生物脱氮除磷工艺中的矛盾
污水处理脱氮除磷工艺矛盾及对策
污水处理脱氮除磷工艺矛盾及对策摘要：污水中的氮磷脱除一般需涉及硝化，反硝化，微生物释磷和吸磷等过程，每个过程的目的不同，对微生物组成、基质类型及环境条件的要求也不同，所以脱氮和除磷存在矛盾，难以同时达到很好的去除效果。
针对这些矛盾产生的原因，提出了一些解决办法。
关键词：脱氮除磷矛盾对策1 生物脱氮除磷工艺污水生物脱氮在好氧条件下通过硝化反应先将氨氮氧化为硝酸盐，再通过缺氧条件下的反硝化反应将硝酸盐异化还原成气态氮从水中去除。
由此生物脱氮工艺大多将缺氧区和好氧区分开，形成分级硝化反硝化工艺。
污水生物除磷是通过厌氧段和好氧段的交替操作，利用活性污泥的超量吸磷特性，使细胞含磷量相当高的细菌群体能够在处理系统的基质竞争中取得优势，剩余污泥的含磷量达到3%-7%，进入剩余污泥的总磷量增大，处理出水的磷浓度明显降低。
生物脱氮除磷工艺有A2/O工艺、SBR生物脱氮除磷工艺、氧化沟生物脱氮除磷等。
2脱氮除磷的内在矛盾2.1碳源的矛盾在城市污水生物脱氮除磷系统中，在释磷和反硝化之间，存在着争夺易生物降解低分子有机物的矛盾，而硝化过程又存在着对碳源的排斥作用，在整个处理系统中，形成了碳源供需不平衡的矛盾关系。
2.2泥龄的矛盾硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾，若泥龄太高，不利于磷的去除；泥龄太低，硝化细菌无法存活，且泥量过大也会影响后续污泥处理。
当两类微生物共用一个污泥回流系统时，整个系统的泥龄就不得不控制在一个很窄的范围。
这种调和虽然使系统具备同时脱氮除磷的效果，却不能使两类微生物发挥各自的优势。
2.3硝酸盐的矛盾硝酸盐的存在是硝化的先决条件，是脱氮的必要中间产物，而在生物除磷工艺中，硝酸盐的去除又是除磷的先决条件。
因此，常规工艺中，由于污泥回流将不可避免的将一部分硝酸盐带入厌氧区，严重影响了聚磷菌的释磷效率，尤其当进水中挥发性有机物较少，污泥负荷较低时，硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。
2.4 溶解氧的矛盾传统的脱氮除磷工艺将厌氧、缺氧、好氧各处理过程同处一个活性污泥系统，而活性污泥絮体对气泡有很强的吸附作用，这样就不可避免将溶解氧(D0)带入缺氧段和厌氧段。
A-A-O生物脱氮除磷工艺的原理、控制及异常分析
A-A-O生物脱氮除磷工艺的原理、控制及异常分析一、A-A-O生物脱氮除磷的原理及过程A-A-O生物脱氮除磷工艺是活性污泥工艺,在进行去除BOD、COD、SS的同时可生物脱氮除磷。
在好氧段,硝化细菌将入流污水中的氨氮及由有机氮氨化成的氨氮,通过生物硝化作用,转化成硝酸盐;在缺氧段,反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用,转化成氮气逸入大气中,从而达到脱氮的目的;在厌氧段,聚磷菌释放磷,并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物;而在好氧段,聚磷菌超量吸收磷,并通过剩余污泥的排放,将磷去除。
以上三类细菌均具有去除BOD5的作用,但BOD5的去除实际上以反硝化细菌为主。
污水进入曝气池以后,随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段的好氧生物分解,BOD5浓度逐渐降低。
在厌氧段,由于聚磷菌释放磷,TP浓度逐渐升高,至缺氧段升至最高。
在缺氧段,一般认为聚磷菌既不吸收磷,也不释放磷,TP保持稳定。
在好氧段,由于聚磷菌的吸收,TP迅速降低。
在厌氧段和缺氧段,NH3-N浓度稳中有降,至好氧段,随着硝化的进行,NH3-N逐渐降低。
在缺氧段,由于内回流带入大量NO3-N,NO3-N瞬间升高,但随着反硝化的进行,NO3-N浓度迅速降低。
在好氧段,随着硝化的进行,NO3-N浓度逐渐升高。
二、A-A-O脱氮除磷系统的工艺参数及控制A-A-O生物脱氮除磷的功能是有机物去除、脱氮、除磷三种功能的综合,因而其工艺参数应同时满足各种功能的要求。
如能有效地脱氮或除磷,一般也能同时高效地去除BOD5。
但除磷和脱氮往往是相互矛盾的,具体体现的某些参数上,使这些参数只能局限在某一狭窄的范围内,这也是A-A-O系统工艺系统控制较复杂的主要原因。
1.F/M和SRT。
完全生物硝化,是高效生物脱氮的前提。
因而,F/M(污泥负荷)越低,SRT(污泥龄)越高。
脱氮效率越高,而生物除磷则要求高F/M低SRT。
A-A-O生物脱氮除磷是运行较灵活的一种工艺,可以以脱氮为重点,也可以以除磷为重点,当然也可以二者兼顾。
城市污水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系及对策
城市污水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系及对策城市污水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系及对策随着城市化的不断发展，城市的污水处理工艺变得越来越重要。
在污水处理中，除磷和脱氮是两个关键环节，对于保护水资源和减少污染具有重要意义。
然而，在城市污水生物除磷脱氮的工艺中，存在着一些矛盾关系，例如除磷效果和脱氮效果之间的冲突，以及能源消耗和环境负荷之间的冲突。
为了解决这些矛盾关系，有一些对策可以被采取。
首先，城市污水生物除磷脱氮中的矛盾关系之一是除磷效果和脱氮效果之间的冲突。
生活污水中的磷含量较高，如果完全除磷，则可能会影响脱氮效果。
这是因为磷除磷工艺中通常使用化学药剂来沉淀磷，但同时也会对脱氮微生物造成抑制。
解决这个矛盾关系的一种策略是采用生物脱氮工艺来达到脱氮效果。
生物除磷装置和生物脱氮装置可以结合在一起，通过合理的调控来平衡除磷效果和脱氮效果。
其次，能源消耗和环境负荷之间存在冲突。
城市污水处理需要消耗大量的能源，例如运行污水处理厂所需的电力和化学药剂等。
然而，这样的能源消耗会增加温室气体的排放，对环境产生负面影响。
为了应对这样的矛盾关系，可以采取一些对策。
例如，可以优化污水处理工艺，减少运行能耗；引入可再生能源，例如太阳能和风能等，来替代传统能源；开展能源回收利用，将废水中的有机物转化为能源等。
此外，城市污水处理还面临着运营成本和技术工艺之间的矛盾关系。
现有的生物除磷脱氮工艺往往需要复杂的设备和高技术水平。
这使得运营成本较高，对于一些资源匮乏的地区来说可能难以承受。
为了解决这个矛盾，可以考虑采用简化的工艺流程、降低设备成本和培训操作人员等方式来降低运营成本。
总的来说，城市污水生物除磷脱氮工艺中存在着一些矛盾关系，并且这些矛盾关系会对污水处理的效果、能源消耗、环境负荷和运营成本等方面产生影响。
为了解决这些矛盾关系，我们可以采取一些对策，例如结合生物除磷装置和生物脱氮装置，优化污水处理工艺，引入可再生能源，开展能源回收利用，降低设备成本和培训操作人员等。
生物脱氮除磷原理及工艺
生物脱氮除磷原理及工艺 1 引言氮和磷是生物的重要营养源,随着化肥、洗涤剂和农药普遍使用,天然水体中氮、磷含量急剧增加,水体中蓝藻、绿藻大量繁殖,水体缺氧并产生毒素,使水质恶化,对水生生物和人体健康产生很大的危害;然而, 我国现有的城市污水处理厂主要集中于有机物的去除,污废水一级处理只是除去水中的沙砾及悬浮固体；在好氧生物处理中,生活污水经生物降解,大部分的可溶性含碳有机物被去除;同时产生N NH -3、N NO --3和-34PO 和-24SO ,其中25%的氮和19%左右的磷被微生物吸收合成细胞,通过排泥得到去除；二级生物处理则是去除水中的可溶性有机物,能有效地降低污水中的5BOD 和SS , 但对N 、P 等营养物只能去除10%～ 20% , 其结果远不能达到二级排放标准;因此研究开发经济、高效的, 适于现有污水处理厂改造的脱氮除磷工艺显得尤为重要;2 生物脱氮除磷机理生物脱氮机理污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上,先利用好氧段经硝化作用,由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用,将氨氮通过反硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮,即,将3NH 转化为N NO --2和N NO --3;在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气,即,将N NO --2经反亚硝化和N NO --3经反硝化还原为氮气,溢出水面释放到大气,参与自然界氮的循环;水中含氮物质大量减少,降低出水的潜在危险性,达到从废水中脱氮的目的1;错误!硝化——短程硝化：O H HNO O NH 22235.1+→+硝化——全程硝化亚硝化+硝化：O H HNO O NH 22235.1+−−−→−+亚硝酸菌错误!反硝化——反硝化脱氮：O H H CO N OH CH CH HNO 2222333][222+++→+ 反硝化——厌氧氨氧化脱氮：O H N HNO NH 22232+→+反硝化——厌氧氨反硫化脱氮：O H S N SO H NH 2242342++→+废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分;主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮;硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮;其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌,以无机碳化合物为碳源,从+4NH 或-2NO 的氧化反应中获取能量;其中硝化的最佳温度在纯培养中为25-35 ℃,在土壤中为30-40 ℃,最佳pH 值偏碱性;反硝化作用是反硝化菌大多数是异养型兼性厌氧菌,DO< mg/L 在缺氧的条件下,以硝酸盐氮为电子受体,以有机物为电子供体进行厌氧呼吸,将硝酸盐氮还原为2N 或-2NO ,同时降解有机物2;生物除磷原理磷在自然界以2 种状态存在：可溶态或颗粒态;所谓的除磷就是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷,达到磷水分离;废水在生物处理中,在厌氧条件下,聚磷菌的生长受到抑制,为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磷酸盐,同时产生利用废水中简单的溶解性有机基质所需的能量,称该过程为磷的释放;进入好氧环境后,活力得到充分恢复,在充分利用基质的同时,从废水中摄取大量溶解态的正磷酸盐,从而完成聚磷的过程;将这些摄取大量磷的微生物从废水中去除,即可达到除磷的目的3;聚磷菌在厌氧条件下,分解体内的多聚磷酸盐产生ATP,利用ATP 以主动运输方式吸收产酸菌提供的三类基质进入细胞内合成PHB;与此同时释放出-34PO 于环境中1; 好氧吸磷过程聚磷菌在好氧条件下,分解机体内的PHB 和外源基质,产生质子驱动力将体外的-34PO 输送到体内合成ATP 和核酸,将过剩的 -34PO 聚合成细胞贮存物：多聚磷酸盐异染颗粒; 3 生物脱氮除磷工艺从生物脱氮除磷的机理分析来看,生物脱氮除磷工艺基本上包括厌氧、缺氧、好氧3 种状态,这3个不同的工作状态可以在空间上进行分离,也可以在时间上进行分离;近年来,随着对生物脱氮除磷的机理研究不断深入,以及各种新材料、新技术、新设备的不断运用,衍生出了许多新的生物脱氮除磷工艺,其中典型的几种处理工艺如下;SBR 工艺SBR 工艺是一种新近发展起来的新型处理废水的工艺,即为序批式好氧生物处理工艺,其去除有机物的机理在于充氧时与普通活性污泥法相同,不同点是其在运行时,进水、反应、沉淀、排水及空载5个工序,依次在一个反应池中周期性运行,所以该法不需要专门设置二沉池和污泥回流系统,系统自动运行及污泥培养、驯化均比较容易;该法处理焦化废水有着独有的优势：一是不要空间分割,时序上就能创造出缺氧和好氧的环境,即具有A ／O 的功能,十分有利于氨氮和COD 的去除;二是该法的沉淀是一种静止的沉淀,对污泥沉淀性能不好的废水,固液分离效果非常明显;三是该法可以省去二沉池,其占地面积相对要小一些;自动控制系统的发展和完善,为SBR 工艺的应用提供的物质基础;但因为SBR 是间歇运行的,为了解决连续进水问题,至少需要设置两套SBR 设施,进行切换运行;SBR 工艺流程图见图14;CAST 工艺CAST 实际上是一种循环SBR 活性污泥法,应器中活性污泥不断重复曝气和非曝气过程,生物反应和泥水分离在同一池内完成,与SBR 同样使用滗水器;污水首先进入选择器,污水中溶解性的有机物通过生物作用得到去除,回流污泥中硝酸盐也此时得到反硝化；然后进入厌氧区,此时为微生物释磷提供条件；第三区为主曝气区,主要进行BOD 降解,同时硝化反硝化;CAST 选择器设置在池首,防止了污泥膨胀; 3．3 MSBR 工艺连续流序批式活性污泥法工艺ModifiedSequencing Batch Reactor,简称MSBR;首先,污水进入厌氧池,回流活性污泥中的聚磷菌在此充分释磷,然后混合液进入缺氧池反硝化;反硝化后的污水进入好氧池,有机物在好氧条件下被降解,活性污泥充分吸磷后再进入起沉淀作用的SBR,澄清后上清液排放;此时另一边的SBR 在回流量的条件下进行反硝化、硝化或静置预沉;回流污泥首先进入浓缩池浓缩,上清液直接进入好氧池,而浓缩污泥进入缺氧池;这样,一方面可以进行反硝化,另一方面可先消耗掉回流浓缩污泥中的溶解氧和硝酸盐,为随后进行的厌氧释磷提供更为有利的条件;CAST 综合了以往除磷脱氮工艺的优点,保证了各污染物质降解的最大速率环境,去除有机污染物效率更高,脱氮除磷效果更好A/2工艺OA/2工艺传统OA/2工艺或称AAO工艺,在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区,能够同时作到脱氮、O除磷和有机物的降解,其工艺流程见图2;污水进入厌氧反应区,同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥,聚磷菌在厌氧条件下释磷,同时转化易降解COD、VFA为PHB,部分含氮有机物进行氨化;污水经过第一个厌氧反应器以后进入缺氧反应器,本反应器的首要功能是进行脱氮;硝态氮通过混合液内循环由好氧反应器传输过来,通常内回流量为2~4倍原污水流量,部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而得到降解去除;混合液从缺氧反应区进入好氧反应区,混合液中的COD浓度已基本接近排放标准,在好氧反应区除进一不降解有机物外,主要进行氨氮的硝化和磷的吸收,混合液中硝态氮回流至缺氧反应区,污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除;该工艺流程简洁,污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行,丝状菌不能大量繁殖,污泥沉降性能好5;它将厌氧段、缺氧段放在工艺的第一级, 充分发挥了厌氧菌群承受高浓度、高有机负荷能力的优势, 处理效果较好, 产生的污泥较一般的生物法少;可用于处理工业废水比重较大城市污水, 另外, 由于它是在普通活性污泥法的基础上发展起来的, 因而也较容易用于生物法处理的老污水厂的改造;A/2工艺改良O改良O A /2工艺是中国市政工程华北设计研究院提出的,工艺综合了A/O 工艺和改良UCT 工艺的优点,即在厌氧池之前增设厌氧/缺氧池;首先回流污泥和10%的污水进入厌氧/缺氧池进行反硝化以去除回流污泥中的硝酸盐;90%的污水进入厌氧区与回流污泥混合,在兼性厌氧发酵菌的作用下将部分易生物降解的大分子有机物转化为VFA ；聚磷菌释磷,同时吸收VFA 以PHB 的形式贮存于胞内;在缺氧区,反硝化菌利用污水中的有机物和经混合液回流而带来的硝酸盐进行反硝化,同时去碳脱氮；在好氧区,有机物浓度相当低,有利于自养硝化菌生长繁殖,进行硝化反应,同时聚磷菌过量摄磷;通过沉淀、排除剩余污泥达到除磷的目的;该工艺降低回流污泥中硝态氮对后续厌氧池的不利影响,有利于厌氧池的聚磷菌释磷,改善了泥水分离性能6;3．5 UCT 改良工艺改良的UCT 工艺University of Cape Town 脱氮除磷工艺由厌氧池、缺氧1 池、缺氧2 池、好氧池、沉淀池系统组成,有2 个缺氧池;缺氧1 池只接受沉淀池的回流污泥,同时缺氧1 池有混合液回流至厌氧池,以补充厌氧池中污泥的流失;回流污泥携带的硝态氮在缺氧1 池中经反硝化被完全去除;在缺氧2池中接受来自好氧池的混合液回流,同时进行反硝化,缺氧1 池出水中的N NO --3 带进厌氧池使之保持较为严格的厌氧环境,从而提高系统的除磷效率7;立体循环一体化氧化沟氧化沟是一种而有效的污水处理技术,具有稳定的处理效果,是污水生物处理技术之一;特别是用于污水脱氮,氧化沟比其它生物脱氮工艺费用低、TN 去除效率高;然而,与活性污泥法相比,氧化沟占地面积较大,在土地紧张的城市或地区,氧化沟的应用受到限制8;针对常规氧化沟存在的问题,成功地研究出立体循环一体化氧化沟;其特点是：① 氧化沟采用立体循环,在循环过程中完成降解有机物和脱氮过程;与现有氧化沟相比,占地面积可减少约50%;② 沉淀区与氧化沟合建,沉淀的污泥可自动回流到氧化沟内,可节省投资和能耗;③ 结构紧凑,运行操作简便;新型立体循环一体化氧化沟既保留氧化沟设备和运行操作简单等优点,又可减少占地面积; 4 结语污水生物脱氮除磷是当今水处理的热点与难点;新的脱氮除磷理论的提出,为生物脱氮除磷工艺指引了方向;如：SND 同时硝化反硝化工艺、SHARON 工艺、氧限制自氧硝化—反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺以及短程硝化—厌氧氨氧化组合工艺等;但是,生物脱氮除磷工艺的发展已不仅仅要求对N,P 去除率,而且要求处理效果稳定,可靠的运行工艺;今后对此技术的研究应集中在以下方面：第一、加深除磷机理的研究;反硝化聚磷菌的出现解决了硝化菌与聚磷菌争夺碳源,污泥龄不同等主要矛盾;为新型同步脱氮除磷工艺提供了理论依据;但是对于反硝化聚磷菌的了解还不够全面,尤其是其除磷机理还待于进一步研究;应突破传统理论,从微生物的角度来调控工艺;第二、随着脱氮除磷工艺的进一步发展,许多研究者在进行小试时,都驯化出颗粒污泥,而颗粒污泥的出现改善了污泥膨胀这一难题;同时发现颗粒污泥对N,P 的去除要远远优于絮状污泥;今后在对颗粒污泥的研究上应更加深入,研究了解颗粒污泥外部的胞外聚合物是否对N,P 有吸附作用,并进一步研究颗粒污泥的形成机理,调整现有反应器的运行参数,从而加速颗粒污泥的形成,提高脱氮除磷效率;。
SBR工艺污水生物脱氮除磷研究
环境 ．这 是 产 生 Ｓ ＢＲ内 同步 硝 化 反 硝
水 中 的氨 基 酸 或 蛋 白质 的含 量 过低 ， 聚
磷 茵 的 生 长速 率就 会 减 慢 ． 而 导 致 聚 从
糖 菌 占优 势 ：如 果 进 水 中没 有氨 基 酸 ．
着 异 养硝 化 菌 与好 氧 反硝 化 菌 Ｂ Ｓ Ｒ反
Ｓ Ｒ工艺污水 生物脱氮 除磷研 究 Ｂ
文／ 赵志太
应 器 内脱 氦 的 影响 因 素如 下 ：
１ 微 环境 、
赵
亮
孙成 才
厌 氧 状 态 形 成 之 间形 成 了一 个 兼 性 的 状 态 。 一 般 而 言 ， 活污 水 中的 硝酸 盐 生 氮为 ２ ｇ ５ ｇ Ｌ ｍ ￣ ｍ ／ ．所 以不 会 导 致 生物 除 磷 的 失 效 ， 是 如 果污 水 中硝 酸盐 的 但 浓 度 很 高 就 可 能 导 致 反 硝 化 菌 与 聚 磷 菌 对 有 机 基 质 的 竞 争 反 应 而 导 致 生 物 除磷 的失 效 。 这种 状 态 下 。 需要 有 足 够 的和 特 殊 的 有 机 基 质 以进 行 反 硝 化 和 完 成 聚磷 菌 对 Ｐ Ａ的贮 存 Ｈ ２ 可 脱 氯 聚磷 菌 （ Ａ ） 系统 ） ＤＰ Ｏｓ 对
况下． 既发 生 了好 氧硝 化 又发 生 了好氧 反硝 化 ． 而 获 得 了 比较 可 观 的 总氮 去 从
除率 ， 推 断 活性 污 泥 絮 体 中 同 时存 在 并
破 坏 生物 除 磷 的效 果 。 是 由于 反硝 化 这
菌 会 与 聚磷 菌 竞 争 废 水 中 的有 机 基 质 ．
传 统 的脱 氮 理 论 认 为 ． 化 与反 硝 硝 化 反 应不 能 同 时发 生 ． 些 新 的研 究 证 一 明 。在 控 制 Ｓ Ｒ反 应 器保 持 良好 的 好 Ｂ 氧状态 （Ｏ ８ ｇ Ｌ、 Ｓ Ｏ＞ｍ ／ ｝ Ｌ Ｓ较 低 的 情
两级生物选择同步除磷脱氮新工艺
２ １，２２：２ １２ ５ ０ ２３ （） ２ － ２
Ｃ ｉａ ｎ ｉ ｎ ｎａ Ｓ ｉ ｃ ｈｎ Ｅ ｖｒ ｍｅ ｔ ｃｅ ｅ ｏ ｌ ｎ
两级 生物选择 同步 除磷脱氮 新工艺
田文 德 李伟 光 聿 ， ，， ２ 张 卉 郭 旋 （． ， １ 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室， 黑龙江 哈尔滨
Ｉ ｓｉ ｔ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｈａｂ ｎ １ ０ ９ ，Ｃｈ ｎ ： ２ Ｎａ ｉ ｎ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃｅ ｔ ｒｏ ｂ ａｅ ｓ ｕ ｃ ｓ ｎ ｔ ｕｅ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｔ ｒ ｉ ０ ０ ５ ｉａ ． ｔ ａ ｏ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｆ Ｕｒ ａ Ｗ ｔ ｒ Ｒｅ ｏ ｒ ｅ ， ｎ ｎ
１０ ９ ；２哈尔滨 工业 大学城市水资源开发利用（ ５００ ． 北方） 国家工程研究 中心， 黑龙江 哈尔滨 １０ ９ ） ５ ０ ０
摘 要 ：针对 现 有市 政污 水 处理 工艺 难 以兼顾 同时 生物 脱氮 除磷 的 矛盾， 合 生活污 水低 碳氮 比的特 点， 过在传 统 的 Ａ／ 工 艺 的基础 上增 结 通 Ｏ
ｌ ＮＯ３ Ｎ 约吸 收 １ ｍｇ Ｐ此线 性 关系 可作 为本 工艺 反硝 化除 磷 的一个 重 要控制 参 数． ｍｇ － ． Ｔ， ８
关键 词 ：生物 选择 器 ；反 硝化 除磷 ；反 硝化 聚磷 菌 ：缺氧 吸 磷 中图 分类 号 ：Ｘ７ ３１ ０． 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０ —９ ３２ １）２０ ２ —５ ０ ０ ６２ （０ ２０ —２ １０
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｍｕ ｉｉ ａ ｓｅ ｔｒ ｔｅ ｔ ｎ ｒ ｃ ｓ ｅ ｒ ｉ ｃ ｌ ｔ ｅ ｖ ｉ ｏ ｅ ｄ ｐ ｏ ｐ ｏ ｕ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｕ ｒ ｎ ｎ ｃ ｐ ｌ ｗａ ｔｗａｅ ｒ ａｍｅ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｅ ｄ ｆ ｕ ｔ ｏ ｒ ｍｏ ｅ ｎ ｔ ｇ ｎ ａ ｈ ｓ ｈ ｒ ｓ ｉ ｒ ｎ ｓｍｕ ｔ ｅ ｕ ｌ ， ｓ ｅ ｉｌ ｏ ｏ ｓｉ ｓｅ ｔｒｃ ａ ａ ｔ ｒ ｅ ｔ ｗ ／ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｄ ｔ ｎ ｌ Ｏ ｒ ｃ ｓ ， ｏ ｅ ｉ ｌ ｎ ａ ｏ ｓ ｅ ｐ ｃ ａ ｌ ｆ ｒｄ ｍｅ ｔ ｗａ ｔｗａ ｅ ｈ ｃ ｅ ｉ ｄ ｗｉ ｌ Ｃ Ｎ． ｓ ｄ ｏ ａ ｉ ｏ ａ ｙ ｙ ｃ ｒ ｚ ｈｏ ｒ ｉ Ａ／ ｐ ｏ ｅ ｓ ａｎ ｖ ｌ
同步脱氮除磷工艺中的矛盾关系及
同步脱氮除磷工艺中的矛盾关系及对策！点击关注环保工程师昨天undefined环保工程师专注于知识分享！关注1、泥龄问题作为硝化过程的主休,硝化菌通常都属于自养型专性好氧菌.这类微生物的一个突出特点是繁殖速度慢,世代时间较长.在冬季,硝化菌繁殖所需世代时间可长达30d以上;即使在夏季,在泥龄小于5d的活性污泥中硝化作用也十分微弱.聚磷菌多为短世代微生物,为探讨泥龄对生物除磷工艺的影响,Rensink等(1985年)用表1归纳了以往的研究成果,并指出降低泥龄将会提高系统的除磷效率.由表1可见聚磷微生物所需要泥龄很短。
泥龄在3.0d左右时,系统仍能维持较好的除磷效率.此外,生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥.为了保证系统的除磷效果就不得不维持较高的污泥排放量,系统的泥龄也不得不相应的降低.显然硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾.若泥龄太高,不利于磷的去除;泥龄太低,硝化菌无法存活,且泥量过大也会影响后续污泥处理.针对此矛盾,在污水处理工艺系统设计及运行中,一般所采用的措施是把系统的泥龄控制在一个较窄范围内,兼顾脱氮与除磷的需要.这种调和,在实践中被证明是可行的。
为了能够充分发挥脱氮与降磷两类微生物的各自优势,可采取的其它对策大致上有两类。
第一类是设立中间沉淀池,搞两套污泥回流系统使不同泥龄的微生物居于前后两级(见图1),第一级泥龄很短,主要功能是除磷;第二级泥龄较长,主要功能是脱氮.该系统的优点是成功地把两类泥龄不同的微生物分开.但是,这类工艺也是存在局限性.第一,两套污泥回流系统,再加上中间沉淀池和内循环,使该类工艺流程长且比较复杂.第二,该类工艺把原来常规A2/O(见图25)工艺中同步进行的吸磷和硝化过程分离开来,而各自所需的反应时间又无法减少,因而导致工艺总的停留时间变长.第三,该工艺的第二级容易发生碳源不足的情况,致使脱氮效率大受影响.此外,由于吸磷和硝化都需要好氧条件,工艺所需的曝气量也可能有所增加。
几种污水生物脱氮除磷的工艺比较
污染 防治（ ３ ３ ～ ３ ６ ）
环境研究与监测
２ ０ ｌ ３ 年６ 月
几 种 污水 生物 脱 氮 除磷 的工艺 比较
李
（ １ 四川省再生资源开发有限公 司 四川
敏 ， 周开锡 ２
内江 ６ ４ １ １ １ ３ ２ 内江市环境保护监测站 四川 内江 ６ ４ １ １ ０ ０ ）
作者简介 ： 李敏 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 女， 成 都信息工程学 院环 境工程学士 ， 从事
污水处理工作。
环境研究与监测
第２ ６ 卷
归纳起来 主要有以下三种思路。
２ 连续 流脱 氮 除磷 工 艺的 革新 与发展
第一种思路是改进污泥 回流路线或增加反硝化
一
环节 ， 以控制厌氧区回流污泥中的硝酸盐含量 。 Ｕ Ｃ Ｔ 、 连续流脱氮除磷工艺的发展主要是围绕着在同 Ｖ Ｉ Ｐ 、 Ｊ Ｈ Ｂ等工艺都属于这种思路的产物。南非 Ｃ ａ ｔ ｅ 污水处理 系统中实现脱氮与除磷 同时存在 的矛盾 Ｔ ｏ ｗ ｎ 大学的 Ｕ Ｃ Ｔ工艺将 Ｍ／ Ｏ中的污泥 回流由厌氧
合方式及其数量的时空分布以及 回流方式 、位置而
达到高效脱氮除磷的 目的［ ２ － ９ 。
除磷脱氮工艺在涉及泥龄上存在矛盾 ： 首先 ， 除
ｍ ｏ ｖ ａ １ ） 按微生物在系统 中的不同状态 ， 可分为活性污 磷需要泥龄短 。生物除磷主要靠排出剩余污泥而带 泥法和生物膜法 ， 通过设立好氧区、 缺氧 区和厌 氧区 走磷 ， 因此 ， 如要 除磷效率高 ， 就必须加大污泥排泥
型工艺等１ ２ ｌ 。而这些工艺可以说都属于组合工艺 ， 其 龄短的系统中， 硝化菌量极少嗍 。因此 ， 如何确定合理
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5,生物脱氮除磷工艺中的矛盾(1)泥龄问题作为硝化过程的主休,硝化菌通常都属于自养型专性好氧菌.这类微生物的一个突出特点是繁殖速度慢,世代时间较长.在冬季,硝化菌繁殖所需世代时间可长达30d以上;即使在夏季,在泥龄小于5d的活性污泥中硝化作用也十分微弱.聚磷菌多为短世代微生物,为探讨泥龄对生物除磷工艺的影响,Rensink等(1985年)[23]用表2归纳了以往的研究成果,并指出降低泥龄将会提高系统的除磷效率.泥龄与除磷率关系表2泥龄/d30175.34.6磷去除率/%405087.591由表2可见聚磷微生物所需要泥龄很短.泥龄在3.0d左右时,系统仍能维持较好的除磷效率.此外,生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥.为了保证系统的除磷效果就不得不维持较高的污泥排放量,系统的泥龄也不得不相应的降低.显然硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾.若泥龄太高,不利于磷的去除;泥龄太低,硝化菌无法存活,且泥量过大也会影响后续污泥处理.针对此矛盾,在污水处理工艺系统设计及运行中,一般所采用的措施是把系统的泥龄控制在一个较窄范围内,兼顾脱氮与除磷的需要.这种调和,在实践中被证明是可行的.为了能够充分发挥脱氮与降磷两类微生物的各自优势,可采取的其它对策大致上有两类.第一类是设立中间沉淀池,搞两套污泥回流系统使不同泥龄的微生物居于前后两级(见图4),第一级泥龄很短,主要功能是除磷;第二级泥龄较长,主要功能是脱氮.该系统的优点是成功地把两类泥龄不同的微生物分开.但是,这类工艺也是存在局限性.第一,两套污泥回流系统,再加上中间沉淀池和内循环,使该类工艺流程长且比较复杂.第二,该类工艺把原来常规A2/O(见图5)工艺中同步进行的吸磷和硝化过程分离开来,而各自所需的反应时间又无法减少,因而导致工艺总的停留时间变长.第三,该工艺的第二级容易发生碳源不足的情况,致使脱氮效率大受影响.此外,由于吸磷和硝化都需要好氧条件,工艺所需的曝气量也可能有所增加. 第二类方法是在A2/O工艺好氧区的适当位置投放填料.由于硝化菌可栖息于填料表面不参与污泥回流,故能解决脱氮除磷工艺的泥龄矛盾.这种作法的优点是既达到了分离不同泥龄微生物的目的,又维持了常规A2/O工艺的简捷特点.但是该工艺也必须解决好以下几个问题:①投放填料后必须给悬浮性活性污泥以优先的和充分的增殖机会,防止生物膜越来越多而MLSS越来越少的情况发生;②要保证足够的搅拌强度,防止因填料截留作用致使污泥在填料表面间大量结团;③填料投放量必须适中,投放量太少难以发挥作用,太多则难免出现对污泥的截留.此外,填料的类型和布置方式都应作慎重考虑.(2)碳源问题碳是微生物生长需要要最大的营养元素.在脱氮除磷系统中,碳源大致上消耗于释磷,反硝化和异养菌正常代谢等方面.其中释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分,尤其是挥发性有机脂肪酸(VFA)的数量关系很大. 一般来说,城市污水中所含的易降解COD的数量是十分有限的,以VFA为例,通常只有几十mg/L.所以在城市污水生物脱氮除磷系统的释磷和反硝化之间,存在着因碳源不足而引发的竞争性矛盾. 解决这一问题一般需要从两个方面来考虑.一是从工艺外部采取措施,增加进水易降解COD的数量,例如取消初沉池,污泥消化液回流,将初沉池改为酸化池等都有一定作用,还可考虑外加碳源的方法.二是从工艺内部考虑,权衡利弊,更合理地为反硝化和释磷分配碳源,常规脱氮除磷工艺总是优先照顾释磷的需要,把厌氧区放在工艺的前部,缺氧区置后.这种作法当然是以牺牲系统的反硝化速率为前提.但是,释磷本身并不是脱氮除磷工艺的最终目的.就工艺的最终目的而言.把厌氧区前置是否真正有利,利弊如何,是值得进一步研究的.根据对厌氧有效释磷可能并不是好氧过度吸磷充分必要条件的新认识,倒置A2/O工艺(见图6)将缺氧区放在工艺最前端,厌氧区置后[24-26].经过这种改变,脱氮菌可以优先获得碳源,反硝化速率得到大幅度提高.同时,原来困扰脱氮除磷工艺的硝酸盐问题不存在了,所有污泥都将经历完整的释磷和吸磷过程,除磷能力不仅未受影响,反而有所增强[24-26].这种新的碳源分配方式对脱氮除磷工艺的实践和机理研究都有重要意义.(3)硝酸盐问题在常规A2/O工艺中,由于厌氧区在前,回流污泥不可避免地将一部分硝酸盐带入该区.硝酸盐的存在严重影响了聚磷蓖的释磷效率,尤其当进水中VFA较少,污泥的含磷量又不高时,硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷.所以在常规A2/O工艺框架下,如何避免硝酸盐进入厌氧区干扰释磷一度成为研究热点,并围绕这一问题产生了诸如UCT工艺,JHB工艺,EASC工艺等,其中最著名的应属UCT工艺(如图7)解决硝酸盐问题的关键是如何在回流污泥进入厌氧区之前,设法将其携带的硝酸盐消耗掉.一种方法是在回流污泥进入厌氧区之前,先进处一个附设的缺氧池,在这个缺氧池中回流污泥携带的硝酸盐利用污泥本身的碳源反硝化.由于没有外加碳源,这种反硝化实际上多属内源代谢,因此反硝化速率不高.作为对第一种6,生物脱氮除磷工艺反应中微生物关系一般来就[27],微生物的相互关系有三种可能:第一,一种微生物的生长和代谢对另一种微生物的生长有利影响,或者相互有利,形成有利关系,如生物间的共生和互生;第二,一种微生物的生长与代谢对另一种微生物的生长产生不利影响,或者相互在害,形成有害关系,如微生物间的拮抗,竞争,寄生和捕食;第三,两种微生物生活在一起,两者间发生无关紧要,没有意义的相互影响,表出出彼此对生长和代谢无明显的有利或有害影响,形成中性关系,如种间共处.(1)有利关系微生物之间的有利关系可分为互生关系和共生关系.互生关系是微生物间比较松散的联合,在联合中可以是一方得利,即一方为另一方提供或改善生活条件,或者是双方都得利.而共生关系是两种微生物紧密地结合在一起,当这种关系高度发展时,就形成特殊的共同体,在生理上表现出一定的分工,在组织和形态上产生新的结构.生物脱氮系统中,互生关系主要表现为在化学水平的协作,即微生物间相互提供生长因子,代谢刺激物或降解对方的代谢抑制物,平衡PH值,维持适当的氧化还原电位或消除中间产物的累积.氨化细菌,亚硝酸菌,硝酸菌及反硝化菌之间就表现为互生关系.在氨素转化过程中,氨化细菌分解有机氮化合物产生氨,为亚硝酸菌创造了必需的生活条件,但对氨化细菌则无害也无利.亚硝酸菌氧化氨,生成亚硝酸,又为硝酸菌创造了必要的生活条件.Chai Sung Gee等[28]研究了亚硝化单胞菌属与硝化杆菌在反应器内的相互作用,运用悬浮生长实验获得的稳态氨和亚硝酸氧化的数据确定的这两种细菌数量的生工参数,得出结论:硝化杆菌的活性依赖于硝化杆菌对亚硝化单胞菌的数量比例,而亚硝化单胞菌的活性则不受两者之间数量比例的影响.可以判定这两个种群之间必然存在着酶促共栖或生物化学的能量转移.反硝化菌则在厌氧条件下将NO3-,NO2-还原为N2气体,从污水的液相中排出,为亚硝化菌和硝化菌解除抑制因子,同时反硝化过程还提高了反应器内的碱度,部分地补充了硝化过程所消耗的碱度,有利于反应器pH值稳定在硝化菌活性较大的范转内. 目前各类脱氮工艺大多是分段的,都设有好氧池与缺氧池,分别为硝化菌及反硝化菌提供适宜的生长环境,因而硝化过程与反硝化过程是在不同反应器内完成的.各反应器内的微生物是联系不够紧密的互生关系,因而运行稳定性相对较差.最近几年国外发表了多篇论文[29,30,31]证实和介绍了同时硝化反硝化现象,国内同济大学(1994-1997)在中德合作项目-城市污水生物脱氮除磷技术的研究中采用了几种不同的工艺,均发现了不同程度的同步硝化反硝化现象.对这种现象,普遍被接受的观点是物理学的解释,即由于氧扩散的限制,在微生物絮体内产生溶解氧梯度,如图8所示:微生物絮体外表面溶解氧浓度较高,优势微生物为氨化菌及硝化菌,而絮体内部,由于氧传递阻力增大和外部好氧菌的消耗,形成缺氧状态,从而反硝化菌占优.事实上这种微生物絮体的组成使得微生物不仅有前述化学水平的协作,还有物理水平的协作,形成了联系紧密的共生关系,其稳定性更好.Daigger等研究了美国Elim wood污水厂的Orbal氧化沟内的同时硝化反硝化现象,也得出了相似的结论.厌氧区内除磷菌与兼性细菌也存在着互生关系,目前对生物除磷面理的研究表明,除磷菌只能同化以乙酸为代表的低分子挥发性脂肪酸(VFAs)才能有效释放磷,而原污水中这类物质因易降解而在初沉池内甚至在管网内已被降解,故其含量较为有限,除磷菌所需的挥发性脂肪酸主要靠兼性菌在厌氧条件下发酵有机物提供.除磷菌同化挥发性脂肪酸,亦为兼生菌性长代谢解除抑制因子,两者的互生关系基本上建立在化学水平的协作上.(2)不利关系微生物间的不利关系包括拮抗,竞争,寄生,捕食等.拮抗是指两种微生物生活在一起时,一种微生物产生某种特殊的代谢产物或改变环境条件,从而抑制甚至杀死另一种微生物.竞争关系是生活在一起的两种微生物,为了争夺有限的同一营养或其它共同需要的养料,其中最能适应环境的种类将占优.在生物除磷反应器中,同时存在着除磷菌(PAB)和聚粮菌(GAB).在厌氧段,细胞内聚磷和糖类的分解作为内存的能量吸收乙酸盐,然后乙酸盐立刻被转移并转化为PHA,在好氧阶段PHA就能被PAB和GAB用于生长和维持生命活动.Satoh]发现GAB在厌氧状态下吸收乙酸而不释放磷,代谢反应式为:CH2O+0.208C6H10O5(CH)—2CH1.5O0.5(PHB)+0.25CO2+0.54H2O因此,PAB和GAB将为争夺有限的挥发性脂肪酸而进行生存竞争.Liu等研究表明PAB吸收乙酸盐比GAB更多更快,但GAB在低P/C生物除磷系统中依然占优,P/C是PAB与GAB竞争的决定性因素.由于GAB无放磷,故亦无过量吸磷,因此在除磷反应器必须要保持一定的P/C值,以保证PAB在竞争中占优.在生物除磷反应器中,除磷菌和硝化菌则存着拮抗关系.CHUANG等[43](1996)研究发现在没有足够的有机物时,反硝化很明显与磷的释放发生竞争.当有硝态氮存在时,反硝化菌将直接利用有机基质,使有机基质不能转化成挥发性脂肪酸,从而夺取了除磷菌的生长因子,故硝态氮是除磷菌生长的抑制因。