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(shí)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(yùn)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(shí)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)糖原消耗殆盡，進(jìn)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(yán)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(jìn)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(jìn)水的碳氮比（bod5 /ρ(tn)）＞4～5，碳磷比（bod5 /ρ(tp)）＞20～30。

當(dāng)碳源含量低于此時，因前端厭氧區(qū) paos 吸收進(jìn)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(xì)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(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，反硝化菌將優(yōu)先于 paos 利用 環(huán)境中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行，最終影響系統(tǒng)對磷的高效去除。

一般，當(dāng)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(dāng)其達(dá)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(dāng)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(jìn)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(jìn)行碳源競爭。

一般厭氧區(qū)的do的質(zhì)量濃度應(yīng)嚴(yán)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(fù)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(dú)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(qiáng)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(qiáng)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(fù)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(dāng)懸浮污泥 srt 控制為 5 d 時，復(fù)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(fù)合式a2/o工藝的載體填料不能完全獨(dú)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(bǔ)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(shè)適當(dāng)容積的“非曝氣區(qū)”。

（1）補(bǔ)充外碳源

補(bǔ)充外碳源是在不改變原有工藝池體結(jié)構(gòu)及各功能區(qū)順序的情況下，針對短期內(nèi)因水質(zhì)波動引起碳源不足而提出的應(yīng)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(jī)化合物；

b、可替代有機(jī)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(zhì)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(jìn)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(jìn)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(jīng)歷一定的適應(yīng)期，方可達(dá)到預(yù)期的效果。

針對要解決的矛盾主體選擇合適的碳源投加點(diǎn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗至關(guān)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(qiáng)系統(tǒng)的反硝化潛能；但是若反硝化碳源嚴(yán)重不足致使系統(tǒng)tn脫除欠佳時， 應(yīng)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(yīng)”。paos厭氧釋磷后直接進(jìn)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(qū) 動力可以得到充分地利用。

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

（3）jhb、uct 及改良 uct 工藝

與分點(diǎn)進(jìn)水倒置 a2 /o 工藝相比，jhb（亦稱 a+ a2 /o 工藝） 和 uct 工藝的設(shè)計(jì)初衷是通過改變外回流位點(diǎn)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(dāng)， 污泥反硝化區(qū)的設(shè)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(jìn)水而言， jhb 工藝污泥反硝化區(qū)的設(shè)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(diǎn)進(jìn)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(jīng)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(jìn)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(dāng)進(jìn)水c/n較低時， uct工藝中的缺氧區(qū)可能無法實(shí)現(xiàn)氮的完全脫除， 仍有部分硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，因此又產(chǎn)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(dú)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(nèi)回流硝化液的反硝 化完全分離，進(jìn)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)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(chǔ)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(zhì)及生存空間的最佳需求。

在工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)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(dān)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(zhì)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(shí)現(xiàn)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(jìn)入缺氧區(qū)的優(yōu)質(zhì)碳源（vfas 和 phas）含量及來自 baf 的內(nèi)回流硝化液中的硝酸鹽含量。

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

而當(dāng)進(jìn)水 c/n 較低時，因碳源成為反硝化的限制因子，根據(jù)異養(yǎng)反硝化菌和反 硝化 paos 對電子受體的競爭機(jī)制，適當(dāng)提高內(nèi)回 流硝酸鹽負(fù)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(jìn)行同步反硝化脫氮除磷，實(shí)現(xiàn)“一碳 兩用”，同時可節(jié)省系統(tǒng)的能耗，減少污泥產(chǎn)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(chǔ)上，增設(shè)獨(dú)立的生物膜硝化反應(yīng)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(yīng)器、生物膜硝化反應(yīng)器組成。

該工藝正常運(yùn)行時主要完成 4 個操作過程：

a、進(jìn)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(nèi)混合接觸，借助高負(fù)荷梯 度產(chǎn)生的“選擇壓力”篩選出具有良好絮凝性的細(xì) 菌，并使 paos 厭氧釋磷。此時，主反應(yīng)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(yīng)器接受來自生物膜反應(yīng)器的硝化液，在機(jī)械攪拌作用下，完成反硝化脫氮，同時被擠出的混合液進(jìn)入沉淀池，經(jīng)沉淀分離后上清液進(jìn)入生物膜硝化反應(yīng)器；

c、再曝氣

吹脫污泥中包裹的氮?dú)庖岳谀嗨蛛x，也可強(qiáng)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(dú)立硝化反應(yīng)單元的設(shè)置消除了srt與硝化的高度關(guān)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(shí)現(xiàn)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(shè)2個反應(yīng)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(dāng)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(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)，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(dāng)于一個“機(jī)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(dǎo)反硝化paos成為優(yōu)勢菌群而發(fā)揮同步脫氮除磷，實(shí)現(xiàn)“一碳兩用”。

來源：環(huán)保工程師