AO與AAO工藝的性能對比
AO法與AAO法雖同屬于生物污水處理法，但兩者的對比研究卻少見報道，本文通過濟陽縣污水處理廠工藝改進前后的水質(zhì)對比，對兩種污水處理工藝進行了對比分析，為城鎮(zhèn)污水處理廠工藝的選擇提供了一定的依據(jù)。
一、AO、AAO去除性能對比分析
1、COD去除性能對比
污水處理工藝對有機物的去除能力是表征工藝效能的主要指標之一，COD的大小直接反映污水中有機物含量的多少。
通過數(shù)據(jù)處理分別對兩種工藝進出水COD濃度、COD去除率，進行差異顯著性檢驗，結(jié)果顯示：兩種工藝進水COD無顯著差異，出水COD、去除率差異顯著，AAO工藝對COD的去除明顯好于AO工藝。
原因在于AO工藝中，缺氧段的反硝化反應(yīng)可以消耗掉污水中的一部分有機物，但大部分有機物是通過好氧降解去除的，而濟陽縣污水處理廠一期工程AO工藝好氧段水力停留時間短，曝氣池容積小，曝氣量不夠，導(dǎo)致有機物去除效果不好。
而AAO工藝中，大部分有機物在厭氧段被聚磷菌轉(zhuǎn)化為PHB儲存在細胞中，部分有機物在缺氧段通過反硝化反應(yīng)去除，廢水進入好氧段時，COD濃度已基本接近排放標準，在好氧段會得到進一步降解。
有研究表明，AAO工藝厭氧段的COD去除率最高可達到80%以上，而缺氧段的去除率平均低于10%。
2、脫氮性能對比
近年來，隨著環(huán)境水體水質(zhì)的富營養(yǎng)化程度不斷加劇和污水排放標準的不斷提高，尋找一種有效的脫氮工藝已成為當(dāng)前污水處理廠設(shè)計中的重要問題之一。AAO工藝和AO工藝都具有生物脫氮功能，且兩種工藝脫氮原理相同，都為反硝化脫氮。
通過對兩種工藝進出水TN濃度、TN去除率，進行差異顯著性實驗，結(jié)果表明：兩種工藝進水TN無顯著差異，出水TN、去除率差異顯著，AAO工藝對TN的去除明顯好于AO工藝。
在反硝化脫氮工藝中，硝態(tài)氮是出水總氮中的主要物質(zhì)，硝態(tài)氮在缺氧段的去除率可以高于90%。有研究指出，控制缺氧區(qū)出水硝酸鹽濃度為1mg/L～2mg/L，可最大程度提高TN去除率，并能充分利用COD提高缺氧區(qū)反硝化能力。好氧區(qū)混合液中含有大量硝態(tài)氮，通過內(nèi)循環(huán)回流到缺氧區(qū)，在缺氧區(qū)進行反硝化反應(yīng)。
濟陽縣污水處理廠AO工藝缺氧段HRT太短，僅為1.8h，少于AAO工藝的3.46h，且內(nèi)回流比為50%～100%，小于AAO工藝的150%～250%，導(dǎo)致脫氮功能不及AAO。并且AO工藝脫氮效果不及AAO工藝穩(wěn)定，受外界因素（溫度、C/N比等）影響大。
3、除磷性能對比
水中磷含量超標，同樣也會導(dǎo)致微生物大量繁殖，浮游生物生長旺盛，出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)。反硝化除磷技術(shù)的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)生物除磷理論的一種突破，不僅可以解決傳統(tǒng)工藝中存在的矛盾問題，還有利于實現(xiàn)污水的可持續(xù)處理。
通過對兩種工藝進出水TP濃度、TP去除率，進行差異顯著性實驗，結(jié)果表明：兩種工藝進水TP無顯著差異，出水TP、去除率差異顯著，AAO工藝對TP的去除明顯好于AO工藝。
原因在于濟陽縣污水處理廠一期工程AO工藝沒有設(shè)置厭氧釋磷段，而在生物除磷過程中，聚磷菌只有在厭氧段進行充分的放磷，才能保證在缺氧段、好氧段有良好的吸磷效果，此工藝對磷的去除僅僅是通過微生物的同化作用。
而AAO工藝的除磷主要由聚磷菌來完成。一般來說，聚磷菌在缺氧段、好氧段攝取的磷量比在厭氧段釋放的磷量要多。有研究表明，AAO工藝平均吸磷量和平均放磷量的比例為1.28，且缺氧段的吸磷量高于好氧段的吸磷量。
4、去除性能對比總結(jié)
綜上，對有機物、氮、磷的去除AAO工藝都要明顯好于AO工藝，尤其是除磷，由于AO工藝無厭氧段，只能通過微生物的同化作用去除一小部分的磷，所以對磷的去除有要求的不要選擇此種工藝或者增加化學(xué)除磷。
二、溫度對AO、AAO脫氮除磷的影響
1、溫度對兩種工藝COD去除的影響
溫度對AAO工藝COD的去除影響不大，即使溫度低于5攝氏度，COD的去除率也可以達到85%以上，這說明溫度對聚磷菌轉(zhuǎn)化有機物的影響不大。
而AO工藝對COD的去除，往往會隨著溫度升高，在5-15攝氏度之間有個降低，隨后又升高。這可能是由于氣候處于冷暖交替時，系統(tǒng)內(nèi)菌群數(shù)量及其結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)勢種群逐步由喜好一種溫度的菌群向喜好另一種溫度的菌群演替，從而影響對有機物的處理能力。
2、溫度對兩種工藝脫氮的影響
溫度對兩種工藝脫氮的影響都比較明顯——兩種工藝都是隨著溫度的上升，TN去除率有明顯的提高。特別是AO工藝，當(dāng)溫度高于15攝氏度時，TN去除率幾乎呈線性增長。
溫度增強兩種工藝的脫氮性能的原因，一方面是因為溫度的升高有利于活性污泥微生物的生長繁殖，提高同化氮元素的效率；另一方面是因為溫度升高也增強了系統(tǒng)中硝化菌與反硝化菌的代謝活力，使系統(tǒng)反硝化脫氮能力增強。
一般認為，硝化細菌最適宜的生長溫度為25-30攝氏度。當(dāng)溫度小于15攝氏度時硝化速度明顯下降，硝化細菌活性也大幅降低。當(dāng)溫度低于5攝氏度時，硝化細菌的生命活動幾乎停止。
值得一提的是，有時即使低溫狀態(tài)下（低于5度），兩系統(tǒng)的TN去除率也不會低于40%，這就說明低溫時兩系統(tǒng)主要依靠活性污泥中微生物的同化作用來脫氮。
3、溫度對兩種工藝除磷的影響
從實際狀況來看，溫度升高AAO工藝對磷的去除率相應(yīng)提高，尤其是溫度高于20攝氏度后，TP去除率趨于穩(wěn)定。
這是因為生物除磷的關(guān)鍵是依靠聚磷菌的除磷活性，而溫度增高，有利于增加聚磷菌的活性，提高磷的去除率。
而AO工藝對磷的去除隨溫度變化的規(guī)律性不強，無明顯相關(guān)性。這是因為AO工藝無厭氧段，不存在聚磷菌存活的條件，對磷的去除僅僅依靠微生物的同化作用，所以溫度對此工藝微生物的同化作用影響不大。
三、進水C/N比對AO、AAO脫氮除磷的影響
1、進水C/N比對兩種工藝COD去除的影響
對于AAO工藝來說，無論C/N比值如何，COD的去除率基本保持穩(wěn)定。
有資料表明，大部分COD在厭氧區(qū)被聚磷菌利用合成為胞內(nèi)儲存物PHA，平均利用率在75%-85%之間，大約10%的COD進入缺氧區(qū)，幾乎沒有剩余的易生物降解有機物進入好氧區(qū)，因此該工藝可以實現(xiàn)進水碳源的充分利用，受有機物負荷沖擊影響小。
而C/N比對AO工藝COD的去除有一定的影響。通過濟陽縣污水處理廠數(shù)據(jù)來看，C/N比大于10后，隨著C/N比增大，COD去除率有小幅度地降低，有機物負荷對系統(tǒng)產(chǎn)生了沖擊。
2、進水C/N比對兩種工藝脫氮的影響
A/O工藝隨C/N比增大，TN去除率幾乎成線性下降，有機物濃度對硝化過程產(chǎn)生率嚴重影響。
這是因為硝化細菌是自養(yǎng)型細菌，有機物濃度不是它的生長限制因素，有機物濃度過高會使增殖速度快的異養(yǎng)型細菌迅速繁殖，優(yōu)先利用了水中的氧，自養(yǎng)型細菌得不到優(yōu)勢，活性受到抑制，影響了硝化反應(yīng)的進行。
而在AAO工藝中，有實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)進水C/N比從5增加到9時，TN去除率穩(wěn)步上升，C/N比為8.9時，TN去除率高達83.2%，然而當(dāng)C/N比從9增加到14時，TN的去除率不升反降。
在某一區(qū)間增長，TN去除率也隨之穩(wěn)步上升，但當(dāng)C/N比增長至某一數(shù)值，且TN去除率達到最高后，TN的去除率隨C/N比增長而下降。
主要原因與AO工藝相同，C/N比增加導(dǎo)致自養(yǎng)菌在系統(tǒng)中的數(shù)量越來越少，硝化效率降低，從而總氮去除率降低。有資料顯示，在沒有儲存內(nèi)碳源的情況下，實現(xiàn)完全反硝化的最小理論C/N比為2.86，但實際所需值遠遠大于此數(shù)。
3、進水C/N比對兩種工藝除磷的影響
C/N比對AAO工藝除磷效果影響較大，實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)進水C/N比從5增加到9時，TP去除率逐步增加。
這主要是因為進水C/N比低時進水碳源不足，而回流污泥中含有大量硝酸鹽，硝酸鹽消耗了大量COD，從而導(dǎo)致厭氧區(qū)放磷不充分，系統(tǒng)除磷率降低。
而當(dāng)進水C/N比從9增加到14時，總磷的去除率下降，尤其是C/N比大于11時總磷去除率幾乎成線性下降。
這是因為在相對較高的有機負荷時，進水中的有機物并不能在厭氧段被聚磷菌完全利用，而剩余的過量有機物會促進聚磷菌的生長，從而導(dǎo)致活性污泥中聚磷菌所占比例降低，影響除磷效果。
進水C/N比對AO工藝除磷效果的影響不大，主要是因為AO工藝對磷的去除僅僅是通過微生物的同化作用，而C/N比對同化作用影響不大。
四、進水C/P比對AO、AAO脫氮除磷的影響
1、進水C/P比對兩種工藝COD去除的影響
實驗數(shù)據(jù)表明，AO工藝對COD的去除率隨C/P比變化的規(guī)律性不強，無明顯相關(guān)性，可見C/P比不是影響AO工藝有機物去除效果的主要因素。
而對于AAO工藝來說，無論進水C/P比如何變化，其對COD的去除率都高于85%。
相關(guān)研究指出，高于79%的COD在厭氧區(qū)被消耗，用于合成細胞內(nèi)部儲存物PHA，而在缺氧區(qū)6%-11%的COD用于細胞生長和反硝化消耗，在好氧區(qū)幾乎沒有出現(xiàn)COD的消耗，因為細胞死亡后，細胞壁等難降解物質(zhì)又進入混合液中，使COD增大。
2、進水C/P比對兩種工藝脫氮的影響
C/P比對AO工藝脫氮效果的影響無明顯規(guī)律，TN去除率上下波動幅度比較大。這可能是由于除C/P比之外的其他因素對AO工藝脫氮的影響勝于C/P比。
C/P比對AAO工藝脫氮效果影響不明顯，盡管C/P比變化幅度較大，但TN去除率卻相對穩(wěn)定。
這主要是因為一般污水C/P比比較高，過量的COD進入缺氧區(qū)會抑制磷的吸收，而在缺氧區(qū)C/N比總是高于實際需求的最小值，反硝化菌會利用過量的外碳源迅速進行反硝化，不影響TN的去除。
3、進水C/P比對兩種工藝除磷的影響
在AAO工藝中，當(dāng)C/P比低于80時，磷的去除率上下波動明顯。當(dāng)C/P比高于80時，磷的去除率穩(wěn)定在85%以上，出水磷濃度小于0.5mg/L，系統(tǒng)對磷的去除率基本不再受其他因素影響，說明在AAO系統(tǒng)中進水C/P比高于80時，就可以實現(xiàn)穩(wěn)定高效的出水水質(zhì)。
這是由于高C/P比時，進水提供的碳源高于厭氧區(qū)釋放磷所需的碳源量，因此磷的去除率較高。當(dāng)C/P較低時，受COD的限制，聚磷菌吸磷能力下降，導(dǎo)致除磷效率低。
對于AO工藝來說，C/P比對其除磷效果的影響無明顯規(guī)律，這說明C/P比對微生物同化作用的影響不大。
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