【正文】 值低于 7 時，聚糖菌會與聚磷菌發(fā)生競爭，影響聚磷菌利用 VFA 的 能力，從而影響生物除磷效果，聚磷菌的最佳生長 pH 值范圍為 ~ [39]。 而全流程中的 A/O 系統(tǒng)在保證一定負荷下較高 TP 去除率的同時，僅需控制 好氧段 DO 為 1~， 與傳統(tǒng)除磷工藝相比節(jié)約了50%以上 的曝氣量 ，實現(xiàn)了高效 低能耗運行。d） 1） 進行 ， 通過 調(diào)整 Q 進 與回流污泥量， 保持 Q 進 和 混合液懸浮固體濃度（ MLSS） 兩者相對穩(wěn)定并維持 每個 工況運行 15 天以上（ ≥2SRT） ，同時在較低溶解氧范圍 (1~)內(nèi)調(diào)控好氧段 DO，使反應(yīng)器穩(wěn)定 運行 了 50 天以上（ ≥8SRT） ， A/O 除磷系統(tǒng) TP、 COD 去除效果 隨 O 段 DO及 NSCOD 的變化 情況如圖 所示。 好氧段的 DO 對聚磷菌的磷攝取有很大的影響，為了獲得較好的磷釋放效果，應(yīng)保持溶解氧濃度在一定濃度以上，以滿足聚磷菌對其貯存的 PHB 進行氧化，獲取能量，而大量攝取磷之用。 mg/L BOD5 稀釋與接種法 接種生活污水及培養(yǎng)液，在恒溫 20 度下，通過 5 天培養(yǎng)，測定前后壓力差。此外 ，由于全流程中的A/O 工藝有效避免了傳統(tǒng)同步脫氮除磷過程中對于碳源的爭奪， 所以處理過程中無需 另行投加碳源，對有機污染物濃度低的生活污水具有較好的適應(yīng)性。 孫源，范琛等 [33]采用 A/O 方式運行的 SBR反應(yīng)器對回流污泥進行誘導(dǎo)馴化，結(jié)果表明 ： 在較短時間內(nèi)系統(tǒng)有明顯的聚磷特征， A/O 方式運行的反應(yīng)器除磷效率大于 95%，從運行穩(wěn)定的系統(tǒng)中進行微生物的分離，經(jīng)過數(shù)次分離得到純種的菌株，通過染色實驗表明菌體內(nèi)含有異染顆粒 。 國內(nèi)外 對于工藝本身運行機理及 相關(guān) 調(diào)控方法的 研究 也比 較多， 歸納起來 研究內(nèi)容大體可分為三部分： 提高磷去除率的研究 通過調(diào) 控 運行參數(shù)，優(yōu)化實時監(jiān)測等措施，進一步提高磷的去除率。 工藝流程簡單，不需要投加化學藥品；建設(shè)費用和運行費用均較低。 1978 Osborn 和 Nicholls[14] 在硝酸鹽異化還原過程中觀測到了磷的快速吸收現(xiàn)象，即反硝化除磷現(xiàn)象。 工藝本身的矛盾 —— 脫氮靠硝化液回流 傳統(tǒng)工藝脫氮一般采用前置反硝化手段，依靠回流硝化液實現(xiàn)脫氮。 26 個國控重點湖泊（水庫）中，營養(yǎng)狀態(tài)為重度富營養(yǎng)的 1個，占 %；中度富營養(yǎng)的 2 個，占 %；輕度富營養(yǎng)的 11 個，占 %；其他均為中營養(yǎng)，占 %。試驗主要從 A/O 除磷系統(tǒng)準佳運行參數(shù)的研究、系統(tǒng)中氮素的轉(zhuǎn)化、 COD 的同時去除以及群落結(jié)構(gòu)分析幾個方面進行研究。 污水脫氮除磷難題 自 20 世紀初，以活性污泥法為代表的污水生化處理技術(shù)建立以來，都是以去除含碳有機物為核心的污水二級生化處理。 污水再生全流程的提出 既然 N、 P 不可能在一個反應(yīng)器內(nèi)同時深度去除，那么就應(yīng)該在不同的反應(yīng)器中分步實現(xiàn)。 傳統(tǒng)生物除磷機理 傳統(tǒng)的生物除磷機理 [18]可以概述為一句話：聚磷微生物在厭氧條件下釋放磷，在好氧條件下過量吸收磷，通過定期排泥來達到除磷的目的。 Bardenpho 循環(huán)利用內(nèi)碳源，盡量利用了微生物的胞內(nèi) 有較好的脫磷效果，但是在二沉池中會 5 工藝 [20] 碳源物質(zhì)，又稱 A/OA/O 工藝。 馬菲菲，吳志超，周振等 [2427]以長距離輸送的合流制污水為進水，考察不同污 泥回流比下 A/O 工藝對 COD、 N、 P 的去除效果，深入研究污泥回流比對生物除磷代謝過程的影響。 Rhodocyclus sp.(96%相似度 )和 Dechlorimonas sp.(97%相似度 )包含在所有反應(yīng)器中，通過 DGGE條帶的序列分析和系統(tǒng)從屬關(guān)系判斷，它們屬于β Proteobacteria。好氧池為推流式，利用微生物吸附降解規(guī)律采用穿孔曝氣管分三階段遞減曝氣。 mg/L 溶解氧 在線溶解氧 測定儀 采用隔膜 電極作換能器，將溶氧濃度（實際上是氧分壓）轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大、調(diào)整（包括鹽度、溫度補償） ，由模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示。 HRT 代表 污水與反應(yīng)器內(nèi)微生物作用的平均反應(yīng)時間， 其值越高出水水質(zhì)越好，但反應(yīng)器處理水量相應(yīng)減小。d） 1， 控制 DO 為 ，出水 TP 去除效果良好， 均值為 ， 去除率均值達到 %， 基本能達到國家 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物一級 A 排放標準 的要求；第 24~33 天，保持 NSCOD 為 圖 A/O 除磷系統(tǒng)沿程 TP 變化 由 圖 可以看出 ， 反應(yīng)器厭氧段大量釋磷，好氧段前段即完成過量吸磷，而在好氧段中段和后段 TP 濃度均變化不大?？刂艭OD 污泥負荷為 此外，氮和磷都是微生物維持其自身細胞正常生理功能所必需的元素，在整個處理過程中 還會有部分氮素 作為增殖細菌的細胞合成物質(zhì) 而損失 。 圖 出水氨氮、氨氧化率與 O 段 pH 的變化 22 由圖 可知， O 段 pH 變化較為穩(wěn)定，而出水氨氮與氨氧化率存在不規(guī)則波動， O段 pH 的 變化與 氨氮轉(zhuǎn)化 之間的關(guān)系不明顯 ， O 段 pH 不是決定氨氮去除效果的因素。推測系統(tǒng)沿程氮素損失是由于微生物自身同化作用，而氮素增長是由于微生物的異化作用及細胞水解釋放氮素，具體原因有待后續(xù)實驗確定。 試驗期間 還 分析測定了反應(yīng)器沿程 TP、 COD 的變化趨勢 。在這些方法中，變形梯度凝膠電泳以其操作較為簡單，結(jié)果準確可靠等優(yōu)點得到了非常廣泛的應(yīng)用 [41]。厭氧段的充分釋磷可以有效促進原污水中 COD 的降解與去除 。另一方面，由于有機物濃度較低，微生物只能滿足自身的代謝平衡，使得 PAOs 無法實現(xiàn)增殖，活性污泥的更新速率減緩，吸收的磷無法及時通過剩余污泥的排放得到去除，最終使除磷率下降 [40]。為了保證系統(tǒng)的除磷效果就得 維持較高的剩余污泥排放量，由此導(dǎo)致系統(tǒng)處于較短的泥齡控制狀態(tài)。 試驗在調(diào)控進水 NSCOD 同時監(jiān)測了進出水氨氮變化，出水氨氮、氨氧化率隨 NSCOD的變化如圖 。因此， 試驗 過程中通過 分析 氮的形態(tài)和濃度變化確定其影響參數(shù)， 同時通過測定延程氮素變化確定系統(tǒng)中氮素損失原因，確保 出水滿足后續(xù)亞硝化單元的進水要求。 16 圖 A/O 除磷系統(tǒng) TP 去除 率與進出水堿度 的變化 情況 從圖 可以看到，出水堿度損失僅為 37mg/L，堿度損失率僅為 %。 傳統(tǒng)的除磷工藝，在常溫時若要保持 TP 去除率為 75%以上、出水 TP 低于 1mg/L，好氧段 DO 需要控制在 2~3mg/L，甚至更高。（ kgMLSS 反應(yīng)器常用的運行參數(shù)包括溶解氧（ DO）、 pH、堿度、污泥齡（ SRT） 、 水力停留時間（ HRT） 、 COD 污泥負荷率（ NSCOD） 等 。 10 表 主要 水質(zhì) 指標分析方法 測定項目 方法名稱 基本原理 檢出限 COD 快速 COD 測定儀 采用密封消解法消解樣品，并用先進的冷光源、窄帶干涉技術(shù)及微電腦處理數(shù)據(jù)，直接顯示 COD 值。 因此 ，本 處理單元必須抑制硝化 和反硝化 細菌的增殖， 削弱其在整個系統(tǒng)菌群中的影響力，減少硝化和反硝化反應(yīng)的發(fā)生， 保證出水中的氨態(tài)氮濃度，而 這 也 是與傳統(tǒng)污水處理工藝中 A/O 生物除磷單元最大的區(qū)別 。 如劉亞男，于水利，薛罡等 [3032]在生物除磷污泥中首次篩選和提純出產(chǎn)堿桿菌屬的聚磷菌，并證明其具有較好的強化除磷效 果。 A/O 除磷研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng) A/O 工藝作為一種較為成熟的以去除磷和有機物為主的活性污泥法 已有數(shù)十年的發(fā)展歷史 ， 因其良好的除磷效果和可調(diào)控性高、不易發(fā)生污泥膨脹等諸多優(yōu)點，該工藝被廣泛用于各級污水處理廠中。 表 典型的傳統(tǒng)生物除磷工藝 工藝名稱 主要原理 主要特點 A/O 工藝 厭氧條件下，聚磷微生物將污水中的有物轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的 PHB，同時釋磷；在好氧條件下，聚磷微生物以游離氧為電子受體，過量吸收水中的磷。 1975 1976 Barnard[12, 13] 在前人研究的基礎(chǔ)上，指出了生物除磷過程中厭氧 /好氧（ anaerobic/oxic， A/O）交替的必要性，認為硝酸鹽會對生物除磷產(chǎn)生抑制作用，無溶解氧（ DO）和硝酸鹽的厭氧段的存在是除磷能力得到發(fā)揮的必要條件，并于 1976 年提出了 Phoredox（ phosphorus reduction oxidation）工藝，標志著 A/O 生物除磷工藝的誕生。顯然，在運行泥齡上，傳統(tǒng)工藝在脫氮與除磷之間存在著矛盾。大型水庫水質(zhì)好于大型淡水湖泊和城市內(nèi)湖。通過對相關(guān)運行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整， 確立了系統(tǒng)的準佳運行參數(shù)， 實現(xiàn) 了出水磷和有機物達到國家城鎮(zhèn)污水處理廠一級 A 排放標準的要求； 同時最大限度地保留 了 出水中氨氮的濃度， 并且無亞硝酸鹽氮和硝酸鹽積累， 為全流程中后續(xù)的脫氮單元提供 了適宜的 進水。其處理水的水質(zhì)水平僅能達到 BOD520mg/L、SS20mg/L，而原污水中氨氮和磷只有部分用于細胞合成，出水中只少有去除。 與化學除磷相比，生物除磷有很大的優(yōu)勢， 由于不投加藥劑，可以節(jié)省大量運行費用，而且在生物除磷的同時又可以去除有機物，因此可以強化生物除磷單元，實現(xiàn)磷和有機物的深度去除，這也完全符合低碳經(jīng)濟的目標。具體來說：在厭氧的條件下，聚磷菌 (PAOs， polyphosphateaccumulating anisms)把細胞中的多聚磷酸鹽水解為正磷酸鹽釋放胞外，并從中獲取能量，并利用污水中易 降解的有機物，如揮發(fā)性脂肪酸 (VFA)，合成儲能物質(zhì)聚β 羥基丁酸 (PHB)等儲于細胞內(nèi)，在好氧的條件下，利用 O2 為最終電子受體氧化細胞內(nèi) PHB獲得能量，并利用該反應(yīng)產(chǎn)生的能量，過量從污水中攝取磷酸鹽，合成高能 ATP，其中一部分又轉(zhuǎn)化為多聚磷酸鹽，作為能量儲于細胞內(nèi)，好氧吸磷量大于厭氧釋磷量，通過排放富磷污泥來實現(xiàn)高效除磷目的。 有磷的釋放，工藝流程長、構(gòu)筑物多，運行費用高 。 其試驗 結(jié)果表明：污泥回流比對 COD 及 NH4+N 的去除沒有明顯影響，但對TN、 TP、 PO43P 的去除影響較大。 于水利等人 [35]調(diào)查了在不同碳源下，三個 SBR 反應(yīng)器中的微生物群落。二沉池為豎流式沉淀池 ， 采用中心進水周邊出水。 mg/L pH 便攜式 pH計法 利用 pH復(fù)合電極電動勢隨氫離子活度變化而發(fā)生偏移來測定水樣的 pH值。 在一定范圍內(nèi)，厭氧段釋磷量隨著 NSCOD 的增加而升高并生成大量的 PHB，為后續(xù)好氧段過量攝磷積攢能量。（ kgMLSS 經(jīng)分析認為： 反應(yīng)器好氧段 長度僅 為 ，而寬、高達到了 、 ，加上曝氣的攪動作用， 好氧段混合現(xiàn)象嚴重， 所以導(dǎo)致了好氧段推流式的作用不明顯。（ kgMLSS 19 A/O 系統(tǒng)低 氮素 轉(zhuǎn)化研究 進出水氮素變化 試驗期間，對反應(yīng)器進出水氮素（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）變化情況進行了監(jiān)測，實驗結(jié)果如圖 所示。 綜合上述試驗，好氧段 DO、 NSCOD 與 好氧段 pH 與氨氮去除效果之間均不存在明顯相關(guān)性，而進出水氮素基本以氨氮形式存在，說明這幾個參數(shù)均不是決定全流程 A/O 除磷系統(tǒng)中氮素轉(zhuǎn)化的影響因素。 4) A/O 系統(tǒng)通過控制較短 泥齡 （只有 7 天左右） 實現(xiàn)了 AOB、 NOB的淘汰。取 15 天數(shù)據(jù)均值作圖，如圖 所示。 DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)，即 變性梯度凝膠電泳 ，是根據(jù) DNA在不同 濃度 的變性劑中解鏈行為的不同而導(dǎo)致電泳遷移率發(fā)生變化，從而將片段大小相同而堿基組成不同的 DNA 片段分開。分析可知：系統(tǒng)內(nèi)硝化菌被抑制，氨氮幾乎未被氧化，系統(tǒng)內(nèi)亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮幾乎不存在，從而抑制了反硝化反應(yīng)消耗碳源的可能性， 本章小結(jié) 1) A/O 系統(tǒng)在深度除磷的同時 伴隨著 COD 的 降解與去除，且去除效果成正相關(guān)性。與此同時，當進水 COD 濃度較低時，在厭氧段有機物完全被 PAOs 吸收并用來合成 PHB及糖原等碳源存貯物，但由于有機物濃度較低，可吸收的有機物總量十分有限，這限制了 PAOs 分解聚磷酸鹽合成 PHB的 數(shù)量，但由于 PAOs 在好氧條件下需要利用 PHB氧化分解所釋放的能量來攝取混合液中的磷，所以使得其在好氧條件下沒有足夠的 PHB 用作磷的吸收，去除率較低。 聚磷菌多為短泥齡異養(yǎng)微生物，其繁殖速度快，世代周期相對較短，由于生物除磷的唯一途徑是經(jīng)過排除富含磷的剩余污泥實現(xiàn)除磷的目的。 NSCO D對于氨氮變化的影響 NSCOD 作為反應(yīng)器的主要調(diào)控參數(shù)之一，是影響有機物降解和活性污泥增長的重要因素，采用較高的 NSCOD，將加快有機物降解和活性污泥增長。 18 4. A/O 除磷系統(tǒng)中氮素轉(zhuǎn)化研究 作為污水再生全流程的首端處理單元，試驗在深度除磷的同時 還 關(guān)注 了 混合液中氮的轉(zhuǎn)化與去除，目的是為后續(xù)自養(yǎng)脫氮單元提供高氨氮的進水，與此同時盡量降低出水中的亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度。傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝需要投加大量的堿度， 為研究堿度對全流程下 A/O 除磷系統(tǒng)處理效果的影響， 連續(xù)監(jiān)測了 10 天 進出水的堿度（以 CaCO3 計），結(jié)果如圖 所示 。d） 1 時，只需 維持好氧段 DO 在 1~，就能使出水 TP 濃度完全達到一級 A 標準。 1