作為硝化過程的主休，硝化菌通常都屬于自養(yǎng)型專性好氧菌，這類微生物的一個(gè)突出特點(diǎn)是繁殖速度慢，世代時(shí)間較長。在冬季，硝化菌繁殖所需世代時(shí)間可長達(dá)30d以上;即使在夏季，在泥齡小于5d的活性污泥中硝化作用也十分微弱。聚磷菌多為短世代微生物，為探討泥齡對(duì)生物除磷工藝的影響，Rensink等(1985年)用表1歸納了以往的研究成果，并指出降低泥齡將會(huì)提高系統(tǒng)的除磷效率。

　　由表1可見聚磷微生物所需要泥齡很短。泥齡在3。0d左右時(shí)，系統(tǒng)仍能維持較好的除磷效率。此外，生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥。為了保證系統(tǒng)的除磷效果就不得不維持較高的污泥排放量，系統(tǒng)的泥齡也不得不相應(yīng)的降低。顯然硝化菌和聚磷菌在泥齡上存在著矛盾。若泥齡太高，不利于磷的去除;泥齡太低，硝化菌無法存活，且泥量過大也會(huì)影響后續(xù)污泥處理。針對(duì)此矛盾，在污水處理工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，一般所采用的措施是把系統(tǒng)的泥齡控制在一個(gè)較窄范圍內(nèi)，兼顧脫氮與除磷的需要。這種調(diào)和，在實(shí)踐中被證明是可行的。
 

　　為了能夠充分發(fā)揮脫氮與降磷兩類微生物的各自優(yōu)勢(shì)，可采取的其它對(duì)策大致上有兩類。
 

　　第一類是設(shè)立中間沉淀池，搞兩套污泥回流系統(tǒng)使不同泥齡的微生物居于前后兩級(jí)(見圖1)，第一級(jí)泥齡很短，主要功能是除磷;第二級(jí)泥齡較長，主要功能是脫氮。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成功地把兩類泥齡不同的微生物分開。但是，這類工藝也是存在局限性。第一，兩套污泥回流系統(tǒng)，再加上中間沉淀池和內(nèi)循環(huán)，使該類工藝流程長且比較復(fù)雜。第二，該類工藝把原來常規(guī)A2/O(見圖25)工藝中同步進(jìn)行的吸磷和硝化過程分離開來，而各自所需的反應(yīng)時(shí)間又無法減少，因而導(dǎo)致工藝總的停留時(shí)間變長。第三，該工藝的第二級(jí)容易發(fā)生碳源不足的情況，致使脫氮效率大受影響。此外，由于吸磷和硝化都需要好氧條件，工藝所需的曝氣量也可能有所增加。

　　第二類方法是在A2/O工藝好氧區(qū)的適當(dāng)位置投放填料。由于硝化菌可棲息于填料表面不參與污泥回流，故能解決脫氮除磷工藝的泥齡矛盾。這種作法的優(yōu)點(diǎn)是既達(dá)到了分離不同泥齡微生物的目的，又維持了常規(guī)A2/O工藝的簡(jiǎn)捷特點(diǎn)。
 

　　但是該工藝也必須解決好以下幾個(gè)問題:①投放填料后必須給懸浮性活性污泥以優(yōu)先的和充分的增殖機(jī)會(huì)，防止生物膜越來越多而MLSS越來越少的情況發(fā)生;②要保證足夠的攪拌強(qiáng)度，防止因填料截留作用致使污泥在填料表面間大量結(jié)團(tuán);③填料投放量必須適中，投放量太少難以發(fā)揮作用，太多則難免出現(xiàn)對(duì)污泥的截留。此外，填料的類型和布置方式都應(yīng)作慎重考慮。
 

　　2、碳源問題
 

　　碳是微生物生長需要要最大的營養(yǎng)元素。在脫氮除磷系統(tǒng)中，碳源大致上消耗于釋磷，反硝化和異養(yǎng)菌正常代謝等方面。其中釋磷和反硝化的反應(yīng)速率與進(jìn)水碳源中的易降解部分，尤其是揮發(fā)性有機(jī)脂肪酸(VFA)的數(shù)量關(guān)系很大。 一般來說，城市污水中所含的易降解COD的數(shù)量是十分有限的，以VFA為例，通常只有幾十mg/L。所以在城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)的釋磷和反硝化之間，存在著因碳源不足而引發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)性矛盾。
 

　　解決這一問題一般需要從兩個(gè)方面來考慮。一是從工藝外部采取措施，增加進(jìn)水易降解COD的數(shù)量，例如取消初沉池，污泥消化液回流，將初沉池改為酸化池等都有一定作用，還可考慮外加碳源的方法。二是從工藝內(nèi)部考慮，權(quán)衡利弊，更合理地為反硝化和釋磷分配碳源，常規(guī)脫氮除磷工藝總是優(yōu)先照顧釋磷的需要，把厭氧區(qū)放在工藝的前部，缺氧區(qū)置后。這種作法當(dāng)然是以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提。但是，釋磷本身并不是脫氮除磷工藝的最終目的。就工藝的最終目的而言。把厭氧區(qū)前置是否真正有利，利弊如何，是值得進(jìn)一步研究的。根據(jù)對(duì)厭氧有效釋磷可能并不是好氧過度吸磷充分必要條件的新認(rèn)識(shí)，倒置A2/O工藝(見圖3)將缺氧區(qū)放在工藝最前端，厭氧區(qū)置后。經(jīng)過這種改變，脫氮菌可以優(yōu)先獲得碳源，反硝化速率得到大幅度提高。同時(shí)，原來困擾脫氮除磷工藝的硝酸鹽問題不存在了，所有污泥都將經(jīng)歷完整的釋磷和吸磷過程，除磷能力不僅未受影響，反而有所增強(qiáng)。這種新的碳源分配方式對(duì)脫氮除磷工藝的實(shí)踐和機(jī)理研究都有重要意義。

　　3、硝酸鹽問題
 

　　在常規(guī)A2/O工藝中，由于厭氧區(qū)在前，回流污泥不可避免地將一部分硝酸鹽帶入該區(qū)。硝酸鹽的存在嚴(yán)重影響了聚磷蓖的釋磷效率，尤其當(dāng)進(jìn)水中VFA較少，污泥的含磷量又不高時(shí)，硝酸鹽的存在甚至?xí)?dǎo)致聚磷菌直接吸磷。所以在常規(guī)A2/O工藝框架下，如何避免硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)干擾釋磷一度成為研究熱點(diǎn)，并圍繞這一問題產(chǎn)生了諸如UCT工藝，JHB工藝，EASC工藝等，其中最著名的應(yīng)屬UCT工藝(如圖4) 。

　　解決硝酸鹽問題的關(guān)鍵是如何在回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)之前，設(shè)法將其攜帶的硝酸鹽消耗掉。一種方法是在回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)之前，先進(jìn)處一個(gè)附設(shè)的缺氧池，在這個(gè)缺氧池中回流污泥攜帶的硝酸鹽利用污泥本身的碳源反硝化。由于沒有外加碳源， 這種反硝化實(shí)際上多屬內(nèi)源代謝， 因此反硝化速率不高。作為對(duì)第一種方法的改進(jìn)， 另一種方法通過投加外加碳源或引入一部分污水來提高附設(shè)缺氧池的反應(yīng)速率。
 

　　UCT 工藝另辟蹊徑， 把常規(guī) A2/ O 工藝的缺氧區(qū)分為前后兩個(gè)部分( 如圖 4) 。內(nèi)循環(huán) 1 將硝化液從好氧區(qū)( O) 回流至缺氧區(qū)( A2) ， 內(nèi)循環(huán)2將A2區(qū)前部的混合液循環(huán)至A1區(qū)， 回流污泥不是直接進(jìn)入A1區(qū)， 而是先進(jìn)入A2區(qū)前部。這種作法實(shí)際上是劃出一個(gè)小的缺氧區(qū)專門消耗回流污泥中的硝酸鹽， 故避免了回流污泥中的硝酸鹽對(duì)厭氧區(qū)的沖擊，改善了聚磷菌的釋磷環(huán)境。但是， 進(jìn)入A2區(qū)前部的回流污泥實(shí)際上只有一小部分由內(nèi)循環(huán)2運(yùn)至A1區(qū)， 其余大部分未經(jīng)釋磷直接進(jìn)入后續(xù)工藝。也就是說， 在所排除的剩余污泥中只有一小部分經(jīng)歷了完整的釋磷、吸磷全過程， 其實(shí)際除磷效果可能因此而大受影響。常規(guī)A2/O工藝實(shí)際上也存在類似缺陷。
 

　　4、系統(tǒng)的硝化和反硝化容量問題
 

　　硝化和反硝化是生物除磷脫氮系統(tǒng)密不可分的兩個(gè)過程。硝化不充分， 出水氨氮必然升高， 反硝化能力也發(fā)揮不出來; 反硝化不充分出水硝酸鹽就會(huì)上升。怎樣配置恰當(dāng)?shù)南趸头聪趸萘浚?nbsp;充分發(fā)揮它們的潛力， 是脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行的一個(gè)重要問題。系統(tǒng)的硝化和反硝化能力首先是決定于各自相應(yīng)區(qū)域的水力停留時(shí)間( 或有效容積) 。對(duì)于城市污水來說， 一般夏季的反硝化和硝化分別需要 1~ 2h和 3~ 4h， 考慮冬季低溫的影響通常確定反硝化時(shí)間為2~3h， 硝化時(shí)間為5~ 6h。決定硝化和反硝化能力的第二個(gè)因素是工藝布置形式。例如和常規(guī) A2/O工藝相比， 缺氧區(qū)前置的倒置A2/ O工藝可明顯提高系統(tǒng)反硝化能力。而在好氧區(qū)適當(dāng)投放填料則會(huì)提高系統(tǒng)的硝化能力。
 

　　通過改變運(yùn)行參數(shù)也可以對(duì)系統(tǒng)的硝化和反硝化能力進(jìn)行調(diào)整。延長泥齡， 加強(qiáng)曝氣和攪拌， 有利于提高好氧區(qū)的硝化能力; 適當(dāng)縮短泥齡， 降低溶解氧水平， 則有利于提高系統(tǒng)的反硝化能力。
 

　　對(duì)于前置反硝化來說， 內(nèi)循環(huán)比是十分重要的運(yùn)行參數(shù)， 對(duì)硝化、反硝化以及釋磷、吸磷都有重要影響。表面上， 內(nèi)循環(huán)是把硝化液從硝化區(qū)回流至反硝化區(qū)。在一定范圍內(nèi)， 內(nèi)循環(huán)比越大， 出水硝酸鹽越少。但是， 內(nèi)循環(huán)給系統(tǒng)帶來的一個(gè)不可忽視的問題是， 硝化液中的溶解氧對(duì)缺氧環(huán)境具有破壞作用。當(dāng)存在溶解氧時(shí)， 脫氮菌總是優(yōu)先利用游離氧作為電子受體氧化有機(jī)物， 反硝化過程因而被阻礙。而且， 隨著內(nèi)循環(huán)加大， 系統(tǒng)中的短流現(xiàn)象也會(huì)越來越明顯。所以即使不考慮動(dòng)力消耗， 內(nèi)循環(huán)比也不宜過大。此外， 對(duì)于常規(guī) A2/ O 工藝， 若內(nèi)循環(huán)比過大， 則參與釋磷吸磷過程的污泥比例將會(huì)嚴(yán)重減少， 影響除磷效率。因此， 對(duì)于一定的工藝系統(tǒng)，內(nèi)循環(huán)比應(yīng)有一個(gè)恰當(dāng)?shù)姆秶?nbsp;并隨水質(zhì)、水量和溫度的變化而適當(dāng)調(diào)整。
 

　　5、釋磷與吸磷的容量問題
 

　　釋磷和吸磷是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)過程。一般認(rèn)為， 聚磷菌只有經(jīng)過充分的厭氧環(huán)境并釋磷才能更好地吸磷， 而且， 也只有吸磷良好的聚磷菌才會(huì)在厭氧或缺氧條件下大量釋磷。關(guān)于釋磷、吸磷的機(jī)理至今還有許多方面尚未研究清楚。對(duì)于運(yùn)行良好 城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)來說， 一般夏季的釋磷和吸磷時(shí)間分別需要115~ 215h和2~ 3h，冬季低溫環(huán)境下兩者所需的時(shí)間均應(yīng)適當(dāng)延長。
 

　　在 A2/O工藝中， 吸磷和硝化是同步進(jìn)行的， 而硝化時(shí)間較長， 故吸磷容量通常不成問題。從系統(tǒng)的角度看， 微生物的厭氧釋磷過程似更為關(guān)鍵。以往關(guān)于厭氧釋磷過程時(shí)間的確定， 多是就釋磷本身以釋磷曲線為依據(jù)進(jìn)行研究的。但是， 釋磷并不是處理系統(tǒng)的最終目的， 當(dāng)把釋磷和吸磷過程以及最終的除磷效果聯(lián)系起來進(jìn)行考察時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)， 單純按照上述方法來確定厭氧區(qū)的HRT是不充分的。根據(jù)有關(guān)厭氧歷時(shí)對(duì)除磷效率影響的研究表明: 在一定范圍內(nèi)， 適當(dāng)延長厭氧反應(yīng)時(shí)間， 降低厭氧區(qū)氧化還原電位， 可以明顯提高系統(tǒng)的除磷效率。因此， 脫氮除磷工藝厭氧區(qū)的HRT 還應(yīng)進(jìn)一步延長， 例如夏季采用2~3h， 冬季采用3~4h。