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污水處理傳統(tǒng)A2O工藝存在的矛盾
污水廠要進行脫氮除磷的話,一般會上 A²/O 工藝,這個工藝結(jié)構(gòu)簡單、水力停留時間(HRT)短且易于控制。目前挺多污水廠都是采用傳統(tǒng) A²/O 工藝進行污水處理。
然而,生物脫氮除磷的過程中涉及硝化、反硝化、攝磷和釋磷等多個生化過程,而每個過程對微生物組成、基質(zhì)類型及環(huán)境條件的要求存在許多差異。
在傳統(tǒng) A²/O 工藝的單泥系統(tǒng)中高效地完成脫氮和除磷兩個過程,就會發(fā)生各種矛盾沖突,比如泥齡的矛盾、碳源競爭、硝酸鹽及溶解氧(DO)殘余干擾等。
傳統(tǒng)A²O工藝存在的矛盾有以下幾點:
1、污泥齡矛盾
傳統(tǒng)A²/O 工藝屬于單泥系統(tǒng),聚磷菌(PAOs)、 反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生長于同一系統(tǒng)中,而各類微生物實現(xiàn)其功能最大化所需的泥齡不同:
1)自養(yǎng)硝化菌與普通異養(yǎng)好氧菌和反硝化菌相比,硝化菌的世代周期較長,欲使其成為優(yōu)勢菌群, 需控制系統(tǒng)在長泥齡狀態(tài)下運行。冬季系統(tǒng)具有良好硝化效果時的污泥齡(SRT)需控制在 30d 以上;即使夏季,若 SRT<5 d,系統(tǒng)的硝化效果將顯得極其微弱 。
2)PAOs 屬短世代周期微生物,甚至其最大世代周期(Gmax)都小于硝化菌的最小世代周期(Gmin)。
從生物除磷角度分析富磷污泥的排放是實現(xiàn)系統(tǒng)磷減量化的唯一渠道。
若排泥不及時,一方面會因 PAOs 的內(nèi)源呼吸使胞內(nèi)糖原 (Glycogen)消耗殆盡,進而影響厭氧區(qū)乙酸鹽的吸收及聚 -β- 羥基烷酸(PHAs)的貯存,系統(tǒng)除磷率下降,嚴重時甚至造成富磷污泥磷的二次釋放;另一方面,SRT 也影響到系統(tǒng)內(nèi) PAOs 和聚糖菌(GAOs) 的優(yōu)勢生長。
在 30 ℃的長泥齡(SRT≈ 10 d)厭氧環(huán)境中,GAOs 對乙酸鹽的吸收速率高于PAOs,使其在系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位,影響 PAOs 釋磷行為的充分發(fā)揮。
2、碳源競爭及硝酸鹽和 DO 殘余干擾
在傳統(tǒng)A²/O脫氮除磷系統(tǒng)中,碳源主要消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌的正常代謝等方面,其中釋磷和反硝化速率與進水碳源中易降解部分的含量有很大關(guān)系。一般而言,要同時完成脫氮和除磷兩個過程,進水的碳氮比(BOD5 /ρ(TN))>4~5,碳磷比(BOD5 /ρ(TP))>20~30。
當碳源含量低于此時,因前端厭氧區(qū) PAOs 吸收進水中揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)及醇類等易降解發(fā)酵產(chǎn)物完成其細胞內(nèi) PHAs 的合成,使得后續(xù)缺氧區(qū)沒有足夠的優(yōu)質(zhì)碳源而抑制反硝化潛力的充分發(fā)揮,降低了系統(tǒng)對 TN 的脫除效率。
反硝化菌以內(nèi)碳源和甲醇或 VFAs 類為碳源時的反硝化速率分別為 17~48 、120~900 mg/(g·d)。因反硝化不徹底而殘余的硝酸鹽隨外回流污泥進入?yún)捬鯀^(qū),反硝化菌將優(yōu)先于 PAOs 利用 環(huán)境中的有機物進行反硝化脫氮,干擾厭氧釋磷的正常進行,最終影響系統(tǒng)對磷的高效去除。
一般, 當厭氧區(qū)的 NO3-N 的質(zhì)量濃度>1.0 mg/L 時,會對 PAOs 釋磷產(chǎn)生抑制,當其達到 3~4 mg/L 時,PAOs 的釋磷行為幾乎完全被抑制,釋磷(PO4 3--P)速率降 至 2.4 mg/(g·d)。
按照回流位置的不同,溶解氧(DO)殘余干擾主要包括:
1)從分子態(tài)氧(O2)和硝酸鹽(NO3-N) 作為電子受體的氧化產(chǎn)能數(shù)據(jù)分析,以 O2 作為電子受體的產(chǎn)能約為 NO3-N 的 1.5 倍,因此當系統(tǒng)中同時存在 O2 和 NO3-N 時,反硝化菌及普通異養(yǎng)菌將優(yōu)先以 O2 為電子受體進行產(chǎn)能代謝。
2)氧的存在破壞了 PAOs 釋磷所需的“厭氧壓抑”環(huán)境,致使厭氧菌以 O2 為終電子受體而抑制其發(fā)酵產(chǎn)酸作用,妨礙磷的正常釋放,同時也將導(dǎo)致好氧異養(yǎng)菌與 PAOs 進行碳源競爭。
一般厭氧區(qū)的 DO 的質(zhì)量濃度應(yīng)嚴格控制在 0.2 mg/L 以下。從某種意義上來說硝酸鹽及 DO 殘余干擾釋磷或反硝化過程歸根還是功能菌對碳源的競爭問題。
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