生物脱氮除磷工艺简介

生物脱氮除磷工艺简介1、生物脱氮除磷工艺的进展从20世纪60年代开始，美国曾系统地进行了脱氮除磷物化方法研究，结果认为该法的主要缺点是药耗量大，产生的污泥多，特别对处理大量城市污水时，处理成本高。因此，转入研究生物脱氮除磷工艺。从20世纪70年代开始，在活性污泥法脱氮工艺（A/0工艺）逐步实现工业化，并在此基础上研究开发出了生物脱氮除磷工艺（如A2/0工艺等）。以后，随着微生物学和细胞学在污水生化处理上的新应用，又不断出现了多种变形的生物脱氮除磷工艺，如MSBR等。我国从20世纪80年代初开始生物脱氮除磷研究，80年代后期实现了工业化流程。污水脱氮除磷可供选择的工艺通常有生物处理和物理化学处理两大类。后者由于需要投加相当数量的化学药剂，存在运行费用高，残渣量大和运行管理难度大等缺陷，因此，城市污水处理中一般不推荐采用。而一般生物处理又分为活性污泥和生物膜法两种。目前对城市污水的生物脱氮除磷工艺，指的是活性污泥生物脱氮除磷工艺。目前已实用的几种生物脱氮除磷工艺有：A2/O、氧化沟、SBR工艺以及以上三种工艺的系列改良工艺。2、生物脱氮除磷的工艺原理简述（1）生物脱氮首先，污水中的蛋白质和尿素等在水解酶和尿素酶的作用下转化为氨氮，而后在有氧条件下和在硝化菌的作用下，氨氮被氧化为硝酸盐，这阶段称为硝化（即氨氮转化为硝酸盐）。再以后，在缺氮条件和反硝化菌的参与作用，并有外加碳源提供能量，硝酸盐还原成气态氮（N2）逸出，这阶段称为反硝化（即硝酸盐的氮转化为氮气）。整个脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。在脱氮过程中，硝化菌增长速度较缓慢，所以要有足够的污泥泥龄。反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，还要有充裕的碳源提供能量，才可能使反硝化作用顺利进行。除上述条件以外，影响脱氮效率的因素还有溶解氧，温度和PH值等。硝化阶段，应有足够的溶解氧，其值一般应大于2g/L。反硝化阶段为缺氧条件，溶解氧值宜为0.4mg/L左右。（2）生物除磷生物除磷分为常规除磷和生物除磷（脱磷菌除磷）。1）常规除磷磷是一种有机生物生活必须的营养元素，它是许多细胞结构和细胞能量循环中不可缺少的微量元素，健康的微生物需要的有机物和氮、磷的比例一般在100：5：1，也就是说去除100克的有机物，同时也能吸收1克的磷。这一吸收过程称之为“常规”生物除磷。2）生物除磷生物除磷这一概念的历史还没有几年。人们偶然发现微生物在一定的生长条件下能够在体内吸收远远超过在常规除磷中吸收磷的量，这一过程称为生物除磷。生物除磷是通过除磷微生物（或除磷菌）来实现的。在好氧状态下，除磷菌利用溶解性的磷合成高分子磷贮存在体内。在常规生物处理中，这种除磷菌的数量很少，因而除磷效果不够显著。生物除磷方法的目的是从工艺上加以改进，利用生物的“筛选”达到高的脱磷效果。与传统生物处理相比，由于在生物除磷过程中加了一个厌氧反应池，通过该池以达到“筛选”目的。除磷菌主要是Acinetobacter菌。这种微生物的特点是它能在体内吸收大量的有机磷，在除磷设备中可以达到60%以上。Acinetobacter菌存在于水体和土壤中，它的营养物质主要是有机酸和乙醇。在物质代谢过程中通常需要溶解氧，也有一些只需要非溶解的氧（如硝酸盐等）。实验中发现除磷菌的组成和种类与进水水质、除磷方法不同而有很大的差异。在厌氧过程中合成有机酸，有机酸供Acinetobacter菌在磷的溶解中使用。3）生物除磷过程中的能量代谢和物质交换脱磷菌存在于所有的活性污泥中。由于微生物的竞争使得除磷菌在生长过程中不具备优势，因而在常规活性污泥中除磷菌的含量很低，以致于起不到生物除磷的效应。要想达到高的磷去除效果，首先要提高除磷菌的含量。通过引入厌氧反应池可以使这一过程得以实现。除磷菌中一种好氧菌，它只有在其物质及能量代谢不被抑制下才能克服厌氧状态。由于在好氧状态下吸收了足够的磷可以作为能源，使得其在厌氧反应中（长的停留时间）能继续维持能量代谢过程。与此相反其它好氧微生物如硝化菌等在这一过程中处于生长劣势。除磷菌吸收有机酸，放出磷维持物质、能量交换，吸收的有机酸被除磷菌合成PHB（聚β羟基丁酸）作为能量贮存于体内。在好氧阶段，脱磷菌首先利用在体内吸收的PHB作为能量和碳源进行好氧呼吸。通过这一过程使得除磷菌与其他微生物相比，比较快地进入好氧阶段，比较快地吸收磷，并把磷作为能源吸收于体内，为下一阶段的厌氧反应打下基础。通过这二个阶段，除磷菌占有竞争优势，因而可以在污泥中得到繁殖，使除磷菌的数量得以增加，从而达到生物除磷的目的。4）有机酸在厌氧段对生物除磷起的决定性作用厌氧段的物质及能量交换，磷的溶解和PGB的合成对生物除磷的过程起了决定性的作用。在厌氧段，物质交换为：1.有机磷的溶解并作为总磷释放。2.有机物的吸收作为PHB。这一过程中的决定条件是有机酸的存在和在污水中有足够的易吸收的有机物，两者缺一不可。作为外界能够影响的条件是易降解物质。有机酸浓度越高，磷的释放量越多，除磷菌的比例也越高，磷的去除率亦越高。因此，高的易降解有机酸的含量事实上决定了磷的释放及磷的吸收，它对生物除磷起了决定性的作用。5）生物除磷过程的基本条件生物除磷的最基本条件是有一个厌氧反应池（没有硝酸盐和溶解氧），污泥连续地在厌氧和好氧环境中循环，如此可以增加生物污泥中脱磷细菌的比例，在厌氧池中发生磷溶解，在好氧池中发生磷吸收，厌氧池中磷的溶解是整个生物除磷的关键。生物除磷的基本条件可归纳为两类：必要条件厌氧池（区）中没有氧（含非溶解氧如硝酸盐和溶解氧O2）存在；好氧池（区）中有足够的溶解氧；缺氧化池（区）中没有溶解氧，但有足够的硝酸盐。有利条件BOD5/N>1.5～3.0;BOD5/P>20～30有机酸>100mg/L;污泥泥龄>3d足够多的剩余污泥生化处理工艺选择是否合适不仅关系到污水处理厂的处理效果，而且还将影响工程的投资、运行稳定性、运行费用和管理等方面。因此，必须根据国情和当地的实际情况，对生化处理工艺进行慎重选择，以获得最佳处理效果。城市污水二级生化除磷脱氧工艺处理通常采用A/A/0，氧化沟法、和SBR法等。（一）A/A/0污水处理工艺A/A/O工艺(Anaerbio─Anoxic─Oxic)称为厌氧──缺氧──好氧三者结合系统。早在70年代美国在生物除磷方法的基础上发展的同步除膦脱氮的污水处理工艺。A/A/O工艺生物反应池由厌氧、缺氧和好氧三段组成。污水首先进入厌氧区，兼性厌氧发酵细菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA（挥发性脂肪酸类）这类低分子发酵中间的产物。而聚磷菌可将其体内的存储的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中的VFA类低分子有机物，并以PHB（聚β羟丁酸）的形式在其体内储存起来。随后污水进入缺氧区，反硝化菌就利用好氧区回流混合液带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解有机物作碳源进行反硝化，达到同时降低BOD5与脱氮的目的。接着污水进入曝气池的好氧区，聚磷菌在吸收、利用污水中残剩的可生物降解有机物的同时，主要是通过分解体内储存的PHB释放能量来维持其生长繁殖。同时过量的摄取环境中的溶解磷，并以聚磷的形式在体内储积起来，使出水中的溶解磷浓度达到最低。而有机物经厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后，到达好氧区时浓度已相当低，这有利于自养型硝化菌的生长繁殖，并通过硝化作用将氨转化为硝酸盐。非除磷的好氧性异养菌虽然也能存在，但它在厌氧区中受到严重的压抑，在好氧区又得不到充足的营养，因此在与其它的生理类群的微生物竞争中处于相对劣势。排放的剩余污泥，由于含有大量能超量储积聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可以达到6％（干重）以上。从以上分析可以看出A/A/O工艺具有同步脱氮除磷的功能。与其他工艺相比较，A/A/O工艺具有以下优缺点：（1）脱氮除磷处理效果好。A/A/O工艺是一种典型的脱氮除磷工艺，其生物反应池由厌氧、缺氧和好氧三段组成，功能明确，界线分明。可根据进水条件和出水要求，人为地创造和控制三段的时空比例和运转条件，达到较稳定的脱氮除磷效果。（2）运行管理经验成熟。A/A/O工艺由于处理效果稳定，在污水处理厂中应用较早，使用较多，具有成熟的运行管理经验。（3）由于可以采用较深的池深，占地较少。（4）采用了微孔曝气管，既提高了充氧效率，降低了能耗。（5）由于采用离心鼓风机，有一定的噪声。（二）Caroussel氧化沟Carrousel氧化沟是由荷兰DHV技术咨询公司在六十年代后期发明的。与其它池型氧化沟相比，其最大的特点是采用特殊设计的立式低速表曝机作曝气设备，由于曝气设备的不同（区别于其它水平轴式曝气装置），使污水在混和曝气充氧的同时具有泵的局部水力提升作用，使混合液和原水得到彻底的混合。Carrousel氧化沟独特的叶轮曝气器设备使其具有以下的工艺特点：有极强的耐冲击负荷的能力，通过曝气区的完全混合作用使污水得到最大程度的稀释。在正常的设计流速下，渠道中混合液的流量是进水流量的50－100倍。与进水流量及回流污泥总量相当的出水连续地从出水堰排出。曝气池中的混合液平均每5到20分钟完成一次循环，具体的循环时间取决于渠道长度、渠道流速及设计负荷。这种流型不但可以防止短流，而且还通过完全混合作用产生很强的耐冲击负荷能力。在渠道中得到推流式模型的某些特征。这样带来的好处之一是经过曝气的污水在流到出水堰时会形成良好的混合液生物絮凝体。这种絮凝体可以提高二沉池内的污泥沉降速度及澄清效果。另外，推流式模型对前置缺氧池反硝化工艺也是极其重要的。反硝化工艺要求水体中没有溶解氧，此时唯一的氧源来自水中的硝酸盐氮。通过对表曝机的设计与控制，曝气区末端的溶解氧可以减少到最低程度，有效地防止前置缺氧池氧过量的问题，由于采取这种流型，当几乎没有溶解氧的混合液回流到前置缺氧池后，可以取得最好的反硝化效果，过多的氧进入前置缺氧池会对反硝化过程产生危害。若在缺氧段增加前置厌氧池，可以达到脱磷脱氮的目的。传氧效率大大提高，它的表曝机传氧效率在标准状态下可达到2.0～2.2kgO2/kw（电机功率）·hr。Carrousel系统具有很强的输入动力调节能力。当需氧量降低时，Carrousel氧化沟的一个或数个表曝机可以切换到较低的转速，同时还可以通过改变叶轮浸没深度改变动力输入。一般情况下，叶轮曝气机的输出功率可以在25％～100％的范围内调节而不影响混合搅拌功能和氧化沟渠道流速。通常污水厂的实际流量都低于设计流量，因此，立式叶轮表曝机的上述特点对降低污水厂的运行与维护费用可以起到很大作用。Carrousel的工艺设计可以使表曝机的数量达到最少，从而减少了设备投资，设备安装费用。Carrousel系统设备的管理维护工作量很少，曝气机只是每年更换一次