污水生物脫氮除磷的基本原理

1.污水生物脫氮除磷的基本原理

在好氧條件下通過硝化反應(yīng)先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過缺氧條件下的反硝化反應(yīng)將硝酸鹽異化還原成氣態(tài)氮從水中去除。由此而發(fā)展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)和好氧區(qū)分開，形成分級硝化反硝化工藝，以便硝化與反硝化能夠獨立進(jìn)行。

污水生物除磷是通過厭氧段和好氧段得交替操作，利用活性污泥的超量吸磷特性，使細(xì)胞含磷量相當(dāng)高的細(xì)菌群體能夠在處理系統(tǒng)的基質(zhì)競爭中取得優(yōu)勢，剩余污泥的含磷量達(dá)到3%-7%，進(jìn)入剩余污泥的總磷量增大，處理出水的磷濃度明顯降低。

2.生物脫氮除磷工藝的比較

2.1 AAO工藝

傳統(tǒng)的AAO工藝流程是：污水首*入?yún)捬醭兀嫘詤捬蹙鷮⑺械囊捉到庥袡C物轉(zhuǎn)化成VFAS1回流污泥帶入的聚磷菌將體內(nèi)的聚磷菌分解，此為釋磷，所釋放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厭氧的環(huán)境下維持生存，另一部分共聚磷菌主動吸收VFAS，并在體內(nèi)儲存PHB。進(jìn)入缺氧區(qū)，反消化細(xì)菌就利用混合液回流帶入硝酸鹽及進(jìn)水中的有機物進(jìn)行反消化脫氮，接著進(jìn)入好氧區(qū)，聚磷菌除了吸收利用污水中殘留的易降解BOD外，主要分解體內(nèi)儲存的PHB產(chǎn)生的能量供自身生長繁殖。后，混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液作為處理水釋放，沉淀污泥的一部分回流厭氧池，另一部分作為剩余污泥排放。

              N2    混合液回流

               ↑ ↓

進(jìn)水→厭氧池→缺氧池→好氧（硝化）池→沉淀池→出水

    ↑                                   ↓    剩余污泥

                 AOO工藝流程圖

該工藝簡潔，污泥在厭氧、缺氧、好氧環(huán)境中交替運行，絲狀菌不能大量繁殖，污泥沉降性能好。該處理系統(tǒng)出水中磷濃度科達(dá)到1 mg/L以下，氨氮也可達(dá)到8 mg/L以下。

該法需要注意的問題是，進(jìn)入沉淀次得混合液通常要保持一定的溶解氧濃度，以防止沉淀池中反消化和污泥厭氧釋磷，但這會導(dǎo)致回流污泥和回流混合液中存在一定的溶解氧回流污泥存在的硝酸鹽對厭氧釋磷過程也存在一定的影響，同時，系統(tǒng)所排放的剩余污泥中。僅有的一部分污泥是經(jīng)歷了完整的厭氧和好氧的過程，影響了污泥的充分吸磷。系統(tǒng)污泥泥齡因為兼顧硝化菌的生長而不可能太短，導(dǎo)致除磷效果難以進(jìn)一步提高。

2.2改良Bardenpho工藝

Barnard公益在缺氧池之前增設(shè)了一個厭氧池，保證了磷的釋放，從而保證了聚磷菌好氧條件下有更強的吸收磷的功能，提高了除磷效率。該工藝進(jìn)水和回流污泥在厭氧池混合接觸，從而促進(jìn)發(fā)酵作用和磷釋放的進(jìn)行。[2]該工藝的缺點是污泥回流攜帶的硝酸鹽回到厭氧池會對除磷有明顯的不利影響。且受水質(zhì)影響較大，對于不同的污水除磷效果不穩(wěn)定。該工藝的意義在于*把生物脫氮和除磷2種功能結(jié)合于1個系統(tǒng)，由此開創(chuàng)了生物同時脫氮除磷工藝研究的新時代。

                   N2    混合液回流                      

                   ↑                        N2 

進(jìn)水→厭氧池→*缺氧池→*好氧池→第二缺氧池→第二好氧池→沉淀池→出水

 ↑                                                             ↓  剩余污泥   

                                  污泥回流

                           Bardenpho工藝流程

2.3 UCT及改良UCT工藝

UCT工藝 University of Capetown，UCT是南非開普敦大學(xué)開發(fā)類似于A2/O工藝的一種脫氮除磷工藝。

UCT工藝與A2/O工藝不同之處在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厭氧池，這樣可以防止由于硝酸鹽氮進(jìn)入?yún)捬醭兀茐膮捬醭氐膮捬鯛顟B(tài)而影響系統(tǒng)的除磷率。增加了從缺氧池到厭氧池的混合液回流，由缺氧池向厭氧池回流的混合液中含有較多的溶解性BOD，而硝酸鹽很少，為厭氧段內(nèi)所進(jìn)行的有機物水解反應(yīng)提供了條件。在實際運行過程中，當(dāng)進(jìn)水中總凱氏氮TKN與COD的比值高時，需要降低混合液的回流比以防止NO3-進(jìn)入?yún)捬醭亍５侨绻亓鞅忍。瑫黾尤毖醴磻?yīng)池的實際停留時間，而實驗觀測證明，如果缺氧反應(yīng)池的實際停留時間超過1h，在某些單元中污泥的沉降性能會惡化。

SBR工藝

傳統(tǒng)的脫氮理論認(rèn)為，硝化與反硝化反應(yīng)不能同時發(fā)生，硝化反應(yīng)在好氧條件下進(jìn)行，而反硝化反應(yīng)在缺氧條件下完成，SBR工藝的序批式運行為這樣的反應(yīng)條件創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

SBR脫氮除磷工藝流程

靜止進(jìn)水可以使進(jìn)水階段結(jié)束后反應(yīng)器中形成較高的基質(zhì)濃度梯度，節(jié)省能耗；攪拌進(jìn)水可以使反應(yīng)器保持厭氧狀態(tài)，保證磷的釋放；[5]曝氣后的反應(yīng)混合可以進(jìn)行反硝化反應(yīng)；隨后的曝氣可以吹脫污泥釋放的氮氣，保證沉淀效果，避免磷過早釋放；為了防止沉淀階段發(fā)生磷的提前釋放問題，讓排泥和沉淀同時進(jìn)行。

一般認(rèn)為，要達(dá)到良好的脫氮除磷效果，廢水的COD與總氮的質(zhì)量比值應(yīng)大于9。Ruya等人對SBR工藝的研究證明，廢水中的總COD值并不是可以反映污水脫氮除磷所需碳源的有效參數(shù)，而COD中的易生物降解部分才是可以評價系統(tǒng)功能的主要參數(shù)。Tam[7]等人的研究認(rèn)為，當(dāng)進(jìn)水的有機基質(zhì)主要為易生物降解的組分時，反硝化和生物釋磷可以同時發(fā)生，然而當(dāng)難生物降解組分為主時，生物釋磷是在反硝化之后發(fā)生的。

因為系統(tǒng)中的硝酸鹽氮對EBPR有不利影響，所以初的研究認(rèn)為，能發(fā)生EBPR反應(yīng)的細(xì)菌不能夠進(jìn)行反硝化反應(yīng)，但是現(xiàn)在有很多研究表明，聚磷菌中至少有一部分能夠在缺氧條件下利用硝酸鹽為氧供體進(jìn)行吸磷而發(fā)生反硝化反應(yīng)[8]，所以好氧段只需進(jìn)行到硝化階段即可，反硝化及吸磷可以在后續(xù)的兼性階段完成。這種情況下，可以節(jié)省能耗和避免厭氧段反硝化菌對碳源的競爭，污泥產(chǎn)量和SVI值都會減小[9]，但是缺氧條件下的吸磷速率較為緩慢。

SBR藝是一種高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、適合中小水量污水處理的工藝，符合我國的國情；工藝對于污水中氮、磷的去除，有其獨到的優(yōu)勢，所以SBR工藝及其新工藝在我國有著廣闊的應(yīng)用前景。

生物脫氮除磷技術(shù)的發(fā)展前景趨勢

污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格是目前世界各國的普遍發(fā)展趨勢，以控制水體富營養(yǎng)化為目的的氮、磷脫除技術(shù)開發(fā)已經(jīng)成為世界各國主要的奮斗目標(biāo)。我國對生物脫氮除磷技術(shù)的研究起步較晚，投入的資金也非常有限，研究水平仍處于發(fā)展階段。目前在生物脫氮除磷技術(shù)基礎(chǔ)理論沒有重大革新之前，充分利用現(xiàn)有的工藝組合，開發(fā)技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)高效且符合國情的工藝應(yīng)是今后我國脫氮除磷工藝發(fā)展的主要方向，主體現(xiàn)在：

1.開展對生物脫氮除磷更深入的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)，優(yōu)化生物脫氮除磷組合工藝，開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的小型h化、商品化脫氮除磷組合工藝。

2.發(fā)展可持續(xù)污水處理工藝，朝著節(jié)約碳源、降低CO2釋放、減少剩余污泥排放,以及實現(xiàn)氮磷回收和處理水回用等方向發(fā)展。