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编辑|胖先生的水处理日记
来源|会议培训
前段时间我一同事，自费去参加了一场水处理技术报告会议，期间他听了一场报告，讲的是AOA工艺，回来后就问我有没有听过这个。要知道我们公司这两年业绩比较差，亏损的一塌糊涂，早就不给批参加会议的经费了，这小子竟然自费去听报告，真不是一般人能有的魄力。但说实话，我虽然佩服他为知识付费的决心，不过对于他口中所说的AOA工艺，也并没提起多大的兴趣。“这不就是在经典前置反硝化工艺的基础上，在后面又加了个缺氧深度脱氮单元吗？”“诸如AO+深床反硝化的组合工艺，这几年都被各大污水厂用烂了吧？”但我刚说完，同事就给了我一个鄙夷的眼神，撇着嘴十分不满的说：
“要知道这可是院士研究出来的新工艺，岂能是咱们这种粗鄙的现场工程师理解的那种传统工艺？”我一听，好家伙，连院士都搬出来了，那肯定不是等闲工艺，多少应该有点创新内容。于是赶忙挺直了身子，做洗耳恭听状，让同事详细说说，我也学习学习。同事见自己三言两语就镇住了我，十分欢喜，轻咳了两声后，就开始给我讲了起来。果然我刚开始时理解错了，同事口中所说的AOA，并非我理解的那种传统的同时前后置反硝化工艺。
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▲号称颠覆性的水处理工艺
说起AOA，其实也离不开传统的同步生物脱氮除磷工艺，也就是AAO工艺。在AAO工艺中，含有COD、氨氮和总磷的污水，首先会进入厌氧段（第一个A）进行氨化和厌氧释磷反应。并且在这个过程中聚磷菌会额外吸收有机物进入体内，最终以PHA的形式储存起来。这个过程中的主角儿是反硝化菌，它是一种异养菌，以有机物作为电子供体，以硝酸盐氮作为电子受体，完成脱氮反应。
最后污水再进入好氧段（O），这一阶段的主角儿是硝化菌、聚磷菌和异养菌。其中硝化菌负责把氨氮氧化为硝酸盐氮，聚磷菌通过消耗体内PHB大量吸磷，异养菌负责把缺氧单元没来得及消化掉的COD降解掉。缺点就是需要不间断的内回流，把好氧池的硝化液返回到缺氧池。总体而言，AAO工艺不但消耗电费，而且出水总氮会比较高，容易超标。那有没有一种工艺，既可以利用原水中的碳源，又能取消内回流操作呢？
“没用啊，如果是AOA工艺的话，污水经过O池，其中有机物就被异养菌给消耗光了。”“到了后端的缺氧池，还得额外补充碳源，这不成了背着抱着一边沉了？”如果你还按照原来AAO工艺中的那一套理论来理解的话，当然是这样了。我们都知道，传统AAO工艺中，好氧池中的主角儿是硝化菌、异养菌和聚磷菌（严格来说，聚磷菌也是异养菌的一种）。且硝化菌性格温顺，不善与人争斗，因此如果池内有机物充分，异养菌活跃的话，硝化菌往往就容易被挤进角落里面去，根本发挥不了硝化作用。
而等它能发挥作用了，水中的有机物肯定也被异养菌们嚯嚯完了。
正因为如此，所以传统AAO工艺中，我们才把A放在了O前面，让反硝化菌提前接触有机物，避免全被异养菌们嚯嚯掉。如果我们找一种菌，在好氧池中把异养菌替换掉，让好氧池在不消耗有机物的前提下，也能完成氨氮的硝化作用，岂不美哉？
一般认为聚糖菌是聚磷菌的竞争对手，尤其是在厌氧环境中，聚糖菌会和聚磷菌争夺水中的小分子脂肪酸等有机物。不同的是，聚磷菌在吸收水中有机物的同时，还会伴随着释磷的过程。而聚糖菌体内没有聚磷的功能，它直接靠分解糖原来吸收水中有机物，并将这些有机物转化为PHA贮存在体内。
而到了好氧环境中，聚磷菌则分解PHA并过量吸磷，聚糖菌则是分解PHA并合成为糖原。Ps：有关于聚磷菌和聚糖菌的代谢原理，实在是复杂，这里我只简单的描述下。如果您各位特别感兴趣的话，可以阅读这篇文献：《生物除磷系统中聚磷菌与聚糖菌代谢模型比较》。聚糖菌的这一特性，是不是就能起到咱们前面说的，在不影响硝化效果的前提下，避免碳源在好氧池中的无畏浪费难题？而研究人员正是基于这个原理，才开发出来的AOA工艺。简言之，AOA工艺通过调整传统AAO工艺的空间时序，将缺氧区置于好氧区之后，也就是把“厌氧-缺氧-好氧”变成了“厌氧-好氧-缺氧”。它还针对不同单元的主要运行参数进行优化，例如停留时间、曝气强度、外回流点位等等，都和传统的AAO工艺有所不同。当然了，同事和我都是第一次听说这种工艺，因此对于工艺的具体设计不甚了解，只能通过会议中专家的只言片语去推测。
就拿停留时间这一点来说，传统生活污水处理厂的AAO工艺，三个分区的HRT一般是1:2:4的比例。而AOA工艺的停留时间则没有这么明显的由大到小的规律，有的按照2:3:3设置，有的按照2:2:4设置，也有按照3:4:5设置的。不管怎么说，AOA中的好氧区，明显比传统AAO中的好氧区小了。Ps：通常来说，AOA工艺中好氧区池容仅为总池容的1/4。而一切改动的目的，都是为了能让聚糖菌和聚磷菌成为系统中的优势菌种。这俩菌一个负责除磷，一个负责吸收水中多余的COD物质。这样就能能提前清除COD对于好氧硝化菌的抑制，也能为后续缺氧提供内碳源。所以AOA工艺的成败关键，就在于能不能把聚糖菌培养并富集起来，从而代替普通异养菌在好氧池中的地位，扛起在硝化反硝化单元前，提前吸收水中有机物并驻存在体内的责任。那就是聚糖菌和反硝化菌是一类菌种，也就是反硝化聚糖菌，还是两类菌种，聚糖菌是聚糖菌，反硝化菌是反硝化菌？
如果是前者的话，那么反硝化聚糖菌能够一肩挑两担，同时完成厌氧储存内碳源和缺氧反硝化的作用。
但如果是后者的话，聚糖菌没有反硝化功能的话，那么到了缺氧池是不是还得首先靠它释放内碳源到水中，然后才能被反硝化菌吸收利用？但不管怎么说，通过AOA三个单元池容的区分规律来看，内碳源反硝化的难度肯定要比外碳源反硝化大，否则也就不需要额外增加这么大的池容来实现最终脱氮的目的了。
通过这个图来看，作者是把聚糖和反硝化的功能，同时放在一种菌的身上了，也就是所谓的“反硝化聚糖菌”。![]()
不要怀疑是不是真有这种菌，微生物的世界太复杂，不是咱一个普通的搞应用的水处理工程师能理解的......君不见这些年，越来越多的研究成果正在打破我们之前的固有印象，像什么好氧反硝化菌、反硝化聚磷菌、厌氧氨氧化菌，各个都是颠覆传统认知的存在。不管怎么说，如果反硝化聚糖这一环能够跑的通的话，那么AOA工艺就能同时起到以下6个优点：（6）碳源消耗少了，污水厂每年的直接碳排放量也少了。最后我翻阅了相关文献，查到了一种有关双污泥回流AOA工艺中试研究的文章，发现了以下几个结论：（1）厌氧池HRT=2.7h，COD去除率最高，COD的总去除率高达86.7%，其中污泥回流携带的硝酸盐进行反硝化反应消耗了约7.94%的COD，其余均是以PHA的形式储存在微生物体内。（2）好氧池HRT=2.7h，DO=1.5mg/L，氨氮去除率最高，接近100%，还有31%的TN去除率，推测是因为在低溶解氧状态下发生了同时硝化反硝化反应。（3）缺氧池HRT=5.4h，去除了57.24%的TN，但COD基本不变，说明总氮的去除基本都是靠内碳源完成的。（4）由AOA工艺整体停留时间短，因此在兼顾了高效脱氮的同时，也可以保证除磷效果，实验结果表明，总磷在好氧区有90%左右的去除率。
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我通过查阅文献，双污泥回流的AOA工艺中，两个污泥外回流的回流比都控制在100%左右，这样相当于总回流比还是200%。说实话，这个回流比和传统AAO的回流比也差不多，省不了多少电......我推测，还是因为内碳源反硝化的速率比较慢，要想实现和外碳源反硝化一样的效果，就得延长反应时间。反正系统中的污泥总量是一定的，你放在二沉池多些，那在生反池中的量就少些。所以提高污泥外回流量，是一个有效增加生反池污泥浓度的措施。
一方面，加大污泥回流量到厌氧池，势必会影响总磷的去除效果。
另一方面，咱们只是想要增加内源反硝化的效果，也没必要非得绕一大圈回到厌氧池。但我还是坚信，这种颠覆性的新工艺，使用的毕竟是和传统工艺不一样的主力菌，那么在日常的运营中，要想维持稳定肯定是比较困难的。
毕竟这个自然界中的规律就是物竞天择，适者生存，能够在最传统的工艺中成为优势菌种，那就说明其生命力和各方面的能力，都要比那些异类菌要更强。现在你要想靠着更加精细化的运营方式，把这些地头蛇们强摁下去，扶持新的“话事菌”出来，那难度肯定不是一般的大。这其中最大的难点，估计就是运营人员的专业技术水平了。毕竟不是哪个水厂都有院士团队的水平和实力，就以目前咱们水处理行业从业人员的整体素质来说，一旦交出去，估计系统崩溃那就是早晚的事儿了。也许等到更加成熟的智慧水务系统开始在各个污水厂铺开来，代替粗犷的人工操作后，这些高大上的技术才会迎来真正的春天。而在此之前，污水处理必然还是传统AAO工艺的天下！最后，胖哥也给自己打个广告。
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