第二章生物除磷

1、第二章生物除磷2.1生物除磷微生物種類及生理生化特點(diǎn)微生物種類廢水生物除磷系統(tǒng)中，通常存在著具有不同功能的三類微生物，即具磷菌、發(fā)酵產(chǎn)酸菌和養(yǎng)樣好樣菌。其中養(yǎng)樣好養(yǎng)菌屬于非聚磷菌，對(duì)生物除磷所做貢獻(xiàn)不大，聚磷菌和發(fā)酵產(chǎn)酸菌具有密切的關(guān)系。生理生化特點(diǎn)2.2.生物除磷微生物原理及反應(yīng)方程式原理：污水中除磷的本質(zhì)是通過(guò)聚磷菌過(guò)量的超出其生理需要的攝取廢水中的磷，以聚磷酸鹽的形式聚集于胞內(nèi)，形成高磷污泥作為剩余污泥排除從而達(dá)到從廢水中除磷的效果所謂生物除磷, 是利用聚磷菌一類的微生物, 在厭氧條件下釋放磷。而在好氧條件下, 能夠過(guò)量地從外部環(huán)境攝取磷, 在數(shù)量上超過(guò)其生理需要, 并將磷以聚合的形態(tài)儲(chǔ)

2、藏在菌體內(nèi), 形成高磷污泥排出系統(tǒng), 達(dá)到從污水中除磷的效果。生物除磷過(guò)程可分為3 個(gè)階段,即細(xì)菌的壓抑放磷、過(guò)渡積累和奢量吸收。首先將活性污泥處于短時(shí)間的厭氧狀態(tài)時(shí),儲(chǔ)磷菌把儲(chǔ)存的聚磷酸鹽進(jìn)行分解,提供能量,并大量吸收污水中的BOD、釋放磷( 聚磷酸鹽水解為正磷酸鹽) ,使污水中BOD 下降,磷含量升高。然后在好氧階段,微生物利用被氧化分解所獲得的能量,大量吸收在厭氧階段釋放的磷和原污水中的磷,完成磷的過(guò)渡積累和最后的奢量吸收,在細(xì)胞體內(nèi)合成聚磷酸鹽而儲(chǔ)存起來(lái),從而達(dá)到去除BOD 和磷的目的。反應(yīng)方程式如下:( 1) 聚磷菌攝取磷:ADP+H3PO4+能量ATP+H2O( 2) 聚磷菌的放磷

3、:ATP+H2OADP+H3PO4+能量反應(yīng)方程式：2.3生物除磷的影響因素及條件影響因素：1）溶解氧在聚磷菌放磷的厭氧反應(yīng)器內(nèi)對(duì)污泥的放磷不利;2 ）氮源的濃度和種類氮源的濃度是影響生物除磷效果的一個(gè)重要因素，有機(jī)物濃度提高后誘發(fā)了反硝化作用，并迅速耗去了硝酸鹽故有機(jī)物濃度越高，污泥放磷越早，越快。其次，碳源可為反膠產(chǎn)酸菌提供足夠的養(yǎng)料，從而為聚磷菌提供放磷所需的溶解性基質(zhì)。使出水的磷濃度小于1MG/g,，進(jìn)水總BOD與總磷之比在2330.至少要高于15，才能使泥齡較短的除磷系統(tǒng)出水磷較低。混合碳源或污水中的有機(jī)基質(zhì)對(duì)厭氧放磷的影響情況較為復(fù)雜，大分子有機(jī)物必須先在發(fā)酵產(chǎn)酸堿的作用下轉(zhuǎn)化為小

4、分子的發(fā)酵產(chǎn)物后，才能被聚磷酸吸收并誘導(dǎo)利用的基質(zhì)，其誘導(dǎo)放磷的速度取決于非聚磷菌對(duì)他們的轉(zhuǎn)化效率。3 ）污泥齡生物除磷主要是通過(guò)排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少對(duì)脫磷效果有巨大的影響，剩余污泥量較多，可取得較高的除磷效果，污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%，而當(dāng)污泥齡將至5d時(shí)，除磷率高達(dá)87%4） 溫度與PH值在5-30攝氏度的范圍內(nèi)，都可以取得較好的除磷效果，生物除磷系統(tǒng)最適宜的PH范圍為中性或弱堿性，大致為6-8； 生活污水的PH范圍內(nèi)，對(duì)PH不適合的工業(yè)廢水，處理前必須先行調(diào)節(jié)。5）負(fù)荷較高的負(fù)荷可取得較好的除磷效果，進(jìn)行生物除磷的底限是BOD/

5、TP=20，有機(jī)基質(zhì)不同對(duì)除磷也有影響，一般低分子易降解的有機(jī)物誘導(dǎo)磷釋放的能力較強(qiáng)，高分子難降解的有機(jī)物誘導(dǎo)林釋放的能力較弱。磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大6） 硝酸氮和亞硝酸氮硝酸氮和亞硝酸氮的存在會(huì)抑制細(xì)菌對(duì)磷的釋放，從而影響在好養(yǎng)條件下的吸收，-N濃度應(yīng)小于2mg/g。但當(dāng)COD/TKN>10時(shí)，-N對(duì)生物除磷的影響減弱2.4生物除磷的工藝類型： 包括A/O工藝，/O工藝，phostrip工藝，bardenpho工藝，UCT工藝，phoredox工藝，AP工藝和VIP工藝常見的有：A/O除磷工藝 1)該工藝主要通過(guò)排除富含磷的剩余污泥達(dá)到除磷的目的，2)其主要特點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單

6、，不需投藥，運(yùn)行費(fèi)和建設(shè)費(fèi)少，缺點(diǎn)是除磷效率低，去除率為75左右，當(dāng)P/BOD值較高時(shí)，難以到達(dá)排放要求。3)工藝流程：使微生物順次厭氧和好養(yǎng)交替循環(huán)流動(dòng)的方法，在進(jìn)水端，進(jìn)水與回流污泥混合，進(jìn)入一個(gè)推流式厭氧接觸區(qū)，厭氧區(qū)內(nèi)設(shè)有混合器，緩慢攪拌使污泥保持不沉，有時(shí)厭氧 區(qū)還被分為幾個(gè)室。厭氧區(qū)是曝氣的后區(qū)，最后進(jìn)入沉淀池，使泥水分離.如圖：4）特點(diǎn)速率高；水利停留時(shí)間短，在典型設(shè)計(jì)的厭氧區(qū)，停留時(shí)間為0.5-1小時(shí)，好氧區(qū)為1-3小時(shí)；系統(tǒng)泥齡短，因此系統(tǒng)往往達(dá)不到消化，回流污泥中不會(huì)攜帶硝酸根到達(dá)厭氧區(qū)。5）設(shè)計(jì)要求1）.在厭氧池中嚴(yán)格控制厭氧條件，使其既無(wú)分子態(tài)也無(wú)硝酸根等化合態(tài)氧。好養(yǎng)

7、池中，要保證DO不低于2mg/l保持好養(yǎng)狀態(tài)，2.)污水中的BOD5/TP比值應(yīng)大于20-303).污水中的COD/TKN>=10，否則NO3-N濃度必須小于2mg/l4)泥齡短一般3.5-7天.5.)水溫在5-31攝氏度之間6).PH=6-87).BOD污泥負(fù)荷>>0.1KG2.4.2. 弗斯特里普除磷工藝1）該工藝不但可通過(guò)排除含磷的剩余污泥達(dá)到除磷的目的，還可利用活性污泥在厭氧池中將磷釋放于上清液中，通過(guò)去除上清液中的磷而達(dá)到除磷的目的，上清液中的磷可通過(guò)化學(xué)除磷方法去除。2）缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，需投加藥劑，運(yùn)行費(fèi)和建設(shè)費(fèi)較高2.4.3 phostrip工藝1）該工藝是一種

8、生物作用與化學(xué)沉淀相結(jié)合的除磷工藝2）原理：活性污泥混合液中的微生物在曝氣池中攝取磷后，在二沉池內(nèi)沉淀分離，一部分沉淀污泥直接回到曝氣池，另一部分則進(jìn)入在厭氧狀態(tài)下進(jìn)行的解析池使除磷菌進(jìn)行磷釋放，多余的污泥作為剩余污泥排走，該工藝主流部分為常規(guī)活性污泥法曝氣池，是單純除磷不能去氮的廢水處理工藝。工藝流程圖：2.4.4VIP除磷工藝1）本工藝是由美國(guó)RANDALL教授為首的科研組提出的生物除磷工藝，2）特點(diǎn)：泥齡短，負(fù)荷高，運(yùn)行速率較高，污泥中活性生物的比例增加，除磷效率較高工藝流程圖：2.4.5改良型UCT除磷工藝1）原理（特點(diǎn)）：缺氧區(qū)被分成兩個(gè)，缺氧區(qū)一：只接受二沉池的回流污泥，并由混合液

9、回流至厭氧區(qū)，因此對(duì)缺氧一只要求減少經(jīng)回流污泥攜帶而來(lái)的硝酸根數(shù)量，缺氧區(qū)二：接受來(lái)至好氧區(qū)的混合液的回流，其內(nèi)進(jìn)行反消化。工藝流程圖：附加內(nèi)容脫氮除磷工藝4.1AB法【2】AB法污水處理工藝是一種新型兩段生物處理工藝，是吸附生物降解法的簡(jiǎn)稱。該工藝將高負(fù)荷法和兩段活性污泥法充分結(jié)合起來(lái)，不設(shè)初沉池，A、B兩段嚴(yán)格分開，形成各自的特征菌群，這樣既充分利用了上述兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了兩者的缺點(diǎn)。所以AB法工藝具有較傳統(tǒng)活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。但AB法工藝不具備深度脫氮除磷的條件，對(duì)氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，容易引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化。AB法工藝

10、對(duì)氮、磷的去除以A段的吸附去除為主。污水中的部分有機(jī)氮和磷以不溶解態(tài)存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通過(guò)沉淀轉(zhuǎn)移到固相中，同時(shí)生物同化也可以去除一部分以溶解態(tài)存在的氮和磷。剩余的磷進(jìn)入B段用于B段的微生物的合成而得到進(jìn)一步去除。這樣AB法工藝整體顯示出了比傳統(tǒng)活性污泥法高的氮、磷的去除效果。但是AB法由于自身組成上的特點(diǎn)，決定了其對(duì)氮、磷的去除量是有限的。4.2 A²/O 工藝【3】4.21 傳統(tǒng)A²/O 法A²/O 是20世紀(jì)70年代在厭氧- 缺氧工藝上開發(fā)出來(lái)的同步除磷脫氮工藝,傳統(tǒng)A²/O 法即厭氧缺氧好氧活性污泥法。污水在流經(jīng)三個(gè)不同功能分區(qū)的過(guò)

11、程中,在不同微生物菌群作用下,使污水中的有機(jī)物、氮和磷得到去除。其流程簡(jiǎn)圖見圖1。原污水的碳源物質(zhì)(BOD)首先進(jìn)入?yún)捬醭鼐哿拙鷥?yōu)先利用污水中易生物降解有機(jī)物成為優(yōu)勢(shì)菌種,為除磷創(chuàng)造了條件,然后污水進(jìn)入缺氧池,反硝化菌利用其它可利用的碳源將回流到缺氧池的硝態(tài)氮還原成氮?dú)馀湃氲酱髿庵? 達(dá)到脫氮的目的。4.22 改良型A²/O 法為了克服傳統(tǒng)A²/O 工藝的一個(gè)缺點(diǎn),即由于厭氧區(qū)居前, 回流污泥中的硝酸鹽對(duì)厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響,改良A /O工藝在厭氧池之前增設(shè)厭氧/ 缺氧調(diào)節(jié)池, 來(lái)自二沉池的回流污泥10%左右的進(jìn)水進(jìn)入調(diào)節(jié)池,停留時(shí)間2030min,微生物利用約10%進(jìn)水中有

12、機(jī)物去除回流污泥中的硝態(tài)氮,消除硝態(tài)氮對(duì)厭氧池的不利影響,從而保證厭氧池的穩(wěn)定性改良A/O 工藝雖然解決了傳統(tǒng)A/O工藝中厭氧段回流硝酸鹽對(duì)放磷的影響,但增加調(diào)節(jié)池,占地面積及土建費(fèi)用需相應(yīng)增加。4.3氧化溝法【4】氧化溝工藝是20世紀(jì)50年代初期發(fā)展起來(lái)的一種污水處理工藝形式，因其構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于維護(hù)管理，很快得到廣泛應(yīng)用。主要 有Passveer單溝型、Orbal同心圓型、Carrousel循環(huán)折流型、D型雙溝式和型三溝式等。傳統(tǒng)Passveer單溝型和Carrousel型氧化溝不具備脫氮除磷功能，但是在Carrousel氧化溝前增設(shè)厭氧池，在溝體內(nèi)通過(guò)曝氣裝置的合理設(shè)置形成缺氧區(qū)和好氧區(qū)，

13、形成改良型氧化溝，便具備生物脫氮除磷功能。但Carrousel氧化溝缺氧區(qū)要求的充足碳源和缺氧區(qū)條件不能很好的滿足，因此，脫氮除磷效果不是很好。為了提高脫氮效果，在溝內(nèi)增加了一個(gè)預(yù)反硝化區(qū)，就成了Carrouse2000型氧化溝工藝。氧化溝池型具有獨(dú)特之處，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系統(tǒng)，但氧化溝采用機(jī)械表面曝氣，水深不易過(guò)大，充氧動(dòng)力效率低，能耗較高，占地面積較大。4.4SBR 法SBR 法是間歇式活性污泥法，降解有機(jī)物，屬循環(huán)式活性污泥法范圍，主要是好氧活性污泥，回流到反應(yīng)池前部的污泥吸附區(qū)，回流污泥中硝酸鹽得以反硝化在充分條件下可大量吸附進(jìn)水中的有機(jī)物達(dá)到脫氮除磷的效果

14、。其去除機(jī)理如下【5】：a.脫氮是在適當(dāng)條件下進(jìn)行的和自然界中氮循環(huán)過(guò)程相同的過(guò)程，即含氮化合物在氨化菌作用下首先進(jìn)行氨化，然后在硝化菌作用下進(jìn)行硝化，最后經(jīng)反硝化菌進(jìn)行反硝化，將NO3- N、NO2- N還原為N2 進(jìn)入大氣中。b.除磷是利用聚磷菌能過(guò)量地從外部攝取磷并以聚合物形式貯藏于菌體內(nèi)形成高磷污泥，從而通過(guò)定期除泥而去除磷。SBR工藝在去除有機(jī)物的同時(shí)，可以完成脫氮除磷。從常規(guī)測(cè)定數(shù)據(jù)可以得到很好的證實(shí)，只要掌握合理的SBR 運(yùn)行參數(shù)，就會(huì)收到更理想的脫氮除磷效果。4.5CAST 工藝(循環(huán)活性污泥法) 【6】CAST( Cyclic Activated SludgeTechnolo

15、gy) 工藝實(shí)質(zhì)上是可變?nèi)莘e活性污泥法過(guò)程和生物選擇器原理的有機(jī)結(jié)合, 整個(gè)工藝為一間歇式反應(yīng)器, 主反應(yīng)器前端有一個(gè)生物選擇器, 在主反應(yīng)器中活性污泥法過(guò)程按曝氣和非曝氣階段不斷重復(fù). 將生物反應(yīng)過(guò)程和泥水分離過(guò)程結(jié)合在一個(gè)池子中進(jìn)行. CA ST 方法是一種“充水和排水”活性污泥法系統(tǒng), 廢水按一定的周期和階段得到處理,是SBR(Sequencing BatchReactor)工藝的一種變型.4.6OCO 工藝【7】OCO 工藝見圖2，它是由丹麥PuritekA/S 公司經(jīng)過(guò)多年研究與實(shí)踐推出的，它實(shí)際上是集BOD、N、P 去除于一池的活性污泥法。原水經(jīng)過(guò)格柵、沉砂池的物理處理后，進(jìn)入OC

16、O 反應(yīng)池的1 區(qū)，在厭氧區(qū)污水與活性污泥混合，混合液流入缺氧區(qū)2，并在缺氧區(qū)和好氧區(qū)3之間循環(huán)一定時(shí)間后流入沉淀池，澄清液排入處理廠出口，污泥一部分回流到OCO反應(yīng)池，另外一部分作為剩余污泥予以處理。OCO工藝的特點(diǎn)在于：集厭氧缺氧好氧環(huán)境于一池，占地少，土建投資低；利用水解作用和反硝化作用，降解有機(jī)物時(shí)對(duì)充氧量要求低，使運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用降低；污泥濃度高，有機(jī)負(fù)荷低，污泥絮凝沉降好，且沉降污泥穩(wěn)定，剩余污泥少。圖2 OCO 工藝流程圖4.7Dephanox 工藝Dephanox 脫氮除磷工藝(圖3) Kuba 等人提出的,它具有硝化和反硝化除磷兩套污泥系統(tǒng)(一套是完成硝化的生物膜系統(tǒng),另一套是懸浮生長(zhǎng)的反硝化脫氮除磷污泥系統(tǒng)),將不同的微生物種群控制在各自最佳的泥齡條件下。此工藝滿足了兼性厭氧