一、A/O工艺处理效果的影响因素及分析
1.1 温度的影响
温度是影响 A/O 工艺脱氮效果的主要因素,主要体现在细菌的增殖速度和活性两个方面。且温度对脱氮的影响比对除磷的影响大。在好氧段,硝化反应在 5- 35℃时,其反应速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为 30- 35 ℃。当低于 5 ℃时, 硝化菌的生命活动几乎停止。有人提出硝化细菌比增长速率 μ 与温度的关系为: μ=μ0θ(T20), 式中 μ0 为20 ℃时最大比增长速率, θ 为温度系数, 对亚硝酸菌 θ 为 1.12、对硝酸菌为 1.07。缺氧段的反硝化反应可在 5-27 ℃时进行,反硝化速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为 15-25 ℃。厌氧段,温度对厌氧释磷的影响不太明显,在 5-30 ℃除磷效果均较好。
1.2 pH 值的影响
在厌氧段,生物除磷系统适宜的 pH 范围与常规生物处理相同,为中性或微碱性, 最适宜的 pH 值为 6-8,对 pH 不合适的工业废水,处理前须先进行调节,以避免污泥中毒。而在兼氧段,反硝化细菌脱氮适宜的 pH 值为6.5-7.5。在耗氧反硝化段,一般认为亚硝化细菌的最佳 pH 值为 8.0-8.4,若 pH 过高,则 NH4+NH3平衡被打破,NH3 浓度增加,由于硝化细菌对 NH3 极敏感,结果必会影响到硝化作用的速率。
1.3 溶解氧的影响
溶解氧的存在会抑制异养硝化盐还原反应, 其作用机理为: 1)氧阻抑硝酸盐还原酶的形成(有些反硝化细菌必须在厌氧和有硝酸盐存在的条件下才能诱导合成硝酸盐还原酶); 2)氧可作为电子受体,竞争性地阻碍硝酸盐的还原。A/O系统在实际运行时,为获得更高的脱氮效果,常采用较大的内回流比,使更多的 NO3-进入到兼氧池进行反硝化处理,造成回流混合液中溶解氧破坏了缺氧硝化环境, 阻断反硝化反应的进行。因此为调和兼氧池中溶解氧量与内回流比的矛盾,对一个确定的 A/O 工艺系统,应根据兼氧池中溶解氧量与内回流比的关系,正确选择恰当的内回流比。因子之一,氧的存在使混合液的氧化还原电位提高,抑制聚磷细菌的释磷作用,同时微生物耗氧呼吸消耗了一部分可生物降解的挥发性有机基质, 使聚磷细菌可吸收利用的有机物大大减少,降低了其在好氧条件下吸收并储存磷的能力。因此曝气池中溶解氧含量并非越高越好,过量的溶解氧随活性污泥进入到厌氧池,因此A/O 系统的曝气量应根据功能需要进行优化调控。
1.4 C/N 比的影响
在 A/O 系统中, C/N 比是影响系统脱氮除磷效果的关键因素,传统理论认为, 脱氮除磷系统中 N的负荷不允许超过 0.05 N/(gMLSSd), C/N 过高会抑制耗氧段的硝化功能,C/N 过低则抑制反硝化和释磷过程。有研究表明,当废水中 C/N 的值小于 4时,系统的脱氮除磷效果将恶化,但在实际操作运行中,为提高系统处理功能, C/N 一般不宜小于 8, 这样做主要是为避免过量的 NO3-N存在使硝化细菌在厌氧池中与聚磷细菌争夺有限的碳源。城市废水中 C/N 一般不小于 8,因此城市生活废水的 C/N 不会成为 A/O 工艺的限制因子,而以工业废水为主的处理系统,C/N 比率不稳定,常常会对系统产生不良影响。
1.5 污泥龄(SRT)的影响
硝化细菌属于专性自养型好氧细菌,其突出特点是繁殖速度慢,世代时间较长, 其比增长速率比异养细菌低一个数量级,在冬季,硝化细菌繁殖所需的世代时间长达 30 d 以上,即使是夏季,在泥龄小于5 d 的活性污泥系统中硝化作用也十分微弱。与之相反,系统中异养降解细菌和反硝化细菌的世代周期一般为 2-3 d,过长的泥龄会造成上述菌种的老化,影响其降解活性。另外,聚磷脱氮菌也多为短泥龄微生物, 较短的泥龄可获得较高的除磷效果,在实际生产中, A/O系统为满足硝化脱氮功能常采上牺牲了部分有机物降解、除磷和反硝化速率。此外,生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥,为保证系统的除磷效果就不得不维持较高的污泥排放量,系统的泥龄也就相应地降低。美国 Hyperion[17]污水处理厂的试验研究表明,当温度为 22-24 ℃时,除磷系统的泥龄为 1.1 d,出水磷为 0.4 mg/ L。因此硝化菌和聚磷脱氮菌在泥龄需求上存在着矛盾,整个系统的泥龄必须控制在一个很窄的范围,这种调和虽然使系统具备脱氮除磷效果,同时也使两类微生物无法发挥各自的优势。

1.6 碳源的影响
在 A/O 系统中,反硝化细菌和聚磷细菌均需要利用有机碳源进行新陈代谢, 同时,挥发性有机物(VFA)在系统发挥脱氮除磷功能中作用巨大,研究表明,污水中低分子挥发性有机物越高,反硝化和聚磷细菌吸收有机物以 PHB 形式储藏在细胞内就越快速,并且内源反硝化脱氮速率和聚磷速率取决于细胞内的 PHB 贮存量, 原因在于反硝化细菌利用 PHB作为电子受体氧化 NO3- ,聚磷细菌需氧化PHB产能以大量吸收游离 P,因此污水中挥发性有机物含量越高,厌氧段初始的放磷速率越大,后续反硝化脱氮和缺氧吸磷速率也越高,由此可见,A/O 系统中反硝化和聚磷速率与污水中挥发性的有机酸含量的关系最大,系统中反硝化与聚磷细菌对有机碳源中 VFA 的竞争矛盾也显得尤为突出。污水中 VFA 的来源一般有两种, 1)污水本身自带,城市废水 VFA 含量一般不超过 100 mg/L,对工业废水而言,其 B/C 较低,可生化有机物和VFA 成分更少,因此工业废水中碳源的缺失会给A/O 系统的平稳运行造成较大困难,有些 A/O系统不得不采用外加碳源以消除碳源竞争矛盾的不利影响。2)厌氧水解酸化,根据报道,厌氧水解酸化,可使长链状大分子难降解有机物裂变成小分子醇、酸。对环类物质可借助开环酶作用,使苯环加氢裂解或苯环加水羟基化,进一步水解成小分子类VFA,从而提高其可生化性。但是另一方面, 过量碳源对系统脱氮效果会产生负面作用, 研究表明, 好氧硝化段有机质浓度不宜过高,有机负荷应低于 0.15 gBOD5 (/ gMLSSd)。否则过高的有机物浓度会促使异养细菌快速生长, 从而抑制了硝化细菌,降低系统硝化功能。由此可见,A/O 系统中聚磷细菌和反硝化细菌之间存在着争夺易生化降解的低分子有机物,而硝化过程又排斥过量的碳源,整个处理系统形成了碳源需求不平衡的矛盾关系。
1.7 有机负荷的影响
生物除磷工艺应采用高污泥负荷、低污泥龄系统,是因为磷的去除是通过排泥完成, F/M较高时,SRT较小,剩余污泥排放量较多,因而除磷量也多。而生物硝化属于低负荷工艺,负荷越低, 硝化反应就进行得越充分, NH3- N 向 NO3- - N 转化的效率就越高,生物硝化是生物反硝化的前提,只有良好的硝化才能获得高效而稳定的反硝化,因此生物脱氮属低污泥负荷系统。A/O 工艺的运行实践证明, 有机负荷率在 0.10￣0.15 gBOD5/(gMLSS?d)的范围内,处理效果较好[25], 过高的有机负荷会降低曝气池中的 DO,使厌氧细菌大量生存,抑制了硝化细菌的生长,过低浓度的有机负荷则会使硝化细菌在与异养型 COD 分解细菌的竞争中处于劣势, 降低硝化速率。因此系统为兼顾较高的脱氮与除磷效率,其负荷范围较窄,过高的水质与水量变化对系统脱氮和除磷效率将产生较大的影响。
1.8 硝酸盐的影响
硝酸盐对聚磷细菌在厌氧条件下的释磷有抑制作用,其原因为: 1)厌氧型产酸细菌可利用 NO3-作为最终电子受体氧化有机基质,从而减少产酸细菌在厌氧条件下的挥发性脂肪酸(VFA)产量; 2)反硝化细菌利用 NO3- 进行反硝化,同时消耗大量易生物降解的有机基质, 从而竞争性地抑制了聚磷细菌的厌氧释磷作用。而在生物脱氮除磷工艺中, 硝酸盐的存在是系统硝化脱氮的先决条件, 因此为提高系统脱氮能力, 氮元素必须充分硝化。由于聚磷菌、硝化菌、反硝化菌及其他多种微生物共同生长在一个系统内,并在整个系统内循环,不可避免地使得硝酸盐随好氧段回流的污泥进入厌氧池,严重地影响了聚磷菌的释磷效率,尤其当进水中挥发性有机物较少,污泥负荷较低时,硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。污泥回流比( R)和混合液回流比( RN) 的影响回流污泥从沉淀池池底回流到厌氧池, 以保持A/O 系统各段污泥浓度,使之维持正常的生化反应功能,回流污泥对系统的影响同混合液中 DO 和NO3-N 含量有关。如果污泥回流比 R 太小, 则污泥浓度过低,在水力停留时间不变的条件下,污泥负荷增高,会影响各段的生化反应效率;反之,回流比 R太大,则会将过量 NO3-N 带入厌氧池,抑制磷的释放速度, 同时大回流比也会将曝气池中溶解氧带入厌氧池,使异养细菌优先消耗掉挥发性有机物, 干扰聚磷细菌的释磷作用。因此实际生产中,权衡污泥回流比对工艺的影响后,一般采用回流比 R=50%-100%, 最低不可低于40%。混合液回流比的大小直接影响反硝化脱氮效果, 根据 A/O 工艺系统的脱氮率η与混合液回流比 RN 的关系式 η=RN/(1+ RN)可以得到两者之间相互关系。从好氧池流出的混合液,很大一部分要回流到缺氧段进行反硝化脱氮。由表 1 可知,回流比 RN大,则脱氮率提高, 回流比超过 400后,则提高回流比对脱氮率提升不显著, 过高的回流需大功率回流泵,且消耗更多能源,会造成投资成本增加和运行动力消耗过大,因此常规污水处理厂运行一般采用回流比 RN=300%-400%。
在试运行初期,回流比可控制到100%～200%,以便保证沉淀池内的污泥及时回流。当微生物增长到一定阶段时,调整回流比在100%以下。SVI在50~100mL/g时,可使外回流比降至50%~60%。另外以沉降曲线为依据,在保证沉淀池内不出现硝化和释磷的前提下进行回流比控制。
二、A/O工艺运行常见问题及对策
异常现象症状
分析及诊断
解决对策
曝气池有臭味
曝气池供O2不足，DO值低，
出水氨氮有时偏高
增加供氧，使曝气池出水DO高于2mg/L
污泥发黑
曝气池DO过低，有机物厌氧分解析出H2S，其与Fe生成FeS
增加供氧或加大污泥回流
污泥变白
丝状菌或固着型纤毛虫大量繁殖
如有污泥膨胀，参照污泥膨胀对策
进水PH过低，曝气池PH≤6丝状型菌大量生成
提高进水PH
沉淀池有大快黑色污泥上浮
沉淀池局部积泥厌氧，产生CH4.CO2，气泡附于泥粒使之上浮，出水氨氮往往较高
防止沉淀池有死角，排泥后在死角处用压缩空气冲或高压水清洗
沉淀池泥面升高，初期出水特别清澈，流量大时污泥成层外溢
SV＞90％ SVI＞20mg/l污泥中丝状菌占优势，污泥膨胀。
投加液氯，提高PH，用化学法杀死丝状菌；投加颗粒碳粘土消化污泥等活性污泥“重量剂”；提高DO；间歇进水
沉淀池泥面过高
丝状菌未过量生长MLSS值过高
增加排液
沉淀池表面积累一层解絮污泥
微型动物死亡，污泥絮解，出水水质恶化，COD、BOD上升，OUR低于8mgO2/gVSS.h，进水中有毒物浓度过高，或PH异常。
停止进水，排泥后投加营养物，或引进生活污水，使污泥复壮，或引进新污泥菌种
沉淀池有细小污泥不断外漂
污泥缺乏营养，使之瘦小OUR＜8mgO2/gVSS.h;进水中氨氮浓度高，C／N比不合适；池温超过40? C；翼轮转速过高使絮粒破碎。
投加营养物或引进高浓度BOD水，使F／M＞0.1,停开一个曝气池。
沉淀池上清液混浊，出水水质差
OUR＞20mgO2/gVSS.h污泥负荷过高，有机物氧化不完全
减少进水流量，减少排泥
曝气池表面出现浮渣似厚粥覆盖于表面
浮渣中见诺卡氏菌或纤发菌过量生长，或进水中洗涤剂过量
清除浮渣，避免浮渣继续留在系统内循环，增加排泥
污泥未成熟，絮粒瘦小；出水混浊，水质差；游动性小型鞭毛虫多
水质成分浓度变化过大；废水中营养不平衡或不足；废水中含毒物或PH不足
使废水成分、浓度和营养物均衡化，并适当补充所缺营养。
污泥过滤困难
污泥解絮
按不同原因分别处置
污泥脱水后
泥饼松
有机物腐败
及时处置污泥
凝聚剂加量不足
增加剂量
曝气池中泡沫
过多，色白
进水洗涤剂过量
增加喷淋水或消泡剂
曝气池泡沫不易破碎，发粘
进水负荷过高，有机物分解不全
降低负荷
曝气池泡沫
茶色或灰色
污泥老化，泥龄过长解絮污泥附于泡沫上
增加排泥
进水PH下降
厌氧处理负荷过高，有机酸积累
降低负荷
好氧处理中负荷过低
增加负荷
出水色度上升
污泥解絮，进水色度高
改善污泥性状
出水BOD
  COD升高
污泥中毒
污泥复壮
进水过浓
提高MLSS
进水中无机还原物（S2O3  H2S）过高
增加曝气强度
COD测定受Cl?影响
排除干扰