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，對生物除磷所做貢獻不大，聚磷菌和發(fā)酵產酸菌具有密切的關系。生理生化特點2.2.生物除磷微生物原理及反應方程式原理：污水中除磷的本質是通過聚磷菌過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，形成高磷污泥作為剩余污泥排除從而達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, 能夠過量地從外部環(huán)境攝取磷, 在數量上超過其生理需要, 并將磷以聚合的形態(tài)儲

2、藏在菌體內, 形成高磷污泥排出系統(tǒng), 達到從污水中除磷的效果。生物除磷過程可分為3 個階段,即細菌的壓抑放磷、過渡積累和奢量吸收。首先將活性污泥處于短時間的厭氧狀態(tài)時,儲磷菌把儲存的聚磷酸鹽進行分解,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,完成磷的過渡積累和最后的奢量吸收,在細胞體內合成聚磷酸鹽而儲存起來,從而達到去除BOD 和磷的目的。反應方程式如下:( 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器內對污泥的放磷不利;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重要因素，有機物濃度提高后誘發(fā)了反硝化作用，并迅速耗去了硝酸鹽故有機物濃度越高，污泥放磷越早，越快。其次，碳源可為反膠產酸菌提供足夠的養(yǎng)料，從而為聚磷菌提供放磷所需的溶解性基質。使出水的磷濃度小于1MG/g,，進水總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基質對厭氧放磷的影響情況較為復雜，大分子有機物必須先在發(fā)酵產酸堿的作用下轉化為小

4、分子的發(fā)酵產物后，才能被聚磷酸吸收并誘導利用的基質，其誘導放磷的速度取決于非聚磷菌對他們的轉化效率。3 ）污泥齡生物除磷主要是通過排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少對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%，而當污泥齡將至5d時，除磷率高達87%4） 溫度與PH值在5-30攝氏度的范圍內，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，對PH不適合的工業(yè)廢水，處理前必須先行調節(jié)。5）負荷較高的負荷可取得較好的除磷效果，進行生物除磷的底限是BOD/

5、TP=20，有機基質不同對除磷也有影響，一般低分子易降解的有機物誘導磷釋放的能力較強，高分子難降解的有機物誘導林釋放的能力較弱。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抑制細菌對磷的釋放，從而影響在好養(yǎng)條件下的吸收，-N濃度應小于2mg/g。但當COD/TKN>10時，-N對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)該工藝主要通過排除富含磷的剩余污泥達到除磷的目的，2)其主要特點是工藝流程簡單

6、，不需投藥，運行費和建設費少，缺點是除磷效率低，去除率為75左右，當P/BOD值較高時，難以到達排放要求。3)工藝流程：使微生物順次厭氧和好養(yǎng)交替循環(huán)流動的方法，在進水端，進水與回流污泥混合，進入一個推流式厭氧接觸區(qū)，厭氧區(qū)內設有混合器，緩慢攪拌使污泥保持不沉，有時厭氧 區(qū)還被分為幾個室。厭氧區(qū)是曝氣的后區(qū)，最后進入沉淀池，使泥水分離.如圖：4）特點速率高；水利停留時間短，在典型設計的厭氧區(qū)，停留時間為0.5-1小時，好氧區(qū)為1-3小時；系統(tǒng)泥齡短，因此系統(tǒng)往往達不到消化，回流污泥中不會攜帶硝酸根到達厭氧區(qū)。5）設計要求1）.在厭氧池中嚴格控制厭氧條件，使其既無分子態(tài)也無硝酸根等化合態(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污泥負荷>>0.1KG2.4.2. 弗斯特里普除磷工藝1）該工藝不但可通過排除含磷的剩余污泥達到除磷的目的，還可利用活性污泥在厭氧池中將磷釋放于上清液中，通過去除上清液中的磷而達到除磷的目的，上清液中的磷可通過化學除磷方法去除。2）缺點是工藝復雜，需投加藥劑，運行費和建設費較高2.4.3 phostrip工藝1）該工藝是一種

8、生物作用與化學沉淀相結合的除磷工藝2）原理：活性污泥混合液中的微生物在曝氣池中攝取磷后，在二沉池內沉淀分離，一部分沉淀污泥直接回到曝氣池，另一部分則進入在厭氧狀態(tài)下進行的解析池使除磷菌進行磷釋放，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RANDALL教授為首的科研組提出的生物除磷工藝，2）特點：泥齡短，負荷高，運行速率較高，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）：缺氧區(qū)被分成兩個，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)，因此對缺氧一只要求減少經回流污泥攜帶而來的硝酸根數量，缺氧區(qū)二：接受來至好氧區(qū)的混合液的回流，其內進行反消化。工藝流程圖：附加內容脫氮除磷工藝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稱。該工藝將高負荷法和兩段活性污泥法充分結合起來，不設初沉池，A、B兩段嚴格分開，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，同時也克服了兩者的缺點。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，對氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的營養(yǎng)物質，容易引起水體的富營養(yǎng)化。AB法工藝

10、對氮、磷的去除以A段的吸附去除為主。污水中的部分有機氮和磷以不溶解態(tài)存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通過沉淀轉移到固相中，同時生物同化也可以去除一部分以溶解態(tài)存在的氮和磷。剩余的磷進入B段用于B段的微生物的合成而得到進一步去除。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，決定了其對氮、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70年代在厭氧- 缺氧工藝上開發(fā)出來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。污水在流經三個不同功能分區(qū)的過

11、程中,在不同微生物菌群作用下,使污水中的有機物、氮和磷得到去除。其流程簡圖見圖1。原污水的碳源物質(BOD)首先進入厭氧池聚磷菌優(yōu)先利用污水中易生物降解有機物成為優(yōu)勢菌種,為除磷創(chuàng)造了條件,然后污水進入缺氧池,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)氮還原成氮氣排入到大氣中, 達到脫氮的目的。4.22 改良型A²/O 法為了克服傳統(tǒng)A²/O 工藝的一個缺點,即由于厭氧區(qū)居前, 回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)產生不利影響,改良A /O工藝在厭氧池之前增設厭氧/ 缺氧調節(jié)池, 來自二沉池的回流污泥10%左右的進水進入調節(jié)池,停留時間2030min,微生物利用約10%進水中有

12、機物去除回流污泥中的硝態(tài)氮,消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響,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放磷的影響,但增加調節(jié)池,占地面積及土建費用需相應增加。4.3氧化溝法【4】氧化溝工藝是20世紀50年代初期發(fā)展起來的一種污水處理工藝形式，因其構造簡單、易于維護管理，很快得到廣泛應用。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氧化溝前增設厭氧池，在溝體內通過曝氣裝置的合理設置形成缺氧區(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，在溝內增加了一個預反硝化區(qū)，就成了Carrouse2000型氧化溝工藝。氧化溝池型具有獨特之處，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系統(tǒng)，但氧化溝采用機械表面曝氣，水深不易過大，充氧動力效率低，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水中的有機物達到脫氮除磷的效果

14、。其去除機理如下【5】：a.脫氮是在適當條件下進行的和自然界中氮循環(huán)過程相同的過程，即含氮化合物在氨化菌作用下首先進行氨化，然后在硝化菌作用下進行硝化，最后經反硝化菌進行反硝化，將NO3- N、NO2- N還原為N2 進入大氣中。b.除磷是利用聚磷菌能過量地從外部攝取磷并以聚合物形式貯藏于菌體內形成高磷污泥，從而通過定期除泥而去除磷。SBR工藝在去除有機物的同時，可以完成脫氮除磷。從常規(guī)測定數據可以得到很好的證實，只要掌握合理的SBR 運行參數，就會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) 工藝實質上是可變容積活性污泥法過程和生物選擇器原理的有機結合, 整個工藝為一間歇式反應器, 主反應器前端有一個生物選擇器, 在主反應器中活性污泥法過程按曝氣和非曝氣階段不斷重復. 將生物反應過程和泥水分離過程結合在一個池子中進行. 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 公司經過多年研究與實踐推出的，它實際上是集BOD、N、P 去除于一池的活性污泥法。原水經過格柵、沉砂池的物理處理后，進入OC

16、O 反應池的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反應池，另外一部分作為剩余污泥予以處理。OCO工藝的特點在于：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，降解有機物時對充氧量要求低，使運行維護費用降低；污泥濃度高，有機負荷低，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