同步脱氮除磷技术：应用微生物学原理与技术

1)A2/O 法同步脱氮除磷工艺

（1）A2/O 法工艺流程

A2/O 工艺，即A-A-O 工艺，是在20 世纪70 年代由美国的一些专家在厌氧好氧（ANO）法脱氮工艺基础上开发的，旨在能够同步脱氮除磷。 该工艺流程如图4.4 所示。

图4.4　A2/O 法同步脱氮除磷工艺流程

图4.4 中各单元的功能分别是:原污水进入厌氧反应池，同时进入的还有从沉淀池排出的含磷回流污泥，该反应池的主要功能是污泥释放磷，同时将部分有机物进行氨化。 污水经过厌氧反应池后进入缺氧反应池，缺氧反应池的首要功能是脱氮，硝态氮由好氧反应池内回流混合液送入，混合液回流量较大，回流比＞200%。 然后污水从缺氧反应池进入好氧反应池（曝气池），这一反应池是多功能的，去除BOD、硝化和吸收磷等多项都在本反应器内进行。 沉淀池的功能是泥水分离，上清液作为出水排放，污泥的一部分回流至厌氧反应池，另一部分作为剩余污泥排放。

（2）A2/O 工艺的影响因素

①污水中可生物降解有机物对脱氮除磷的影响。 生物反应池混合液中能快速生物降解的溶解性有机物，对脱氮除磷的影响很大。 厌氧段中该类有机物被吸收利用，同时聚磷菌将体内的磷酸盐分解释放，以使其在好氧段过量吸磷，从而达到除磷的目的。 如果污水中能快速生物降解的有机物很少，聚磷菌则无法正常进行磷的释放，导致好氧段也无法过量吸磷。 试验研究表明，厌氧段进水溶解性磷与溶解性BOD 之比小于0.06，才会有较好的除磷效果。 在缺氧段，如果污水中的BOD 浓度较高，又有充分的快速生物降解的溶解性有机物，即污水中碳/氮较高时，NO3-—N 的反硝化速率最大，脱氮率较高。 反之，如果碳/氮较低，脱氮率也不高。

②溶解氧的影响。 在好氧段，溶解氧升高，有利于氨氮的硝化速度加快，但当溶解氧浓度大于2 mg/L 以后，氨氮硝化速度增长趋势减慢。 另一方面，好氧段的溶解氧会随污泥回流和混合液回流进入厌氧段和缺氧段，造成厌氧段和缺氧段溶解氧含量较高，从而影响厌氧段聚磷菌的磷释放和缺氧段NO3-—N 的反硝化。 所以好氧段的溶解氧浓度宜保持在2 mg/L 左右，不宜过高或过低。 对于厌氧段和缺氧段，溶解氧则越低越好，但由于受回水和进水的影响，溶解氧浓度不可能太低。 研究表明，厌氧段溶解氧小于0.2 mg/L、缺氧段溶解氧小于0.5 mg/L时系统脱氮除磷效果较好。

③污泥龄的影响。 A2/O 工艺系统的污泥龄受两方面的影响:一方面硝化菌世代时间较长，所以要求污泥龄要比普通活性污泥的污泥龄长一些；另一方面，由于主要通过剩余污泥的排放除磷，所以又要求A2/O 工艺中污泥龄不宜太长。 权衡脱氨除磷的需要，A2/O 工艺中的污泥龄一般为15 ～20 天。

④污泥负荷的影响。 A2/O 工艺对污泥负荷的要求较严格。 在好氧段污泥负荷应在0.18 kgBOD5/（kgMLSS·d）之下，否则异养菌数量会大大超过硝化菌，使硝化反应受到抑制。 而在厌氧池，污泥负荷应在0.01 kgBOD5/（kgMLSS·d）以上，否则除磷效果会急剧下降。

⑤污泥回流比和混合液回流比的影响。 混合液回流比对脱氮效果影响较大，回流比高，则效果好，但动力费用高，反之亦然。 A2/O 工艺适宜的混合液回流比一般为200%。

一般污泥回流比为25% ～100%，如果太高，污泥将带入厌氧池太多溶解氧和硝态氮，影响其厌氧状态，对释磷不利；如果太低，则维持不了反应池内正常的污泥浓度2 500 ～3 500 mg/L，影响生化反应速度。

（3）A2/O 工艺的特点

A2/O 工艺在系统上可以称为是最简单的同步脱氮除磷的工艺，同其他工艺相比，它具有如下特点:总的水力停留时间较短；在厌氧、缺氧、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量繁殖，无污泥膨胀之虞；污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；运行中不需投药，厌氧、缺氧两反应池只需轻缓搅拌，以达到泥水混合为度，运行费用低。

但此工艺存在一些问题。 当此工艺流程脱氮效果好时除磷效果就较差，而除磷效果好时脱氮效果又不理想。 其原因是:如果好氧段硝化效果好，则进入厌氧段的回流污泥中含有大量硝酸盐，使反硝化细菌以有机物为碳源进行反硝化，等脱氮完全后才开始磷的厌氧释放，这就使得厌氧段进行磷的厌氧释放的有效容积大为减少，从而使除磷效果较差而脱氮效果较好。反之，如果好氧段硝化作用不好，则随回流污泥进入厌氧段的硝酸盐少，改善了厌氧段的厌氧环境，使磷能充分利用厌氧释放，所以除磷的效果较好，但由于硝化不完全，故脱氮效果不佳。所以，A2/O 工艺很难同时取得较好的脱氮除磷效果。 另外，该工艺混合液回流量较大，能耗较多，回流的混合液中的溶解氧也影响工艺脱氮除磷效果。

2)Phoredox 工艺

由于发现混合液回流中的硝酸盐对生物除磷有非常不利的影响，通过Bardenpho 工艺的中试研究，Barnard 于1976 年提出了Phoredox 生物脱氮除磷工艺。 它是在Bardenpho 工艺的前端增设一个厌氧反应池，反应池的排序为厌氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧，混合液从第一好氧池回流到第一缺氧池，污泥回流到厌氧池的进水端。 该工艺又称为五段Bardenpho 工艺或改良型Bardenpho 工艺，特别适合于低负荷污水处理厂的脱氮除磷。 其工艺流程如图4.5 所示。(www.xing528.com)

图4.5　Phoredox 脱氮除磷工艺流程

3)UCT 工艺

UCT 工艺是南非开普敦大学提出的一种脱氮除磷工艺，是一种改良的A2/O 工艺。 其工艺流程如图4.6 所示。

图4.6　UCT 工艺流程

在此工艺中，厌氧池进行磷的释放和氨化，缺氧池进行反硝化脱氮，好氧池用来去除BOD、吸磷和硝化。 UCT 工艺将回流污泥首先回流到缺氧池，回流污泥带回的NO3-—N 在缺氧池被反硝化脱氮，然后将缺氧池部分出流混合液再回流到厌氧池。 由于缺氧池的反硝化作用使得缺氧混合液回流带入厌氧池的硝酸盐浓度很低，这就避免了NO3-—N 对厌氧池聚磷菌释磷的干扰，使厌氧池的功能得到充分发挥，既提高了磷的去除率，又对脱氮没有影响，对氮磷的去除率都大于70%。 该工艺对水质有一定的要求，TKN/COD 比值上限为0.12 ～0.14，超过此值就不能达到预期的除磷效果。 此工艺典型的水力停留时间为24 小时，污泥龄为13 ～25 天。

UCT 工艺减少了厌氧反应器的硝酸盐负荷，提高了除磷能力，达到了脱氮除磷的目的。但由于增加了回流系统，操作运行复杂，运行费用相应提高。

4)氧化沟同步脱氮除磷工艺

氧化沟又称循环曝气池，于20 世纪50 年代由荷兰的巴斯维尔（Pasveer）开发，它属于活性污泥法的一种变形。 严格地说，氧化沟不属于专门的生物脱氮除磷工艺。 但氧化沟特有的廊道式布置形式，为厌氧、缺氧、好氧的运行方式提供了得天独厚的条件。 因此，将氧化沟设计或改造成脱氮除磷工艺不难，其关键是工艺参数、功能分区和操作方式的选择。

污水进入氧化沟，在曝气设备的作用下，与池内混合液进行混合循环流动，经过几十圈的循环才流出沟外，具有完全混合式和推流式特征。 氧化沟内同时存在好氧区和缺氧区，因此沟内同时发生不同的反应过程。 在好氧区，污水中的有机物被好氧菌分解，氨氮被亚硝化菌和硝化菌氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，磷被聚磷菌过量吸收而去除。 在缺氧区，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮被反硝化成氮气。 这样反复进行好氧和厌氧反应，使污水中的有机物及氮、磷得以去除。

氧化沟的类型很多，按氧化沟的运行方式可分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式3 大类型。 连续式氧化沟进、出水流向不变，氧化沟只作曝气池使用，系统设有二沉池，常见的有卡鲁塞尔氧化沟、奥巴勒氧化沟和帕斯韦尔氧化沟。 交替工作氧化沟是在不同时段，氧化沟系统的一部分交替轮流作为沉淀池，不需要单独设立二沉池，常见的有三沟式氧化沟（T 型氧化沟）。 半交替工作氧化沟系统设有二沉池，使曝气池和沉淀完全分开，故能连续式工作，同时可根据要求，氧化沟又可分段处于不同的工作状态，具有交替工作运行的特点，特别利于脱氮，常见的有DE 型氧化沟。 通过控制运行参数，各种类型的氧化沟均具有脱氮除磷的能力。 根据当前氧化沟的应用和发展趋势，三沟式氧化沟（T 型氧化沟）和DE 型氧化沟具有很大优势。

同其他工艺相比，氧化沟独特的沟型和流态的特征使其抗冲击负荷能力很强，较长的污泥龄和水力停留时间使有机物去除较彻底，剩余污泥量少且已经得到好氧硝化的稳定，不需再进行硝化处理。

5)其他传统同步脱氮除磷工艺

根据生物脱氮除磷的机制，当生化反应过程中存在好氧和缺氧状态，则污水中有机物和氮就可以通过微生物氧化降解与硝化/反硝化而得到有效去除；当生化反应过程中存在厌氧和好氧状态污水中有机物和磷就可以通过微生物氧化降解与聚磷菌的放磷/摄磷作用而得到有效去除；如果要同时去除污水中的有机碳源、氮和磷，则可在生化反应过程中设置厌氧、缺氧和好氧状态。 因此在传统工艺中，通过合理控制运行程序，SBR 池和生物转盘工艺也能实现同步脱氮除磷的功能。 其中SBR 法因其工艺简单、运行操作灵活、对水质水量变化的适应性强、运行费用低及能实现脱氮除磷等优点，在许多国家都被大量应用。 澳大利亚是应用SBR 法最多的国家之一，目前已建成SBR 法污水处理厂600 多座。

除以上介绍的几种脱氮除磷工艺以外，还有许多新开发的具有脱氮除磷功能的工艺流程，各个工艺流程各有优缺点。 它们的共同特点都是用厌氧、缺氧、好氧的方法加以排列组合使之能够脱氮除磷。 因为它们的工作主体——硝化菌、反硝化菌及聚磷菌的生理特性不同，反硝化菌和聚磷菌为争夺碳源而存在竞争，所以在运行工序中要合理调整污泥龄和水力停留时间，兼顾聚磷菌、硝化菌和反硝化菌的生理要求，使它们和谐地生长繁殖，达到同时脱氮除磷的目的。