污水生物脫氮除磷新工藝研究

1、污水生物脫氮除磷新工藝研究 隨著經(jīng)濟的迅速進展,環(huán)境污染問題越來越突出,特殊是含氮、磷等植物養(yǎng)分型污染物的超標(biāo)排放,導(dǎo)致水體富養(yǎng)分化問題日益嚴(yán)峻。而常規(guī)活性污泥工藝對總氮、總磷的去除率僅在10%30%之間,遠不能達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)1。因此,研究開辟高效、經(jīng)濟的生物脫氮除磷工藝已成為當(dāng)前水污染控制領(lǐng)域的研究重點和熱點。最近的一些研究表明,生物的脫氮除磷過程消失了一些超出人們傳統(tǒng)認識的新發(fā)覺,如某些異養(yǎng)菌也可以參加硝化作用;某些微生物在好氧條件下也可以舉行反硝化作用。這些現(xiàn)象的發(fā)覺以及各個不同工藝之間的組合,都為設(shè)計處理工藝供應(yīng)了新的理論和思路。 1傳統(tǒng)的生物脫氮除磷技術(shù) 1.1原理 1.1.1生物

2、脫氮機理 生物脫氮理論認為生物脫氮主要包括硝化和反硝化2個生化過程,并由有機氮氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用來完成。 氨化作用即水中的有機氮化合物在氨化細菌分解作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。一般氨化過程與微生物去除有機物同時舉行,氨化作用舉行得很快,有機物去除結(jié)束時,氨化過程也已完成,故無需實行特別的措施。 硝化作用即在供氧充沛的條件下,水中的氨氮首先在亞硝化細菌的作用下被氧化成亞硝酸氮,然后再在硝化細菌的作用下進一步氧化成硝酸氮。因為亞硝化細菌和硝化細菌的生長速率低,所以要求較長的污泥齡。 反應(yīng)方程式如下: (1)氨化反應(yīng): RCHNH2COOH+O2NH3+CO2+RCOOH (2)硝化反應(yīng) N

3、H4+1.5O2NO2-+H2O+2H+NO2-+1.5O2NO3- 硝化反應(yīng)總反應(yīng)式為: NH4+2O2NO3-+H2O+2H+ (3)反硝化反應(yīng) NO3-+2H(電子供體有機物)NO2-+H2O NO2-+2H(電子供體有機物)0.5 N2+2H2O+OH- 硝化菌(亞硝酸菌、硝酸菌)為化能自養(yǎng)菌,所需的生長環(huán)境溫度為2030。反硝化菌為異養(yǎng)型兼性厭氧菌,其生長環(huán)境要求DO0.5mg/L。 1.1.2生物除磷機理 污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物來完成:在好氧條件下,聚磷菌不斷攝取并氧化分解有機物,產(chǎn)生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成,一部分則使ADP與H3PO4結(jié)合,轉(zhuǎn)化為ATP而

4、儲存起來。細菌以聚磷(一種高能無機化合物)的形式在細胞中儲存磷,其能量可以超過生長所需,這一過程稱為聚磷菌磷的攝取。污水處理過程中,通過從系統(tǒng)中排解高磷污泥以達到去除磷的目的3。 在厭氧和無氮氧化物存在的條件下,聚磷菌體內(nèi)的ATP舉行水解,放出H3PO4和能量,形成ADP。這一過程為聚磷菌磷的釋放。 1.2傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝 幾種典型的脫氮除磷工藝: 生物除磷:A/O,A2/O、Bardenpho、UCT、Phoredox、AP等除磷工藝。 生物脫氮:A/O、A2/O、Bardnpho、UCT、Phoredox、改進的AB、TETRA深床脫氮、SBR、2000型氧化溝等脫氮工藝4。 1.2.1

5、A2/O工藝 此工藝中,厭氧池舉行磷的釋放和氨化,缺氧池舉行反硝化脫氮,好氧池用來去除BOD、吸收磷以及硝化。A2/O工藝是較早用來脫氮除磷的方法,但是它的脫氮除磷效果難于進一步提高。工藝流程見圖1。 1.2.2phoredox工藝 在此工藝中,厭氧池可以保證磷的釋放,從而保證在好氧條件下有更強的吸磷能力,提高除磷效果。因為有兩極A2/O工藝串聯(lián)組合,脫磷效果好,則回流污泥中挾帶的硝酸鹽很少,對除磷效果影響較少,但該工藝流程較復(fù)雜。工藝流程見圖2。 1.2.3UCT工藝 此工藝是對上述工藝的改進,將沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厭氧池,避開回流污泥中的硝酸鹽對除磷效果的影響,增強了缺氧池到

6、厭氧池的混合液回流,以彌補厭氧池中污泥的流失,強化除磷效果。工藝流程見圖3。 上述工藝都是研究者們按照厭氧、缺氧、好氧等池子的羅列數(shù)量及混合液循環(huán)和回流方式的變化開辟出的一系列工藝。此外,還有通過對曝氣供氧的控制,在空間和時光上形成厭氧與缺氧環(huán)境的SBR(序批間歇式活性污泥法)工藝和氧化溝工藝。這些工藝中存在多種問題,制約了工藝的高效性和穩(wěn)定性。 1.3傳統(tǒng)工藝中存在的問題 1.3.1微生物的混合培養(yǎng) 傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝一般都采用單一污泥懸浮生長系統(tǒng),在該系統(tǒng)中有多種差別較大的微生物,不同功能的微生物對養(yǎng)分物質(zhì)和生長條件的要求都有很大的不同,要保證全部的微生物都達到最佳生長條件是不行能的,

7、這就使得系統(tǒng)很難達到高效運行。 1.3.2泥齡問題 因為硝化菌的世代期長,為獲得良好的硝化效果,務(wù)必保證系統(tǒng)有較長的泥齡。而聚磷菌世代期較短,且磷的去除是通過排解剩余污泥實現(xiàn)的,所以為了保證良好的除磷效果,系統(tǒng)務(wù)必短泥齡運行。這就使得系統(tǒng)的運行,在脫氮和除磷的泥齡控制上存在沖突。 1.3.3碳源問題 在脫氮除磷系統(tǒng)中,碳源主要消耗在釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌的正常代謝等方面。其中,釋磷和反硝化的反應(yīng)速率與進水碳源中易降解的部分,尤其是揮發(fā)性有機脂肪酸的含量關(guān)系很大。一般說來,城市污水中所含的易降解的有機污染物是有限的,所以在生物脫氮除磷系統(tǒng)中,釋磷和反硝化之間存在著因碳源不足而引發(fā)的競爭性沖突。 1

8、.3.4回流污泥中的硝酸鹽問題 在囫圇系統(tǒng)中,聚磷菌、硝化細菌、反硝化細菌及其它多種微生物共同生長,并參加系統(tǒng)的循環(huán)運行。常規(guī)工藝中,因為厭氧區(qū)在前,回流污泥不行避開地將一部分硝酸鹽帶入該區(qū),一旦聚磷菌與硝酸鹽接觸,就導(dǎo)致聚磷效果下降。這主要是因為反硝化細菌與聚磷菌對底物形成競爭,其脫氮作用造成碳源無法滿意聚磷菌的充分釋磷所致。 2生物脫氮除磷新工藝 2.1反硝化除磷 2.1.1原理 20世紀(jì)70年月末,在對UCT工藝的研究中發(fā)覺,除APB外,還存在一種“兼性厭氧反硝化除磷細菌”DPB(denitrif-yingphosphorusremovingbacteria)還能在缺氧(無O2,存在NO3-)環(huán)境下攝磷。DPB和APB有相像的原理,只是在氧化細胞內(nèi)儲存的PHA時電子受體是NO3-。這可使吸磷和反硝化脫氮這2個不同的生物過程借助同1種細菌在同一個環(huán)境下完成。 因此,反硝化菌和聚磷菌之間可互相交錯,其交錯點是反硝化聚磷菌DPB。由細菌完成的生物脫氮與生物除磷是2個既相對自立又互相