关闭的区域出现污水流速不够，有沉泥情况，大量的沉泥出现不但会减少此区域的有效容积，也会造成曝气管的堵塞。出现此种情况可以间隔一段时间开启曝气2h，一般情况下该厂每一个星期开启2h曝气，防止大量沉泥发生。

4.结论

4.1当进进水水质偏淡，有机物含量较低及污泥负荷偏低的情况下，在原有设计的基础上通过增加缺氧区的容积及减少好氧曝气区的容积来实现低碳源条件下反硝化同步除磷脱氮，从而达到较佳的除磷脱氮效果。

4.2增加缺氧区与好氧区的容积比有利于提高曝气效率，降低曝气能耗，减少运行费用。当缺氧区与好氧区的容积比增大时，系统的出水水质变好，这是因为增加缺氧区容积提高了缺氧区的水力停留时间以及反硝化除磷菌在聚磷菌中所占的比例，进而提高了对有机物、氮及磷的去除率。一般情况下缺氧区与好氧区的容积比为0.8左右为宜。

4.3在A2/O工艺中的确存在着较好的反硝化除磷现象，缺氧区吸磷量占很高的比例。由于反硝化除磷脱氮现象的存在，很好地解决了反硝化菌和聚磷菌对碳源问题产生的竞争关系，实现了“一碳两用”。

参考文献：

[1]计石祥.含磷洗涤剂仍是我国近期洗涤剂的主要品种[J].日用化学品学，1998，98（1）：32—34.

[2]Randall A A. Polyhydroxylalkanoate form and polyphosphate regulation： keys to biological phosphorus and glycogen transformations[J].Wat.Sci.Tech， 2003，47（11）：227—233.

[3]Metcalf & Eddy Inc. Wastewater Engineer Treatment and Reuse[M]. Fourth Edition. New York McGraw-Hill， 2003：776-779.

[4]祝贵兵，彭永臻.生物除磷设计与运行手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005：7-9.

[5]Adrian O， Aaron M S，Teresa M，et al.Competition between polyphosphate and glycogen accumulating organisms in enhanced biological phosphorus removal systems with acetate and propionate as carbon sources[J].Journal of Biotechnology， 2006，123（1）：22-32.

[6]Rikke L M，Raymond J Z， Valerio G， et al. Challenges for simultaneous nitrification， denitrifation， and phosphorus removal in microbial aggregates： mass transfer limitation and nitrous oxide production[J].FEMS Microbiology Ecology， 2005，52（3）：329-338.

[7]王晓莲，王淑莹，彭永臻，等. A2/O工艺中反硝化除磷及过量曝气对生物除磷的影响[J]. 化工学报，2005，56（8）：1565-1570.

[8]黄梅，周少奇，丁进军. 同步硝脱氮除磷工艺中好氧池最适氧浓度研究[J].环境科学与技术，2007（6）：75-77.