生物脱氮除磷whr

1、随着工业化及人口增长的继续，水体富营养化所带来的问题愈发严重，从而加速了水体的污 染和老化。而这一切都是因为排入水体的污水中含冇氮、磷等营养物质。于是人们在去除 bod的基础上开始探求高效、节能的生物脱氮除磷污水处理系统2.1生物脱氮的基本原理污水屮氮的去除通常分为三步：氨化、硝化和反硝化，并分别由不同的细菌来完成。 氨化作用含氮冇机物经微生物降解释放出氨的过程，称为氨化作川。这里的含氮冇机物一般指动 物、植物和微生物残体及其排泄物、代谢物所含的有机氮化合物，主婆包括蛋白质、核酸、 尿索、尿酸、儿丁质、磷酸脂等含氮冇机物，它们都能被相应的微生物分解并释放出氨氮。无论是在好氧述是在厌氧条件下，氨

2、化作用在屮性、酸性或碱性条件下均能进行，只是 作用的微牛物种类不同、作用的强弱不-。只有当环境屮存在一定浓度的酚或木质索一蛋白 质复合物时，才会阻滞氨化作用的进行。 硝化作用硝化作用是指将nh3氧化成n02-,然后再氧化成n03-的过程。硝化作用由两类细菌参 与，亚硝化菌将xh3氧化成n02-,硝化杆菌将n02-氧化成n03-。由于它们均为自养菌，故 能利用氧化过程释放的能量，将c02合成为细胞有机物质。硝化作川的程度往往是牛物脱氮 的关键所在。硝化菌的生长计量式（基于质量）如下：nh4+ + 3. 3 02 + 6. 708 hc03*0. 129 c5h702n+3. 373 n03-+1

3、. 041 h20+6. 463 h2co3由上式可以看出，氨氧化为硝酸盐的过程消耗了人虽的碱度：6. 708 mghc03-/mgxh4+, 相当于& 62 mghc03-/mgnii4+-no碱度的大量消耗与屮和氧化过程屮释放的氢离子有关，只 有一小部分碱度转化为细胞物质。如果细胞中的碱度不足，且未対ph值进行控制，那么ph 值将会下降到正常的生理范围值以下，抑制白养菌和异养菌的活性，从而影响系统的正常运 行。此外硝化过程还需要相当虽的氧气。总z,硝化细菌的生长对系统中微生物的总量并没 有什么影响，但对需氧量和碱度却有很人的影响。 反硝化作用反硝化作川是指硝酸盐和亚硝酸盐彼还原成气

4、态氮和氧化亚氮的过程。参与这一过程的 细菌称为反硝化菌。人多数反硝化菌是异养的兼性厌氧细菌。反硝化过程的电了受体是硝酸 盐根和亚硝酸盐根，电子供体为各种各样的有机基质。在硝化过程中耗去的氧能被回收并重复利用于反硝化过程中，使有机基质氧化。另外, 每还原1吨硝酸盐氮生成3. 57 g碱度，这在一定程度上缓解了系统对碱度的需求。2.2生物除磷机理目前普遍认同的生物除磷理论是“聚合磷酸盐累积聚合物” (poly-phosphate accumulating organisms)的摄磷释磷原理。在厌氧条件卜'，聚磷菌消耗糖元，将胞内的聚 磷水解为正磷酸盐释放到胞外，并从中获取能量，同时将环境中

5、的冇机碳源(挥发性脂肪酸 vfa)以胞内碳能源存贮物(主要为phb,聚-轻基丁酸)的形式贮存。在好氧条件下，聚磷菌以02为电了受体，氧化胞内贮存的phb,利用产生的能量过虽 地从环境屮摄取磷，以聚磷酸高能键的形式存贮。通过排放富磷的剩余污泥可实现磷的去除。 由上述机理可知，牛物脱氮、除磷工艺应包括厌氧、缺氧、好氧三种状态。各工艺的出发点 就是通过优化三种状态的组合方式和数量分布的时间变化以及回流方式和回流位置等创造 出更适合特定微生物生长的环境，以达到高效脱氮、除磷的口的。3常规脱氮、除磷工艺的分析3. 1 a2/0 工艺 (anaerobic-anoxic-oxic-process)厌氧/缺

6、氧/好氧(anaerobic anoxic oxic)简称a2/0工艺，是一种典型的牛物脱氮除磷 工艺，得到了广泛的应用。污水首先进入厌氧区与回流污泥混合，在兼性庆氧发酵菌的作用 下将部分易生物降解的大分子有机物质转化为vfa；聚磷菌释磷并吸收vfa以phb的形式贮 存于胞内。在缺氧区，反硝化菌利用进水中的冇机物质和回流中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，有利于自养硝化菌的繁殖，同吋聚磷菌超量吸 磷。通过肓磷污泥的排放达到除磷的冃的。进水混台5回流(100-400%)图1 a20工艺我国已建成多座采用a2/0工艺的城市污水处理厂，如天津纪庄子污水处理厂。从运行

7、效果来看，其脱氮除磷效果不稳定。这是因为生物脱氮、除磷工艺包括硝化、反硝化、禅磷 和摄磷过程，每一过程都有固定的或专性微生物类群来完成，不同的微生物对环境的要求不 同，因此，不可避免的产生了矛盾。3.2生物除磷和脱氮z间的矛盾关系 泥龄问题硝化菌的最大比增值速度umax的值较小，因而繁殖速度慢，世代时间长，故硝化盅要 较长的泥龄，一般为1015天。而除磷是通过高磷污泥的排放实现的，研究表明当泥龄大 于5天吋，除磷效果随泥龄的增加而降低，除磷的最佳泥龄为57天。因此，泥龄的矛盾 影响整体的处理效果。 碳源问题聚磷菌释磷和反硝化都需耍有机碳源，尤其是易生物降解的有机碳源。城市污水中易降 解有机物质

8、含量较少，很难同时满足释磷和反硝化的要求，这就需要外加碳源，从而增加了 运行费用；或者优先考虑脱氮或除磷，从而影响了处理效果。 硝酸盐问题回流污泥屮的硝酸盐对聚磷菌的禅磷产生抑制，从而影响了整体的除磷效果。3.3改进措施针对上述问题，许多研究者对a2/0工艺进行了局部的改进，主要有如下几种： 介质m-a2/0 i艺在好氧段投加填料，固定硝化菌，使其不受污泥回流的影响，从而解决了泥龄问题。另 外，增加了生物量，使减小反应器体积成为可能。同济大学的毕学军3采用聚乙烯悬浮小球进行实验，均取得满意的效果，tn去除率达到86%, tp去除率达到91%。 生物转盘j.l. su和c. f. 0uyang4

9、利用生物转盘固定硝化菌，解决了泥龄问题。在厌氧和缺氧段 采用完全浸没式生物转盘，在好氧段采用部分浸没式生物转盘。山于硝化菌不受排泥影响, 故采用高的排泥量使系统的除磷率达到96%。 增加进水中的易降解启机物质b. terchgraber5进行了初沉污泥的酸化研究，研究结果表明初沉污泥酸化可使进入生 物处理阶段的易生物降解cod增加10% 15%,但该法存在着散发臭味气体和有爆炸危险等 问题。 改良a/a/o工艺6改良的a2/0工艺综合了 a2/0工艺和uct工艺的优点，提出了如图所示的工艺。进水90%图2改良的a/a/o i艺4生物脱氮除磷匸艺研究新工艺现有的生物脱氮、除磷组合工艺，主要是建立

10、在传统脱氮、除磷理论基础上，通过优化厌氧、 缺氧、好氧三种状态的组合方式和数量分布的吋间变化以及回流方式和位置等，创造出更适 介微生物生氏的环境，以达到高效脱氮除磷的冃的。其主要不足冇：较人差别的微生物在同 一系统屮，札i互影响，制约了处理工艺的高效和稳定；较多的冋流增加了系统的复杂性和运 行费用；脱氮、除磷过程对能源（如氧和碳源）消耗过多；高磷污泥的后继处理等。近年来 出现的一些新工艺为解决这些问题提供了新的思路。4.1同步硝化反硝化8传统脱氮理论认为硝化反应在好氧条件下进行，而反硝化在厌氧条件下进行，二者不能 同时实现。然而，近来的一些研究发现存在同步硝化反硝化现象，尤其是有氧条件下的反硝

11、 化现象确实存在于不同的生物处理系统中，如氧化沟、sbr工艺、间/曝气反应器工艺等。 研究者对其机理进行了广泛的探求，认为其主要原因在于反应器屮微环境的存在。另外，可 能存在未被发现的微牛物菌种。对其机理的认识尚处于探索阶段。4. 2短程硝化反硝化长期以来，无论是在废水生物脱氮理论上还是在工程实践屮，都一肓认为要实现废水生 物脱氮就必须使xh3-n经历典型的硝化和反硝化过程才能完全被除去。但许多实验证明可以 按照氨氮一亚硝酸盐一氮气的过程实现短程硝化反硝化。从氮的微生物转化过程來看，氨被 氧化成硝态氮是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该町以分开。这两类细菌的 特征也冇明显的差异。对于反硝化菌，无论是n02-还是n03-均可以作为蝕终受氢体，因而 整个生物脱氮过程可以通过nh3-n02-n2这样的途径完成。荷兰delft人学已经利用该技 术开发出sharon t艺8。sharon i艺通过控制温度和停留时间，将硝化菌从反应器屮洗 脱，使反应器中亚硝化菌占绝対优势，从而使氨氧化控制在亚硝化阶段。李春杰、周琪、顾 国维等人利用msmbr反应器内膜对冇害物质的截附作用以及对泥龄的控制实现了对硝酸盐 细菌生长的抑制。4.3反硝化除磷9荷兰delft技术大学的t. kuba有关兼性厌氧“反硝化除磷菌”（dpb）的研究表明，dpb 能够在缺氧条件下利用硝酸盐作为