从进水碳源角度分析改良A2O工艺生物除磷作用

李枫+姜健

摘 要：污水厂进水碳源浓度偏低成为污水厂生物除磷效果较差的最主要因素。单方面加大进水C源的浓度可以大大提高生化除磷率，可以达到76%以上。从运行经验看乙酸钠最好的碳源，对于改良A2O工艺，通过预缺氧段和厌氧段的配水比可以有效控制厌氧区的碳源分配比可以尽可能使生物除磷充分利用原水中的C源，从而提高生物除磷的去除率。

关键词：生物除磷 碳源 改良A2O 脱氮除磷 VFA

目前，我国水环境富营养化污染严重，而氮磷化合物的污染正是富营养化根源。当前的新建污水厂所采用的工艺也都具备脱氮除磷功能。对于污水厂来说，除磷的效果却一直不佳，这主要原因是原水中缺乏适应于反硝化和释磷作用所必需的有机碳源。

1 生物除磷反应机理

1.1 释磷反应过程

具有生物除磷功能的异样细菌被称为聚磷菌（PAOs）。在厌氧环境中，挥发性脂肪酸（VFA）以被动扩散的形式进入细胞，而PAOs将多聚磷酸盐（PolyP）分解生成磷酸盐释放出细胞外，同时产生能量将ADP转化为ATP。ATP/ADP循环促使VFA在PAOs内转化为乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A又通过糖酵解提供的还原性物质（NADH + H+ ） 进行PHB 合成。如果没有足够的PolyP分解则无法产生ATP，VFA也只能累积在PAOs胞内而无法被吸收，更无法转化为PHB。同样，如没有足够的VFA，PHB缺少底物一样无法合成。因此，PolyP和VFA是形成PHB的必要条件（以上过程见图1）。

1.2 吸磷反应过程

当污泥混合液刚进入好氧段时，PAOs中贮存有大量的PHB而PolyP含量较低，污水中无机磷酸盐含量则很丰富，PAOs 在好氧段中以O2作为电子受体，利用胞内PHB 作为碳源及能源进行正常的好氧代谢，通过氧化磷酸化生成ATP。ATP又为PAOs吸收磷酸盐并重新合成PolyP存于细胞内而提供能量支持。由于PHB的好氧代谢能够提供大量能量，从而形成大量ATP，因此，PAOs可以吸附污水中的磷酸盐（以上过程见图2）。

1.3 生物除磷的主要影响因素

由以上反应机理可知，PHB的生成是生化除磷的必要条件，若在厌氧区状态下无法生成PHB，即使释放了磷酸盐，也只是无效释磷，PAOs无法在好氧区对释放的磷酸盐进行吸收。而形成PHB的主要影响因素有：

（1）进水碳源。进水中一般FVA的浓度很低，但是若进水中有较高的可降解有机物浓度，通过水解酸化反应，也能够形成较高浓度的VFA。因此，释磷反应与进水中是否含有充足可降解有机物，且有机物是否包含足够VFA或者较容易水解酸化生成VFA有关。

NADH具有强还原性，当环境为还原性时，反应向右进行；而环境为氧化性时，反应向左进行，此时NADH会大量转化为NAD+，进而乙酰辅酶A无法生成，最终导致无法形成PHB。

2 关于C源对生物除磷影响的实验分析

2.1 碳源种类对除磷的影响

有学者研究表明：分子链越长，释磷效果越差，酸类释磷效果比醇类、糖类要好。本实验中采用四种常见的基质，研究其作为外加碳源提高生物除磷率的可能性。

（1）实验方法。

在2L圆口玻璃瓶装入1.5L污泥混合液，放置澄清，倒掉上清液，加入原水至1.5L。接入搅拌器，盖上瓶盖，厌氧过程保证DO<0.2mg/L，好氧过程采用小型风机给予曝气，保证 DO>2.0mg/l。

取某污水厂厌氧区污泥分别装入1#、2#、3#、4#四个瓶子中，每瓶装入1.5L，分别加入乙酸钠、淀粉、酒精、葡萄糖四种底物作外加营养源，维持厌氧2h，好氧5h，静沉1h，静沉1h后的上清液为反应器处理后出水，排掉上清液在加入原水，至此结束一个周期。每天3个周期，即每个反应器每天处理4.5L污水。定期测定不同C源反应器的出水TP，确定去除效果。

（2）测试方法。

总磷浓度采用钼锑抗分光光度法，且为避免实验误差实验中除原水外其它均为溶解性TP。

硝酸盐氮浓度采用盐酸-氨基磺酸分光光度法。COD采用重铬酸钾消解法。

（3）研究结论。

（1）四种营养源中乙酸钠对除磷的促进效果最好，其次是乙醇、葡萄糖。淀粉对除磷的促进效果最差。

（2）随着营养源的添加量变化，TP处理效果也变化，营养源越多TP处理效果越好。

（3）TP处理效果较好的情况下，一旦营养源不足。污泥会大量无效释磷，出水TP猛增。

（4）乙酸钠的投加浓度大于11mg/L（0.025g/4.5L）的情况下，生物除磷的去除率就可达到较高值，但不稳定，若在22mg/L（0.05g/4.5L）浓度下，能够确保稳定。

2.2 充足碳源下除磷效果

取1.5L某厂厌氧区污泥置反应器中，澄清后，倒掉上清液，加原水至1.5L，加入0.04g乙酸钠。厌氧反应1.5h，好氧反应5h。

可知，加入0.04g乙酸钠（相当于23.4mg SCOD，浓度26.67mg/L），已能达到较高的释磷率（>300%），TP去除率也较高，达到76%。另外，在DO的最高值出现对应的反弹现象，初步分析可能是污泥因DO过高而产生自溶，造成无效释磷。降低DO后吸磷作用开始好转。

由此可见，加入一定量的乙酸钠，短期之内释磷率就能升高，去除率也处于较高值，但是好氧阶段DO不宜过高，否则会产生细胞过度氧化而自溶，造成无效释磷影响出水TP。

3其他强化除磷措施

根据生物除磷的反应机理和改良A2O工艺的特点，还有以下措施可以强化生物除磷

（1）适当减小内外回流量。一来尽量避免硝酸盐氮进水厌氧区影响释磷环境。二来抑制反硝化作用，使生物除磷获得更多碳源。

（2）适度减小好氧区DO。在C源不足的情况，DO过高可能会造成聚磷菌在好氧区因为缺少底物而发生内源呼吸，即细胞自溶无效释磷，导致出水TP上升。另外，在厌氧区与聚磷菌竞争的还有聚糖原菌，该菌在厌氧区释放磷酸盐但是在好氧环境下不能吸收磷酸盐。将DO控制在较低值（但不低于1.5mg/L）可以有效抑制聚糖原菌生长。

（3）控制合适的泥龄。将泥龄控制在適宜于聚磷菌的生长周期，可以有效促进聚磷菌的生长，但前提是要保证硝化菌正常生长。

（4）利用剩余污泥在储泥池的停留阶段，促使污泥水解酸化产生高浓度VFA上清液。利用上清液回流补充进水C源。

4 总结

（1）由生物聚磷的反应机理可以看出，聚磷菌在厌氧状态下形成PHB是生物除磷的关键，而形成PHB的关键是在于进水是否有适量、适宜的有机碳源供聚磷菌利用。

（2）有机碳源中以短链的FVA最为适合，供聚磷菌利用。当然长链的有机酸通过水解酸化形成足够的VFA也可以有效利用。其中乙酸钠无疑为最好的碳源之一，通过小试验证，乙酸钠在浓度20-30mg/l促进生物除磷作用明显且足够稳定。

（3）改良A2O工艺预缺氧和厌氧的配水比是提高脱氮除磷的有效手段。一般控制在0.5～1较为合适。但具体情况还受到内外回流、泥龄、DO、进水水质情况的影响，污水厂应根据进出水实际情况合理调配。

参考文献：

[1] 田淑媛，王景峰，杨睿，等.厌氧下的PHB 和聚磷酸盐及其生化机理研究[J].中国给水排水，2000，6（7）：5-7.

[2] 王迪，杨凤林，周军，等.碳源对好氧颗粒污泥物理性状及除磷性能的影响[J].中国给水排水，2007（05）：2081-2085.