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泵閥展

第十三屆
上海國際泵管閥展覽會

FLOWTECH CHINA 2025

2025年6月3-5日

上海 | 國家會展中心(虹橋)

距離開展

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關于a2o改良工藝的詳解!

a2o法又稱aao法,是英文anaerobic-anoxic-oxic第一個字母的簡稱(厭氧-缺氧-好氧法),是一種常用的污水處理工藝,可用于二級污水處理或三級污水處理,以及中水回用,具有良好的脫氮除磷效果。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。

一、傳統(tǒng)a2o工藝存在的矛盾

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 的內源呼吸使胞內糖原消耗殆盡,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 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)酵產物完成其細胞內 phas 的合成,使得后續(xù)缺氧區(qū)沒有足夠的優(yōu)質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厭氧區(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 的質量濃度>1.0 mg/l 時,會對 paos 釋磷產生抑制,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能數據分析,以 o2 作為電子受體的產能約為 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)酵產酸作用,妨礙磷的正常釋放,同時也將導致好氧異養(yǎng)菌與paos進行碳源競爭。

一般厭氧區(qū)的do的質量濃度應嚴格控制在0.2mg/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。

二、a2o改良工藝匯總

1、基于 srt 矛盾的復合式

a2/o工藝在傳統(tǒng) a2/o工藝的好氧區(qū)投加浮動載體填料,使載體表面附著生長自養(yǎng)硝化菌,而 paos 和反硝化菌則處于懸浮生長狀態(tài),這樣附著態(tài)的自養(yǎng)硝化菌的 srt 相對獨立,其硝化速率受短 srt 排泥的影響較小,甚至在一定程度上得到強化。

懸浮污泥srt、填料投配比及投配位置的選擇不僅要考慮硝化的增強程度,還要考慮懸浮態(tài)污泥 含量降低對系統(tǒng)反硝化和除磷的負面影響。

載體填料的投配并不意味可大幅度增加系統(tǒng)排泥量,縮短懸浮污泥 srt 以提高系統(tǒng)除磷效率;相反,srt 的 縮短可能降低懸浮態(tài)污泥(mlss)含量,從而影響系統(tǒng)的反硝化效果,甚至造成除磷效果惡化。

研究表明,當懸浮污泥 srt 控制為 5 d 時,復合式 a2/o 工藝的硝化效果與傳統(tǒng)a2/o工藝相比,兩者的硝化效果無明顯差異,復合式a2/o工藝的載體填料不能完全獨立地發(fā)揮其硝化性能;若再降低懸浮污泥srt則因系統(tǒng)懸浮污泥含量的降低致使硝酸鹽積累,影響厭氧磷的正常釋放。

2、基于“碳源競爭”角度的工藝

解決傳統(tǒng) a2/o工藝碳源競爭及其硝酸鹽和 do 殘余干擾釋磷或反硝化的問題,主要集中在 3 方面:

針對碳源競爭采取的解決策略,如補充外碳源、反硝化和釋磷 重新分配碳源(如倒置 a2/o工藝)等;

解決硝酸鹽干擾釋磷提出的工藝改革,如 jhb、uct、muct 等工藝;

針對 do 殘余干擾釋磷、反硝化的問題, 可在好氧區(qū)末端增設適當容積的“非曝氣區(qū)”。

(1)補充外碳源

補充外碳源是在不改變原有工藝池體結構及各功能區(qū)順序的情況下,針對短期內因水質波動引起碳源不足而提出的應急措施。一般供選擇的碳源可分為 2 類:

a、甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸鈉等有機化合物;

b、可替代有機碳源,如厭氧消化污泥上清液、 木屑、牲畜或家禽糞便及含高碳源的工業(yè)廢水等。相對糖類、纖維素等高碳物質而言,因微生物以低分子碳水化合物(如,甲醇、乙酸鈉等)為碳源進行合成代謝時所需能量較大,使其更傾向于利用此類碳源進行分解代謝,如反硝化等。

任何外碳源的投加都要使系統(tǒng)經歷一定的適應期,方可達到預期的效果。

針對要解決的矛盾主體選擇合適的碳源投加點對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和節(jié)能降耗至關重要。一般在厭氧區(qū)投加外碳源不僅能改善系統(tǒng)除磷效果,而且可增強系統(tǒng)的反硝化潛能;但是若反硝化碳源嚴重不足致使系統(tǒng)tn脫除欠佳時, 應優(yōu)先考慮向缺氧區(qū)投加。

(2)倒置 a2/o 工藝及其改良工藝

傳統(tǒng) a2/o工藝以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提,優(yōu)先考慮釋磷對碳源的需求,而將厭氧區(qū)置于工藝前端,缺氧區(qū)后置,忽視了釋磷本身并非除磷工藝的目的所在。

從除磷角度分析可知,倒置 a2/o 工藝還具有 2 個優(yōu)勢:

“饑餓效應”。paos厭氧釋磷后直接進入生化 效率較高的好氧環(huán)境,其在厭氧條件下形成的攝磷驅 動力可以得到充分地利用。

“群體效應”。允許所有 參與回流的污泥經歷完整的釋磷、攝磷過程。然而有研究者認為,倒置 a2 /o 工藝的布置形式。

(3)jhb、uct 及改良 uct 工藝

與分點進水倒置 a2 /o 工藝相比,jhb(亦稱 a+ a2 /o 工藝) 和 uct 工藝的設計初衷是通過改變外回流位點以解決硝酸鹽、do殘余干擾釋磷。

jhb 工藝中的氮素的脫除主要發(fā)生在污泥反硝化區(qū)和缺氧區(qū),且兩者的脫除量相當, 污泥反硝化區(qū)的設置改變了氮素在各功能區(qū)的分配比例,使厭氧區(qū)能夠更好地專注于釋磷。

與倒置 a2 /o 工藝相同,對于低 c/n 進水而言, jhb 工藝污泥反硝化區(qū)的設置可能會引起后續(xù)各功能區(qū)的碳源不足,為此也有必要采用分點進水方式。

與倒置 a2 /o 工藝不同,uct 工藝是在不改變傳統(tǒng) a2 /o 工藝各功能區(qū)空間位置的情況下,污泥先回流至缺氧區(qū),使其經歷反硝化脫氮后,再通過缺氧區(qū)的混合液回流至厭氧區(qū),避免了回流污泥中硝酸鹽、do 對厭氧釋磷的干擾。

在進水c/n適中的情況下,缺氧區(qū)的反硝化作用可使回流至厭氧區(qū)的混合液中硝酸鹽的含量接近于0;而當進水c/n較低時, uct工藝中的缺氧區(qū)可能無法實現氮的完全脫除, 仍有部分硝酸鹽進入厭氧區(qū),因此又產生了改良 uct 工藝(muct)。

與 uct 工藝相比,muct 將傳統(tǒng) a2 /o 工藝中 的缺氧區(qū)分隔為 2 個獨立區(qū)域,前缺氧區(qū)接受來自 二沉池的回流污泥,后缺氧區(qū)接受好氧區(qū)的硝化液, 從而使外回流污泥的反硝化與內回流硝化液的反硝 化完全分離,進一步減少了硝酸鹽對厭氧釋磷的影響。

無論 uct 還是 muct,回流系統(tǒng)的改變強化了 厭氧、缺氧的交替環(huán)境,使其與 jhb 一樣,缺氧區(qū)容易富集反硝化 paos,實現同步脫氮除磷。

3、兼顧 srt 矛盾及“碳源競爭”工藝

(1)新型雙污泥脫氮除磷工藝

新型雙污泥脫氮除磷工藝(pasf)工藝也可謂是傳統(tǒng) a2/o 與曝氣生物濾池(baf)的組合工藝, 是以分相培養(yǎng)為基礎的雙泥系統(tǒng),能更好地滿足各功能微生物對環(huán)境、營養(yǎng)物質及生存空間的最佳需求。

在工藝設計及運行過程中,通過縮短前端 a2 /o 工藝好氧區(qū)的 hrt,將硝化過程從中分離而順序“嫁接”于二沉池后端的 baf。

對于 paos 的厭氧釋磷而言,因前端的污泥單元不承擔硝化功能,在理想條件下外回流污泥中不含有硝酸鹽,為 paos 釋磷創(chuàng)造了良好的“壓抑”環(huán)境,使其優(yōu)先利用原水中的 vfas 類物質合成 phas 并釋放磷;

再者,也因長 srt 硝化菌以生物膜形式固著生長在填料表面而短srt 的 paos 和反硝化菌呈懸浮態(tài)生長在前端的污泥單元,實現了硝化菌與反硝化菌、paos 等功 能微生物的 srt 分離,緩解了 srt 矛盾。

決定缺氧區(qū)反硝化效果的因素主要有2個:進入缺氧區(qū)的優(yōu)質碳源(vfas 和 phas)含量及來自 baf 的內回流硝化液中的硝酸鹽含量。

當進水 c/n 較高時,硝酸鹽成為反硝化的限制因子,隨著內回流比的增大缺氧區(qū)異養(yǎng)反硝化效果也相應提高,但升高幅度卻呈遞減趨勢;

而當進水 c/n 較低時,因碳源成為反硝化的限制因子,根據異養(yǎng)反硝化菌和反 硝化 paos 對電子受體的競爭機制,適當提高內回 流硝酸鹽負荷的方式刺激反硝化聚磷菌(dpaos) 的優(yōu)勢生長,使其以硝酸鹽為電子受體,并以 phas 為電子供體進行同步反硝化脫氮除磷,實現“一碳 兩用”,同時可節(jié)省系統(tǒng)的能耗,減少污泥產量。

(2)雙循環(huán)兩相生物處理工藝

雙循環(huán)兩相生物處理工藝(bict)是在序批式活性污泥法的基礎上,增設獨立的生物膜硝化反應器,使自養(yǎng)硝化菌與反硝化菌、paos 等異養(yǎng)菌分相培養(yǎng),以克服脫氮與除磷間的 srt 矛盾及硝酸鹽、 do 干擾釋磷而開發(fā)的污水處理新工藝,其主體單元由厭氧生物選擇器、序批式懸浮污泥主反應器、生物膜硝化反應器組成。

該工藝正常運行時主要完成 4 個操作過程:

a、進水、曝氣攪拌 + 污泥回流

原水與沉淀池的回流污泥在厭氧生物選擇器內混合接觸,借助高負荷梯 度產生的“選擇壓力”篩選出具有良好絮凝性的細 菌,并使 paos 厭氧釋磷。此時,主反應器在曝氣攪 拌的作用下,完成 cod 的去除及 paos 的超量攝磷;

b、缺氧攪拌 + 硝化液回流

主反應器接受來自生物膜反應器的硝化液,在機械攪拌作用下,完成反硝化脫氮,同時被擠出的混合液進入沉淀池,經沉淀分離后上清液進入生物膜硝化反應器;

c、再曝氣

吹脫污泥中包裹的氮氣以利于泥水分離,也可強化 paos 的好氧攝磷;

d、靜止沉淀、潷水

靜止沉淀的同時排出富磷污泥。此工藝獨立硝化反應單元的設置消除了srt與硝化的高度關聯(lián)性,srt不再是影響系統(tǒng)脫氮效率的限制因子。

(3)bcfs 工藝

bcfs 工藝(biologische chemische fosfaat stikstof verwijdering) 可實現磷的完全去除和氮的最佳脫除。

與 uct 工藝相比,bcfs 工藝在主流線上增設2個反應區(qū)——接觸區(qū)和混合區(qū)。

介于厭氧區(qū)與缺 氧區(qū)之間的接觸區(qū)相當于第 2 選擇池,可以有效控 制絲狀菌的異常生長,防止污泥膨脹的發(fā)生;另外, 也因回流污泥先回流于此進行反硝化脫氮反應,給 paos 厭氧釋磷營造了良好的“壓抑”環(huán)境。

介于缺氧區(qū)與好氧區(qū)之間的混合區(qū)相當于一個“機動單元”, 可通過曝氣系統(tǒng)的啟閉靈活地控制其前端好氧區(qū)和后端缺氧區(qū)的氧化還原電位,也可在低c/n條件下誘導反硝化paos成為優(yōu)勢菌群而發(fā)揮同步脫氮除磷,實現“一碳兩用”。

來源:環(huán)保工程師

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