为了解决脱氮效率和碳源需求之间的矛盾，2015年彭永臻院士团队在国内外首次开发了污泥双回流-AOA工艺技术，并于2022年8月在《Water Research》上发表了一篇题为Balance nitrogen and phosphorus efficient removal under carbon limitation in pilot-scale demonstration of a novel anaerobic/aerobic/anoxic process（ 碳限制下氮磷平衡高效去除的一种新型厌氧/好氧/缺氧（AOA）工艺）的文章。
这种创新型的工艺研究，让我们一起看看吧。
AOA工艺
传统反硝化工艺：
在传统前置反硝化工艺（如AO、A2O等）中，脱氮效率受制于内回流比的限制。
内回流比过小，会降低脱氮效率；
内回流比过大，脱氮效率提升有限，而且支撑硝化液回流的动力成本却会很高。
后置反硝化工艺：
而对于后置反硝化工艺（如OA）在碳源充足时，OA工艺的脱氮效率不受内循环比例限制，理论可以实现完全脱氮。
但是由于好氧池在前，进水碳源在好氧阶段被消耗，会导致在缺氧阶段没有碳源可用。
污泥双回流-AOA工艺：
首次开发：为了解决脱氮效率和碳源需求之间的矛盾，2015年彭永臻院士团队在国内外首次开发了污泥双回流-AOA工艺技术。
成果转化：之后，又与北控水务合作建立院士工作站，开展科技成果转化工作。
应用验证：分别于2019年和2020年展开百吨级中试项目和万吨级工程应用验证。
正式推出：2022年4月27日，北控水务召开发布会，正式推出BE-AOA,也就是污泥双回流工艺。
从这个案例中我们可以看出，龙头企业的参与，极大缩短科技创新向工程应用转化的周期。
本次我们结合这个百吨级的中试案例，来一睹AOA工艺的真容，看看它都有哪些技术特点。
试验过程和数据
污泥双回流AOA工艺结合了AO工艺和OA工艺的特点。
它在厌氧段将部分COD转换为细胞内碳源，把这些内碳源“封存”在微生物体内。
当度过好氧区后，在缺氧段利用内碳源进行反硝化。
能同时进行脱氮和除磷，并减少对外加碳源的消耗。
进行本次中试的反应器总有效容积 54m³，根据水流方向依次划分出厌氧区-好氧区-缺氧区，后端有一个有效容积 27m³的二沉池。
污泥从二沉池底部分别回流到厌氧区和缺氧区，回流比均为 100%。
总的HRT为10.8h，其中厌氧阶段为 2.7h，好氧阶段2.7h，缺氧阶段5.4h。
在运行中，好氧池 DO控制在1.5±1.0mg/L, SRT为25-30d。
如果采用A2O系统，以同样规模的系统，在50%污泥回流比和150%硝化液回流比的情况下，理论最大TN去除率为66.67%，为了保证出水TP符合标准，还要在后端添加絮凝剂。
去除机理
我们知道，有的微生物具有储存碳源的能力。
厌氧条件下，当具有VFA（挥发性脂肪酸），但没有电子受体时，它们能水解体内的聚磷颗粒或糖原将水中的有机物运输至体内，合成内碳源 PHA 。
而在缺氧和好氧区，当水中存在电子受体（NO3--N、NO2--N或O2），却没有外碳源作为电子供体时，这些微生物便能以厌氧阶段合成的 PHA作为电子供体完成能量代谢并合成糖原。
截至目前，已经发现有 300 多种微生物能合成 PHA，其中就包括我们熟悉的聚磷菌和聚糖菌。
实际上，在AOA脱氮除磷系统中，它们才是当之无愧的主角。
这里我们回过头来看AOA的工艺设计，在前置厌氧区，这里含有进水带来的碳源，和少量由污泥回流带来作为电子受体的硝态氮（NO3--N）、亚硝态氮（NO2--N）。
由于三个阶段（厌氧、好氧、缺氧）使用同一个污泥系统，而且厌氧阶段的HRT只有2.7h，所以系统中主要为各类兼性微生物（既能在好氧条件下生存，也能在厌氧条件下生存）。能利用厌氧区中碳源的只有反硝化菌和PHA合成菌。
而在试验过程中，厌氧区的COD去除率高达86.7%，除了污泥回流携带的少量NO3--N进行的反硝化消耗了约7.94%的COD，额外“消失”的COD可能都被微生物以内碳源的形式储存。
在PHA合成菌中，聚糖菌（GAO）的贡献要大于聚磷菌（PAO）。通过微生物测序得出的结论也支持了这一结论。
在系统运行期间，检测到5个属的聚磷菌（PAO），它们的相对丰度从0.26%增加到0.75%，而聚糖菌（GAO）的相对丰度虽然从3.38%略微下降到2.78%，但仍属于优势PHA合成菌。
TN和TP的去除效果
虽然设计上，由于碳源在厌氧区被大量消耗，降低了好氧区的负荷与氧需求量，在这里将主要进行氨氧化。
但实际运行中发现，在2.7h的停留时间里，好氧区也有31%的TN去除率。
通过分析发现，是由于好氧区溶解氧控制在低水平（1.5mg/L），所以发生了同步硝化反硝化（SND），而后置缺氧区的作用，才是利用内碳源对好氧阶段的产生的硝酸盐进行反硝化作用。
所以，最后在缺氧区实际上去除了57.24%的TN。试验数据显示在此期间PHA和糖原的浓度降低，而混合液中COD的浓度保持不变，说明推动反硝化正是微生物存储的丰富内碳源。
对于除磷主要是通过好氧阶段的磷吸收，占了99%。
在后置缺氧区，通过聚磷微生物的反硝化除磷也去除了少量的磷。
这保证了系统出水的低磷浓度。
同时文章也指出，在传统的污水处理厂中，二沉池中厌氧状态时导致聚磷酸盐释放，是导致出水TP不稳定的因素之一。
参考文献：
Gao, X., Xue, X., Li, L., Peng, Y., Yao, X., Zhang, J. and Liu, W. 2022. Balance nitrogen and phosphorus efficient removal under carbon limitation in pilot-scale demonstration of a novel anaerobic/aerobic/anoxic process. Water research 223, 118991.
转载：小菌主
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