從進(jìn)水碳源角度分析改良A2O工藝生物除磷作用

李楓+姜健

摘 要：污水廠進(jìn)水碳源濃度偏低成為污水廠生物除磷效果較差的最主要因素。單方面加大進(jìn)水C源的濃度可以大大提高生化除磷率，可以達(dá)到76%以上。從運行經(jīng)驗看乙酸鈉最好的碳源，對于改良A2O工藝，通過預(yù)缺氧段和厭氧段的配水比可以有效控制厭氧區(qū)的碳源分配比可以盡可能使生物除磷充分利用原水中的C源，從而提高生物除磷的去除率。

關(guān)鍵詞：生物除磷 碳源 改良A2O 脫氮除磷 VFA

目前，我國水環(huán)境富營養(yǎng)化污染嚴(yán)重，而氮磷化合物的污染正是富營養(yǎng)化根源。當(dāng)前的新建污水廠所采用的工藝也都具備脫氮除磷功能。對于污水廠來說，除磷的效果卻一直不佳，這主要原因是原水中缺乏適應(yīng)于反硝化和釋磷作用所必需的有機(jī)碳源。

1 生物除磷反應(yīng)機(jī)理

1.1 釋磷反應(yīng)過程

具有生物除磷功能的異樣細(xì)菌被稱為聚磷菌（PAOs）。在厭氧環(huán)境中，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）以被動擴(kuò)散的形式進(jìn)入細(xì)胞，而PAOs將多聚磷酸鹽（PolyP）分解生成磷酸鹽釋放出細(xì)胞外，同時產(chǎn)生能量將ADP轉(zhuǎn)化為ATP。ATP/ADP循環(huán)促使VFA在PAOs內(nèi)轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，而乙酰輔酶A又通過糖酵解提供的還原性物質(zhì)（NADH + H+ ） 進(jìn)行PHB 合成。如果沒有足夠的PolyP分解則無法產(chǎn)生ATP，VFA也只能累積在PAOs胞內(nèi)而無法被吸收，更無法轉(zhuǎn)化為PHB。同樣，如沒有足夠的VFA，PHB缺少底物一樣無法合成。因此，PolyP和VFA是形成PHB的必要條件（以上過程見圖1）。

1.2 吸磷反應(yīng)過程

當(dāng)污泥混合液剛進(jìn)入好氧段時，PAOs中貯存有大量的PHB而PolyP含量較低，污水中無機(jī)磷酸鹽含量則很豐富，PAOs 在好氧段中以O(shè)2作為電子受體，利用胞內(nèi)PHB 作為碳源及能源進(jìn)行正常的好氧代謝，通過氧化磷酸化生成ATP。ATP又為PAOs吸收磷酸鹽并重新合成PolyP存于細(xì)胞內(nèi)而提供能量支持。由于PHB的好氧代謝能夠提供大量能量，從而形成大量ATP，因此，PAOs可以吸附污水中的磷酸鹽（以上過程見圖2）。

1.3 生物除磷的主要影響因素

由以上反應(yīng)機(jī)理可知，PHB的生成是生化除磷的必要條件，若在厭氧區(qū)狀態(tài)下無法生成PHB，即使釋放了磷酸鹽，也只是無效釋磷，PAOs無法在好氧區(qū)對釋放的磷酸鹽進(jìn)行吸收。而形成PHB的主要影響因素有：

（1）進(jìn)水碳源。進(jìn)水中一般FVA的濃度很低，但是若進(jìn)水中有較高的可降解有機(jī)物濃度，通過水解酸化反應(yīng)，也能夠形成較高濃度的VFA。因此，釋磷反應(yīng)與進(jìn)水中是否含有充足可降解有機(jī)物，且有機(jī)物是否包含足夠VFA或者較容易水解酸化生成VFA有關(guān)。

NADH具有強(qiáng)還原性，當(dāng)環(huán)境為還原性時，反應(yīng)向右進(jìn)行；而環(huán)境為氧化性時，反應(yīng)向左進(jìn)行，此時NADH會大量轉(zhuǎn)化為NAD+，進(jìn)而乙酰輔酶A無法生成，最終導(dǎo)致無法形成PHB。

2 關(guān)于C源對生物除磷影響的實驗分析

2.1 碳源種類對除磷的影響

有學(xué)者研究表明：分子鏈越長，釋磷效果越差，酸類釋磷效果比醇類、糖類要好。本實驗中采用四種常見的基質(zhì)，研究其作為外加碳源提高生物除磷率的可能性。

（1）實驗方法。

在2L圓口玻璃瓶裝入1.5L污泥混合液，放置澄清，倒掉上清液，加入原水至1.5L。接入攪拌器，蓋上瓶蓋，厭氧過程保證DO<0.2mg/L，好氧過程采用小型風(fēng)機(jī)給予曝氣，保證 DO>2.0mg/l。

取某污水廠厭氧區(qū)污泥分別裝入1#、2#、3#、4#四個瓶子中，每瓶裝入1.5L，分別加入乙酸鈉、淀粉、酒精、葡萄糖四種底物作外加營養(yǎng)源，維持厭氧2h，好氧5h，靜沉1h，靜沉1h后的上清液為反應(yīng)器處理后出水，排掉上清液在加入原水，至此結(jié)束一個周期。每天3個周期，即每個反應(yīng)器每天處理4.5L污水。定期測定不同C源反應(yīng)器的出水TP，確定去除效果。

（2）測試方法。

總磷濃度采用鉬銻抗分光光度法，且為避免實驗誤差實驗中除原水外其它均為溶解性TP。

硝酸鹽氮濃度采用鹽酸-氨基磺酸分光光度法。COD采用重鉻酸鉀消解法。

（3）研究結(jié)論。

（1）四種營養(yǎng)源中乙酸鈉對除磷的促進(jìn)效果最好，其次是乙醇、葡萄糖。淀粉對除磷的促進(jìn)效果最差。

（2）隨著營養(yǎng)源的添加量變化，TP處理效果也變化，營養(yǎng)源越多TP處理效果越好。

（3）TP處理效果較好的情況下，一旦營養(yǎng)源不足。污泥會大量無效釋磷，出水TP猛增。

（4）乙酸鈉的投加濃度大于11mg/L（0.025g/4.5L）的情況下，生物除磷的去除率就可達(dá)到較高值，但不穩(wěn)定，若在22mg/L（0.05g/4.5L）濃度下，能夠確保穩(wěn)定。

2.2 充足碳源下除磷效果

取1.5L某廠厭氧區(qū)污泥置反應(yīng)器中，澄清后，倒掉上清液，加原水至1.5L，加入0.04g乙酸鈉。厭氧反應(yīng)1.5h，好氧反應(yīng)5h。

可知，加入0.04g乙酸鈉（相當(dāng)于23.4mg SCOD，濃度26.67mg/L），已能達(dá)到較高的釋磷率（>300%），TP去除率也較高，達(dá)到76%。另外，在DO的最高值出現(xiàn)對應(yīng)的反彈現(xiàn)象，初步分析可能是污泥因DO過高而產(chǎn)生自溶，造成無效釋磷。降低DO后吸磷作用開始好轉(zhuǎn)。

由此可見，加入一定量的乙酸鈉，短期之內(nèi)釋磷率就能升高，去除率也處于較高值，但是好氧階段DO不宜過高，否則會產(chǎn)生細(xì)胞過度氧化而自溶，造成無效釋磷影響出水TP。

3其他強(qiáng)化除磷措施

根據(jù)生物除磷的反應(yīng)機(jī)理和改良A2O工藝的特點，還有以下措施可以強(qiáng)化生物除磷

（1）適當(dāng)減小內(nèi)外回流量。一來盡量避免硝酸鹽氮進(jìn)水厭氧區(qū)影響釋磷環(huán)境。二來抑制反硝化作用，使生物除磷獲得更多碳源。

（2）適度減小好氧區(qū)DO。在C源不足的情況，DO過高可能會造成聚磷菌在好氧區(qū)因為缺少底物而發(fā)生內(nèi)源呼吸，即細(xì)胞自溶無效釋磷，導(dǎo)致出水TP上升。另外，在厭氧區(qū)與聚磷菌競爭的還有聚糖原菌，該菌在厭氧區(qū)釋放磷酸鹽但是在好氧環(huán)境下不能吸收磷酸鹽。將DO控制在較低值（但不低于1.5mg/L）可以有效抑制聚糖原菌生長。

（3）控制合適的泥齡。將泥齡控制在適宜于聚磷菌的生長周期，可以有效促進(jìn)聚磷菌的生長，但前提是要保證硝化菌正常生長。

（4）利用剩余污泥在儲泥池的停留階段，促使污泥水解酸化產(chǎn)生高濃度VFA上清液。利用上清液回流補(bǔ)充進(jìn)水C源。

4 總結(jié)

（1）由生物聚磷的反應(yīng)機(jī)理可以看出，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下形成PHB是生物除磷的關(guān)鍵，而形成PHB的關(guān)鍵是在于進(jìn)水是否有適量、適宜的有機(jī)碳源供聚磷菌利用。

（2）有機(jī)碳源中以短鏈的FVA最為適合，供聚磷菌利用。當(dāng)然長鏈的有機(jī)酸通過水解酸化形成足夠的VFA也可以有效利用。其中乙酸鈉無疑為最好的碳源之一，通過小試驗證，乙酸鈉在濃度20-30mg/l促進(jìn)生物除磷作用明顯且足夠穩(wěn)定。

（3）改良A2O工藝預(yù)缺氧和厭氧的配水比是提高脫氮除磷的有效手段。一般控制在0.5～1較為合適。但具體情況還受到內(nèi)外回流、泥齡、DO、進(jìn)水水質(zhì)情況的影響，污水廠應(yīng)根據(jù)進(jìn)出水實際情況合理調(diào)配。

參考文獻(xiàn)：

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