A2O工艺中脱氮除磷的矛盾
A2O法，又称AAO法，是英文字母厌氧-缺氧-好氧* *(厌氧-缺氧-好氧法)的缩写。是一种常用的污水处理工艺，可用于二级或三级污水处理和中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。在传统的a？当脱氮除磷在/O工艺的单污泥系统中高效完成时，会产生各种冲突，如污泥龄的矛盾、碳源的竞争、硝酸盐和溶解氧(DO)的残留干扰等。
一、传统a？o过程中的矛盾
1.污泥龄的矛盾
传统a？/O工艺属于单一污泥系统，PAOs、反硝化菌、硝化菌等功能微生物在同一系统中混合生长，但每种微生物实现其功能化所需的污泥龄不同:
1)与普通异养好氧菌和反硝化菌相比，自养硝化菌的世代周期更长，需要控制系统在长泥龄状态下运行，才能使其成为优势菌群。冬季系统硝化效果较好时，污泥龄(SRT)应控制在30天以上。即使在夏季，如果SRT < 5 d，系统的硝化效果也会极其微弱。
2)pao是短命微生物，甚至它们的世代周期(Gmax)比硝化细菌的* * *小世代周期(Gmin)还要小。
从生物除磷的角度分析富磷污泥的排放是实现系统降磷的途径。
如果污泥不及时排出，一方面会因PAOs的内源呼吸作用而耗尽胞内糖原，进一步影响厌氧区乙酸的吸收和聚β-羟基烷酸(PHAs)的储存，系统除磷率下降，严重时甚至导致富磷污泥磷的二次释放；另一方面，SRT也会影响系统中专业会计组织和专业会计组织的优势增长。
在30℃长泥龄(SRT≈ 10 d)的厌氧环境中，GAOs对乙酸的吸收速率高于PAOs，使其在系统中占主导地位，影响PAOs释磷行为的充分发挥。
2.碳源竞争及硝酸盐和溶解氧的残留干扰
在传统的a？在/O脱氮除磷系统中，碳源主要消耗在释磷、反硝化和异养菌的正常代谢中，其中释磷和反硝化的速率与进水碳源中可降解部分的含量密切相关。一般来说，脱氮除磷要同时完成，进水碳氮比(BOD5/ρ (TN))大于4 ~ 5，碳磷比(BOD5/ρ (TP))大于20 ~ 30。
当碳源含量低于此时，前段厌氧区的PAOs吸收进水中的挥发性脂肪酸(VFAs)和醇类等易降解发酵产物完成胞内PHAs的合成，使得后续缺氧区没有足够的优质碳源抑制反硝化潜力的充分发挥，降低系统对TN的去除效率。
以甲醇或挥发性脂肪酸为碳源的反硝化菌的反硝化速率分别为17～48和120～900mg/(g·d)。由于反硝化不完全而残留的硝酸盐将随污泥回流到厌氧区。反硝化菌会优先于PAOs对环境中的有机物进行反硝化，干扰正常的厌氧释磷，最终影响系统对磷的高效去除。
一般来说，当厌氧区NO3-N的质量浓度大于1.0 mg/L时，会抑制聚磷菌的释磷。当浓度达到3 ~ 4 mg/L时，聚磷菌的释磷行为几乎完全被抑制，释磷速率(PO43-P)降至2.4mg/(g·d)。
根据回流位置的不同，溶解氧的残留干扰主要包括:
1)根据分子氧(O2)和硝酸盐(NO3-N)作为电子受体的氧化生产力数据分析，O2作为电子受体的生产力约为NO3-N的1.5倍，因此，当系统中同时存在O2和NO3-N时，反硝化细菌和普通异养细菌会以O2作为电子受体进行生产力代谢。
2)氧气的存在破坏了PAOs释放磷所需的“厌氧阻遏”环境，导致* * *利用O2作为末端电子受体抑制其发酵产酸，阻碍了磷的正常释放，也会导致好氧异养菌与PAOs对碳源的竞争。
一般厌氧区的DO质量浓度应严格控制在0.2 mg/L以下..从某种意义上说，硝酸盐和DO残留在释磷或反硝化过程中的干扰，归根结底是由于功能菌对碳源的竞争。
二、传统a？o过程改进策略
1、基于SRT复合的矛盾。
答？传统a中的/O过程？在/O工艺的好氧区，投加漂浮载体填料，使自养硝化菌附着在载体表面，而PAOs和反硝化菌处于悬浮生长状态，使附着的自养硝化菌的SRT相对独立，其硝化速率受短时SRT排泥影响较小，甚至有所增强。
悬浮污泥的SRT、填料的投加比例和投加位置不仅要考虑硝化作用的强化程度，还要考虑悬浮污泥含量的降低对系统脱氮除磷的负面影响。
载体填料的加入并不意味着可以大大增加系统的排泥量，缩短悬浮污泥的SRT，提高系统的除磷效率；相反，SRT的缩短可能会降低悬浮污泥(MLSS)的含量，从而影响系统的脱氮效果，甚至恶化除磷效果。
结果表明，当悬浮污泥的SRT控制在5 d时，复合物A？/O工艺与传统a？与/O工艺相比，两种工艺的硝化效果无明显差异，复合配方a？O工艺的载体填料不能完全独立发挥其硝化性能；如果悬浮污泥的SRT进一步降低，系统中悬浮污泥含量的降低会造成硝酸盐积累，影响厌氧磷的正常释放。
2.基于“碳源竞争”的技术
解决传统a？O工艺中碳源的竞争和磷释放或反硝化过程中硝酸盐和DO残留的干扰主要集中在三个方面:
碳源竞争的解决方案，如补充外源碳源、反硝化和释放磷重新分配碳源(如倒置a？/O过程)等。
提出解决硝酸盐干扰释磷问题的工艺改革，如JHB、UCT、MUCT等工艺；
为了解决DO残渣干扰释磷脱氮的问题，可以在好氧区末端增加一个适当体积的“非曝气区”。
(1)补充外部碳源
补充外源碳源是在不改变原有工艺池结构和各功能区顺序的情况下，短期内解决水质波动引起的碳源短缺的应急措施。通常可获得的碳源可分为两类:
a、有机化合物，如甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠；
b、可替代有机碳源，如厌氧消化污泥上清液、锯末、畜禽粪便和含高碳源的工业废水。与糖、纤维素等高碳物质相比，微生物更倾向于利用低分子量碳水化合物(如甲醇、乙酸钠)作为碳源进行分解代谢，如反硝化，因为它们需要更多的能量。
任何外加碳源的加入都会使系统经历一定的适应期，才能达到预期的效果。
为待解决的矛盾课题选择合适的碳源，对系统的稳定运行和节能降耗至关重要。一般在厌氧区添加外源碳源不仅可以提高系统的除磷效果，还可以增强系统的反硝化潜力；但如果反硝化碳源严重不足，系统中TN去除效果不好，则应优先投加到缺氧区。
(2)倒A？/O过程及其改进过程
传统a？在牺牲系统反硝化速率的前提下，/O工艺优先考虑释磷对碳源的需求，将厌氧区放在工艺前端，缺氧区放在其后，忽略了释磷本身并不是除磷工艺的目的。
从除磷的角度可以看出，倒置a？/O工艺还有两个优点:
“饥饿效应”。PAOs厌氧释磷后，直接进入生化效率高的好氧环境，厌氧条件下形成的吸磷驱动力得以充分利用。
“群体效应”。让所有参与回流的污泥经历一个完整的磷释放和吸收过程。但也有研究者认为A2 /O工艺的布局应该反过来。
(3)JHB、UCT和改进的UCT过程
与逐点进水的倒置A2 /O工艺相比，JHB(又称A+ A2 /O工艺)和UCT工艺的初衷是通过改变外部回流部位来解决硝酸盐和DO在磷释放中的残留干扰。
JHB工艺中氮的去除主要发生在污泥反硝化区和缺氧区，两个区的去除量相当。污泥反硝化区的设置改变了氮在各功能区的分配比例，使厌氧区能更好地集中释磷。
JHB工艺流程
与倒置A2 /O工艺类似，对于低C/N进水，JHB工艺污泥反硝化区的设置可能导致后续功能区碳源不足，因此需要采用单独进水。
与倒置A2 /O工艺不同，UCT工艺是在不改变传统A2 /O工艺各功能区空间位置的情况下，污泥先回流至缺氧区，再通过缺氧区反硝化后的混合液回流至厌氧区，避免了回流污泥中硝酸盐和DO对厌氧释磷的干扰。
UCT工艺流程
在中等进水C/N条件下，缺氧区反硝化可以使返回厌氧区的混合液中硝酸盐含量接近于零。但当进水C/N比较低时，UCT工艺缺氧区可能无法完全去除氮，仍有部分硝酸盐进入厌氧区，于是产生了改良UCT工艺(MUCT)。
与UCT工艺相比，MUCT将传统A2 /O工艺中的缺氧区分为两个独立的区域。前一缺氧区接收来自二沉池的回流污泥，后一缺氧区接收来自好氧区的硝化液，从而将外回流污泥的反硝化和内回流硝化液的反硝化完全分开，进一步降低硝酸盐对厌氧释磷的影响。
以MUCT工艺为主体的工艺流程图
无论是UCT还是MUCT，回流系统的改变强化了厌氧和缺氧的交替环境，使得像JHB这样的缺氧地区容易富集反硝化聚磷菌，实现同步脱氮除磷。
3.考虑SRT的矛盾和“碳源竞争”的过程
AAO+BAF
与传统的活性污泥法相比，该工艺利用生物膜将硝化细菌从活性污泥中分离出来，在BAF池中完成硝化，在AAO中完成反硝化除磷。与传统的单污泥系统相比，双污泥脱氮除磷系统可减少30%的曝气量、50%的剩余污泥产量和碳源需求，是一种极具实用潜力的新工艺。
