传统生物脱氮除磷系统中存在好氧异养菌、聚磷菌和反硝化菌对原水碳源的竞争^〔1〕。在单污泥系统中硝化菌是化能自养菌，世代周期较长，增殖速度慢；反硝化菌和聚磷菌是异养菌，可利用水中有机物作为基质完成自身细胞内物质的合成，增殖速度较快。因此，硝化菌和反硝化菌、聚磷菌存在泥龄上的矛盾，进而造成系统脱氮和除磷效率难以同时达到较高的水平^〔2-3〕。反硝化聚磷菌（DPAOs）是以NO₃^--N为电子受体在缺氧环境下利用厌氧阶段吸收的有机物作为碳源过量吸磷，将反硝化过程和聚磷过程合二为一^〔4〕。因此，将反硝化除磷技术引入传统生物脱氮工艺，可在大幅降低运行费用的同时为污水的生物脱氮除磷提供更广阔的应用前景^〔5-7〕。

A²/O-曝气生物滤池（BAF）双污泥系统由A²/O活性污泥系统和BAF生物膜系统串联组成，其中，BAF主要完成硝化反应，为A²/O中反硝化菌和DPAOs提供NO₃^--N作为电子受体完成反硝化脱氮除磷，实现了“一碳两用”高效处理低C/N生活污水^〔8〕。但是，有关A²/O-BAF系统在长期搁置后如何恢复污泥脱氮除磷性能，实现快速二次启动的研究却鲜有报道。张为堂等^〔9〕研究了反硝化除磷系统在V_厌氧∶V_缺氧∶V_好氧=2∶5∶2时的活性恢复时间为10 d。魏玉等^〔10〕研究表明反硝化除磷颗粒污泥的活性恢复期为40~50 d。

基于此，笔者以实际生活污水为处理对象，通过对搁置2个月的A²/O-BAF双污泥系统进行二次启动试验，考察池容比（V_厌氧∶V_缺氧∶V_好氧）分别为3∶5∶2和1∶3∶1时的污染物去除性能和污泥浓度（SVI）、污泥沉降比（MLSS）的特征，并结合线性拟合法研究厌氧释磷量与缺、好氧吸磷量以及吸磷速率的变化，以期为反硝化脱氮除磷系统提供快速的启动方式及实际应用提供参考。

A²/O-BAF双污泥系统见图 1。

A²/O-BAF双污泥系统主体由A²/O反应器、二沉池和BAF组成，A²/O反应器共10个格室，每一格室的有效容积均为10 L。其厌氧区和缺氧区均装有搅拌器，好氧区装有微孔曝气头。二沉池为竖流式，有效容积为28 L。BAF有效容积为18.8 L，承托层内铺设15~20 mm的鹅卵石；填料层内填充D10 mm×5 mm，密度和比表面积分别为1.6~1.8 g/cm³和4~6 m²/g，滤速为25~30 m/h的改性聚氯乙烯填料。

试验期间调整V_厌氧∶V_缺氧∶V_好氧分别为3∶5∶2和1∶3∶1；分别记为A组和B组，其中厌氧池、缺氧池、好氧池中DO分别控制为0.1、0.2、2.0 mg/L。A²/O进水流量为7.5 L/h，HRT=10 h，污泥回流比和BAF硝化液回流比分别为100%和300%，BAF的HRT为2 h，DO为2.5 mg/L，填充率为75%。

采用SBR装置进行小试，探究2种池容比下污泥中DPAOs对NO₃^--N的利用情况，SBR小试装置见图 2。

SBR内设磁力搅拌器，底部有砂滤曝气头，曝气量由转子流量计控制。试验阶段采用Multi3420-WTW实时监测系统的温度、溶解氧和pH。具体的小试试验方法：分别在A组和B组的好氧段取2 L活性污泥，装入2个SBR小试试验装置中。用纯水清洗以去除污泥表面吸附的COD，同时加入200 mg/L的乙酸钠（CH₃COONa）作为外碳源厌氧搅拌120 min进行释磷，每20 min取样1次测定COD、TP浓度，然后分别投加30 mg/L的NO₃^--N作为电子受体，缺氧搅拌20 min，取样1次测定COD、PO₄^3--P和NO₃^--N浓度；最后好氧曝气100 min，每20 min取样1次测定COD、PO₄^3--P和NO₃^--N浓度。

以兰州交通大学生活区的实际生活污水为研究对象，具体水质见表 1。

试验所用的污泥取自A²/O-BAF系统中，该污泥在室温下搁置了2个月，由于发生了厌氧消化和内源呼吸，污泥颜色呈现黑色并伴有浓烈的臭味，SVI约为240 mL/g，SV₃₀为75%左右，沉降性能较差。该系统在前期实验中运行稳定，污泥中含有大量硝化菌、反硝化菌及DPAOs，MLSS为3 000~3 500 mg/L，SV₃₀为30%左右。

所有水样经过0.45 μm滤纸过滤后根据水和废水监测分析标准方法^〔11〕测定COD、NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N和PO₄^3-。MLSS和挥发性污泥浓度（MLVSS）采用滤纸重量法测定，SVI通过30 min沉降法测定。

通过小试测定出不同池容比下污泥厌氧释磷量、缺氧/好氧吸磷量^〔12-13〕，并计算出厌氧释磷速率（R_an）、缺氧吸磷速率（PUR_an）及好氧吸磷速率（PUR_o），计算公式如下^〔14〕：

(1)

(2)

(3)

不同恢复方式对COD的去除情况见图 3。

由图 3可知，池容比对COD的去除影响较小，A组和B组出水平均COD分别为42.3 mg/L和43.1 mg/L，COD去除率分别为82.3%和81.9%。这是由于系统中约75%的COD去除主要是在厌氧和缺氧两个阶段完成，10%左右的COD在后端BAF中去除。而A组和B组的厌氧段和缺氧段总停留时间均为8 h，BAF运行参数一样，因此A组和B组的COD去除变化规律基本一样。其中，大量COD在厌氧段被聚磷菌用于释磷，缺氧段反硝化菌和DPAOs利用剩余的COD作为电子供体，BAF回流的NO₃^--N作为电子受体完成反硝化脱氮除磷^〔15〕。

不同恢复方式对氮素的去除情况见图 4。

由图 4可知，2种恢复方式对NH₄⁺-N的去除效果差异较小。A组和B组均在第5天后实现了NH₄⁺-N的高效去除，出水NH₄⁺-N分别为1.42 mg/L和1.75 mg/L，NH₄⁺-N去除率均达到98%以上。分析原因：A²/O-BAF系统中，NH₄⁺-N主要在BAF中被附着生长于生物膜上的硝化菌转化为NO₃^--N。此外，BAF硝化性能的快速恢复是由于大部分COD在A²/O中去除，BAF中COD的浓度和氨氧化菌的衰减速率较低，有效缓解了BAF内异养菌和自养型氨氧化菌竞争氧气^〔9〕。防止了BAF反应器内异养菌的大量增殖，保持了硝化菌的生物量和活性。

由图 4还可知，A组的出水TN在第7天达到了14.2 mg/L，TN去除率为80.47%。B组经过缓慢的恢复期，在第12天时出水TN为13.8 mg/L，TN去除率为78.11%，即A组对TN的去除效率优于B组。这是因为B组相对A组的厌氧停留时间短，聚磷菌合成的PHA量较小，进而在缺氧段DPAOs利用PHA还原NO₃^--N效率下降，TN去除缓慢。另外，DPAOs由于没有足够的PHA就会与反硝化菌竞争碳源，导致反硝化脱氮不彻底，出水TN去除缓慢。

不同恢复方式对PO₄^3--P的去除情况见图 5。

由图 5可知，进水PO₄^3--P为3.7~7.4 mg/L。A组在5 d和11 d后缺氧段出水PO₄^3--P分别为3.65 mg/L和0.85 mg/L，系统出水PO₄^3--P分别为0.43 mg/L和0.33 mg/L；同样，B组在10 d和16 d后缺氧段出水PO₄^3--P分别为2.88 mg/L和1.12 mg/L，系统出水PO₄^3--P均为0.48 mg/L。数据表明，恢复初期大量的PO₄^3--P通过好氧吸磷去除；运行稳定后缺氧段DPAOs占比逐渐增加，反硝化除磷增强，A组和B组中分别仅有约0.52 mg/L和0.64 mg/L的PO₄^3--P经过好氧吸磷途径去除。此外由于A组在厌氧段聚磷菌合成的PHA及释磷量比B组多，进而A组缺氧段DPAOs利用PHA作为电子供体反硝化除磷量大于B组，这使得A组比B组的除磷性能恢复更快。李田等^〔16〕利用“饥饿饱食”的方法对活性污泥进行活性恢复，发现在经历长时间的饥饿后，污泥种群发生了明显变化，在恢复期DPAOs的含量迅速提高，系统除磷性能在第7天实现恢复，出水PO₄^3--P达到0.46 mg/L。

不同恢复方式下的厌氧释磷与缺氧/好氧吸磷情况见图 6。

由图 6可知，A组的厌氧释磷量大于B组，运行稳定后二者厌氧释磷质量浓度分别达27.6 mg/L和23.7 mg/L，缺氧吸磷质量浓度分别为34.5 mg/L和26.4 mg/L；好氧吸磷量差异较小。分析原因，厌氧释磷量产生较大差异是由于A组厌氧时间比B组长，释磷更充分。且随系统的稳定运行，缺氧吸磷量逐渐升高，进入好氧段的PO₄^3--P为1.0 mg/L左右，而PAO在好氧段可利用的碳源有限，停留时间较短，因此吸磷量减少。

为进一步探究不同池容比下DPAOs的性能变化，取稳定运行后A组和B组的活性污泥进行厌氧释磷、缺氧/好氧吸磷小试，结果见图 7。

由图 7可知，A组和B组的厌氧释磷后PO₄^3--P分别升高至35.4 mg/L和31.8 mg/L，COD分别降低至35.2 mg/L和41.5 mg/L；同时二者的厌氧释磷速率拟合方程分别为y=0.296x+2.35和y=0.278x-0.07，R²分别为0.985 1和0.973 4，说明A组的释磷量大于B组，且厌氧释磷速率比B组快。120 min厌氧后，缺氧前20 min PO₄^3--P的浓度随着NO₃^--N的减少迅速降低，120~140 min内PO₄^3--P的去除率达到80%。A组和B组的缺氧吸磷速率拟合方程为：y=0.215x+38.64和y=0.178x+44.98，R²分别为0.958 8和0.967 4。小试结果表明，从厌氧释磷量和缺氧吸磷量、吸磷速率角度分析，A组的除磷效果更为高效。

不同恢复方式下SVI和MLSS的变化见图 8。

由图 8可知，A组和B组运行初期，SVI分别为241 mL/g和243 mL/g，表明搁置污泥的沉淀性能较差。这是因为污泥在长达2个月的搁置期内，未添加微生物代谢所需的营养物质，导致微生物内部合成的糖原和蛋白质等物质被消耗，造成大量微生物解体甚至死亡，细胞容重降低，沉淀性能变差。A组比B组厌氧时间长，聚磷菌消耗大量有机物合成PHA，细胞增殖使缺氧段吸磷能力提高，将污水中的PO₄^3--P转化为Poly-P的形式储存于细胞内，此时微生物活性变好、容重增加，污泥沉降性能提高，SVI逐渐降低到97 mL/g左右。

为了保证每个格室的处理效果，调整污泥回流比为100%，使得10个格室的MLSS相近，试验以整个A²/O系统平均MLSS为研究对象。初始的MLSS均在2 750 mg/L左右，A组中MLSS在第7天达到了最高的3 100 mg/L，第13天后稳定在3 000 mg/L左右；B组中MLSS则在第10天降低至2 655 mg/L，第20天增加稳定至2 820 mg/L左右。分析原因，A组中厌氧段合成了大量的PHA，可供微生物生长和繁殖，因此MLSS在7 d内升高了350 mg/L。第7~13天由于排泥造成大多数老化死亡的微生物被排出系统，导致MLSS降低。B组由于厌氧段合成的内碳源不足，微生物增殖速率较慢，加之排泥的原因使MLSS在第1~10天降低，11 d后随着聚磷菌等生物量和活性的恢复，MLSS逐渐提高，最终稳定在2 800 mg/L左右。张肖静等^〔17〕发现，在污泥活性恢复期间，污泥逐渐从灰黑色转变成黄棕色，由于饥饿期缺乏碳源，微生物体内大量储存的糖原被降解供细胞呼吸，因此MLSS会因部分老化死亡微生物的排出而降低，随着进水有机物被微生物利用，MLSS逐渐升高并趋于稳定。

（1）当V_厌氧∶V_缺氧∶V_好氧分别为3∶5∶2和1∶3∶1时，对搁置2个月污泥的COD和NH₄⁺-N去除性能恢复影响较小，二者均可实现快速恢复。

（2）V_厌氧∶V_缺氧∶V_好氧为3∶5∶2时更有利于TN和PO₄^3--P去除性能的快速恢复。在第7天和第4天时，出水TN和PO₄^3--P分别达到了14.2 mg/L和0.42 mg/L，TN和PO₄^3--P去除率分别为80.47%和92.02%。且V_厌氧∶V_缺氧∶V_好氧为3∶5∶2时更有利于反硝化除磷的进行，其运行稳定后的平均厌氧释磷质量浓度和缺氧吸磷质量浓度分别达到27.6 mg/L和34.5 mg/L，且吸磷速率更快。

（3）2种恢复方式对MLSS的影响不大，稳定运行后MLSS均可达到2 800~3 000 mg/L，但3∶5∶2的恢复方式更有利于SVI的恢复，稳定运行后的SVI为95~100 mL/g。