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所谓的厌氧、缺氧、好氧法

1、污泥龄矛盾

传统A²/O 工艺属于单泥系统,聚磷菌(PAOs)、 反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生长于同一系统中,而各类微生物实现其功能最大化所需的泥龄不同:

自养硝化菌与普通异养好氧菌和反硝化菌相比,硝化菌的世代周期较长,欲使其成为优势菌群, 需控制系统在长泥龄状态下运行。冬季系统具有良好硝化效果时的污泥龄(SRT)需控制在 30d 以上;即使夏季,若 SRT<5 d,系统的硝化效果将显得极其微弱。

PAOs 属短世代周期微生物,甚至其最大世代周期(Gmax)都小于硝化菌的最小世代周期(Gmin)。

从生物除磷角度分析富磷污泥的排放是实现系统磷减量化的唯一渠道。

若排泥不及时,一方面会因 PAOs 的内源呼吸使胞内糖原消耗殆尽,进而影响厌氧区乙酸盐的吸收及聚 -β- 羟基烷酸(PHAs)的贮存,系统除磷率下降,严重时甚至造成富磷污泥磷的二次释放;另一方面,SRT 也影响到系统内 PAOs 和聚糖菌(GAOs) 的优势生长。

在30℃的长泥龄(SRT≈10 d)厌氧环境中,GAOs 对乙酸盐的吸收速率高于PAOs,使其在系统中占主导地位,影响 PAOs 释磷行为的充分发挥。 

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2、碳源竞争及硝酸盐和DO残余干扰 

在传统A²/O脱氮除磷系统中,碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面,其中释磷和反硝化速率与进水碳源中易降解部分的含量有很大关系。

一般而言,要同时完成脱氮和除磷两个过程,进水的碳氮比(BOD5 /ρ(TN))>4~5,碳磷比(BOD5 /ρ(TP))>20~30。

当碳源含量低于此时,因前端厌氧区 PAOs 吸收进水中挥发性脂肪酸(VFAs)及醇类等易降解发酵产物完成其细胞内 PHAs 的合成,使得后续缺氧区没有足够的优质碳源而抑制反硝化潜力的充分发挥,降低了系统对 TN 的脱除效率。 

反硝化菌以内碳源和甲醇或 VFAs 类为碳源时的反硝化速率分别为 17~48 、120~900 mg/(g·d)。因反硝化不彻底而残余的硝酸盐随外回流污泥进入厌氧区,反硝化菌将优先于 PAOs 利用 环境中的有机物进行反硝化脱氮,干扰厌氧释磷的正常进行,最终影响系统对磷的高效去除。

一般,当厌氧区的 NO3--N 的质量浓度>1.0 mg/L 时,会对 PAOs 释磷产生抑制,当其达到 3~4 mg/L 时,PAOs 的释磷行为几乎完全被抑制,释磷(PO43--P)速率降 至 2.4 mg/(g·d)。

按照回流位置的不同,溶解氧(DO)残余干扰主要包括:

从分子态氧(O2)和硝酸盐(NO3--N)作为电子受体的氧化产能数据分析,以 O2作为电子受体的产能约为 NO3--N 的 1.5 倍,因此当系统中同时存在O2和NO3--N时,反硝化菌及普通异养菌将优先以O2为电子受体进行产能代谢。

氧的存在破坏了PAOs释磷所需的“厌氧压抑”环境,致使厌氧菌以O2为终电子受体而抑制其发酵产酸作用,妨碍磷的正常释放,同时也将导致好氧异养菌与PAOs进行碳源竞争。

一般厌氧区的DO的质量浓度应严格控制在0.2mg/L以下。从某种意义上来说硝酸盐及DO残余干扰释磷或反硝化过程归根还是功能菌对碳源的竞争问题。