第二章.生物除磷

第二章生物除磷2.1．生物除磷微生物种类及生理生化特点2.1.1微生物种类废水生物除磷系统中，通常存在着具有不同功能的三类微生物，即具磷菌、发酵产酸菌和养样好样菌。其中养样好养菌属于非聚磷菌，对生物除磷所做贡献不大，聚磷菌和发酵产酸菌具有密切的关系。2.1.2生理生化特点2.2.生物除磷微生物原理及反应方程式2.2.1原理：污水中除磷的本质是通过聚磷菌过量的超出其生理需要的摄取废水中的磷，以聚磷酸盐的形式聚集于胞内，形成高磷污泥作为剩余污泥排除从而达到从废水中除磷的效果所谓生物除磷,是利用聚磷菌一类的微生物,在厌氧条件下释放磷。而在好氧条件下,能够过量地从外部环境摄取磷,在数量上超过其生理需要,并将磷以聚合的形态储藏在菌体内,形成高磷污泥排出系统,达到从污水中除磷的效果。生物除磷过程可分为3个阶段,即细菌的压抑放磷、过渡积累和奢量吸收。首先将活性污泥处于短时间的厌氧状态时,储磷菌把储存的聚磷酸盐进行分解,提供能量,并大量吸收污水中的BOD、释放磷(聚磷酸盐水解为正磷酸盐),使污水中BOD下降,磷含量升高。然后在好氧阶段,微生物利用被氧化分解所获得的能量,大量吸收在厌氧阶段释放的磷和原污水中的磷,完成磷的过渡积累和最后的奢量吸收,在细胞体内合成聚磷酸盐而储存起来,从而达到去除BOD和磷的目的。反应方程式如下:(1)聚磷菌摄取磷:ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O(2)聚磷菌的放磷:ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量2.2.2反应方程式：2.3．生物除磷的影响因素及条件2.3.1影响因素：1）溶解氧在聚磷菌放磷的厌氧反应器内对污泥的放磷不利;2）氮源的浓度和种类氮源的浓度是影响生物除磷效果的一个重要因素，有机物浓度提高后诱发了反硝化作用，并迅速耗去了硝酸盐故有机物浓度越高，污泥放磷越早，越快。其次，碳源可为反胶产酸菌提供足够的养料，从而为聚磷菌提供放磷所需的溶解性基质。使出水的磷浓度小于1MG/g,，进水总BOD与总磷之比在23~30.至少要高于15，才能使泥龄较短的除磷系统出水磷较低。混合碳源或污水中的有机基质对厌氧放磷的影响情况较为复杂，大分子有机物必须先在发酵产酸碱的作用下转化为小分子的发酵产物后，才能被聚磷酸吸收并诱导利用的基质，其诱导放磷的速度取决于非聚磷菌对他们的转化效率。3）污泥龄生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有巨大的影响，剩余污泥量较多，可取得较高的除磷效果，污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%，而当污泥龄将至5d时，除磷率高达87%4）温度与PH值在5-30摄氏度的范围内，都可以取得较好的除磷效果，生物除磷系统最适宜的PH范围为中性或弱碱性，大致为6-8；生活污水的PH范围内，对PH不适合的工业废水，处理前必须先行调节。5）负荷较高的负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的底限是BOD/TP=20，有机基质不同对除磷也有影响，一般低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导林释放的能力较弱。磷的释放越充分，磷的摄取量也越大6）硝酸氮和亚硝酸氮硝酸氮和亚硝酸氮的存在会抑制细菌对磷的释放，从而影响在好养条件下的吸收，-N浓度应小于2mg/g。但当COD/TKN10时，-N对生物除磷的影响减弱2.4．生物除磷的工艺类型：包括A/O工艺，/O工艺，phostrip工艺，bardenpho工艺，UCT工艺，phoredox工艺，AP工艺和VIP工艺常见的有：2.4.1A/O除磷工艺1)该工艺主要通过排除富含磷的剩余污泥达到除磷的目的，2)其主要特点是工艺流程简单，不需投药，运行费和建设费少，缺点是除磷效率低，去除率为75％左右，当P/BOD值较高时，难以到达排放要求。3)工艺流程：使微生物顺次厌氧和好养交替循环流动的方法，在进水端，进水与回流污泥混合，进入一个推流式厌氧接触区，厌氧区内设有混合器，缓慢搅拌使污泥保持不沉，有时厌氧区还被分为几个室。厌氧区是曝气的后区，最后进入沉淀池，使泥水分离.如图：4）特点速率高；水利停留时间短，在典型设计的厌氧区，停留时间为0.5-1小时，好氧区为1-3小时；系统泥龄短，因此系统往往达不到消化，回流污泥中不会携带硝酸根到达厌氧区。5）设计要求1）.在厌氧池中严格控制厌氧条件，使其既无分子态也无硝酸根等化合态氧。好养池中，要保证DO不低于2mg/l保持好养状态，2.)污水中的BOD5//TP比值应大于20-303).污水中的COD/TKN=10，否则NO3-N浓度必须小于2mg/l4)泥龄短一般3.5-7天.5.)水温在5-31摄氏度之间6).PH=6-87).BOD污泥负荷0.1KG2.4.2.弗斯特里普除磷工艺1）该工艺不但可通过排除含磷的剩余污泥达到除磷的目的，还可利用活性污泥在厌氧池中将磷释放于上清液中，通过去除上清液中的磷而达到除磷的目的，上清液中的磷可通过化学除磷方法去除。2）缺点是工艺复杂，需投加药剂，运行费和建设费较高2.4.3phostrip工艺1）该工艺是一种生物作用与化学沉淀相结合的除磷工艺2）原理：活性污泥混合液中的微生物在曝气池中摄取磷后，在二沉池内沉淀分离，一部分沉淀污泥直接回到曝气池，另一部分则进入在厌氧状态下进行的解析池使除磷菌进行磷释放，多余的污泥作为剩余污泥排走，该工艺主流部分为常规活性污泥法曝气池，是单纯除磷不能去氮的废水处理工艺。工艺流程图：2.4.4VIP除磷工艺1）本工艺是由美国RANDALL教授为首的科研组提出的生物除磷工艺，2）特点：泥龄短，负荷高，运行速率较高，污泥中活性生物的比例增加，除磷效率较高工艺流程图：2.4.5改良型UCT除磷工艺1）原理（特点）：缺氧区被分成两个，缺氧区一：只接受二沉池的回流污泥，并由混合液回流至厌氧区，因此对缺氧一只要求减少经回流污泥携带而来的硝酸根数量，缺氧区二：接受来至好氧区的混合液的回流，其内进行反消化。工艺流程图：附加内容脱氮除磷工艺4.1AB法【2】AB法污水处理工艺是一种新型两段生物处理工艺，是吸附生物降解法的简称。该工艺将高负荷法和两段活性污泥法充分结合起来，不设初沉池，A、B两段严格分开，形成各自的特征菌群，这样既充分利用了上述两种工艺的优点，同时也克服了两者的缺点。所以AB法工艺具有较传统活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。但AB法工艺不具备深度脱氮除磷的条件，对氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的营养物质，容易引起水体的富营养化。AB法工艺对氮、磷的去除以A段的吸附去除为主。污水中的部分有机氮和磷以不溶解态存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通过沉淀转移到固相中，同时生物同化也可以去除一部分以溶解态存在的氮和磷。剩余的磷进入B段用于B段的微生物的合成而得到进一步去除。这样AB法工艺整体显示出了比传统活性污泥法高的氮、磷的去除效果。但是AB法由于自身组成上的特点，决定了其对氮、磷的去除量是有限的。4.2A²/O工艺【3】4.2．1传统A²/O法A²/O是20世纪70年代在厌氧-缺氧工艺上开发出来的同步除磷脱氮工艺,传统A²/O法即厌氧→缺氧→好氧活性污泥法。污水在流经三个不同功能分区的过程中,在不同微生物菌群作用下,使污水中的有机物、氮和磷得到去除。其流程简图见图1。原污水的碳源物质(BOD)首先进入厌氧池聚磷菌优先利用污水中易生物降解有机物成为优势菌种,为除磷创造了条件,然后污水进入缺氧池,反硝化菌利用其它可利用的碳源将回流到缺氧池的硝态氮还原成氮气排入到大气中,达到脱氮的目的。4.2．2改良型A²/O法为了克服传统A²/O工艺的一个缺点,即由于厌氧区居前,回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响,改良A/O工艺在厌氧池之前增设厌氧/缺氧调节池,来自二沉池的回流污泥10%左右的进水进入调节池,停留时间20～30min,微生物利用约10%进水中有机物去除回流污泥中的硝态氮,消除硝态氮对厌氧池的不利影响,从而保证厌氧池的稳定性改良A/O工艺虽然解决了传统A/O工艺中厌氧段回流硝酸盐对放磷的影响,但增加调节池,占地面积及土建费用需相应增加。4.3氧化沟法【4】氧化沟工艺是20世纪50年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，因其构造简单、易于维护管理，很快得到广泛应用。主要有Passveer单沟型、Orbal同心圆型、Carrousel循环折流型、D型双沟式和Ｔ型三沟式等。传统Passveer单沟型和Carrousel型氧化沟不具备脱氮除磷功能，但是在Carrousel氧化沟前增设厌氧池，在沟体内通过曝气装置的合理设置形成缺氧区和好氧区，形成改良型氧化沟，便具备生物脱氮除磷功能。但Carrousel氧化沟缺氧区要求的充足碳源和缺氧区条件不能很好的满足，因此，脱氮除磷效果不是很好。为了提高脱氮效果，在沟内增加了一个预反硝化区，就成了Carrouse2000型氧化沟工艺。氧化沟池型具有独特之处，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系统，但氧化沟采用机械表面曝气，水深不易过大，充氧动力效率低，能耗较高，占地面积较大。4.4SBR法SBR法是间歇式活性污泥法，降解有机物，属循环式活性污泥法范围，主要是好氧活性污泥，回流到反应池前部的污泥吸附区，回流污泥中硝酸盐得以反硝化在充分条件下可大量吸附进水中的有机物达到脱氮除磷的效果。其去除机理如下【5】：a.脱氮是在适当条件下进行的和自然界中氮循环过程相同的过程，即含氮化合物在氨化菌作用下首先进行氨化，然后在硝化菌作用下进行硝化，最后经反硝化菌进行反硝化，将NO3-N、NO2-N还原为N2进入大气中。b.除磷是利用聚磷菌能过量地从外部摄取磷并以聚合物形式贮藏于菌体内形成高磷污泥，从而通过定期除泥而去除磷。SBR工艺在去除有机物的同时，可以完成脱氮除磷。从常规测定数据可以得到很好的证实，只要掌握合理的SBR运行参数，就会收到更理想的脱氮除磷效果。4.5CAST工艺(循环活性污泥法)【6】CAST(CyclicActivatedSludgeTechnology)工艺实质上是可变容积活性污泥法过程和生物选择器原理的有机结合,整个工艺为一间歇式反应器,主反应器前端有一个生物选择器,在主反应器中活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断重复.将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行.CAST方法是一种“充水和排水”活性污泥法系统,废水按一定的周期和阶段得到处理,是SBR(SequencingBatchReactor)工艺的一种变型.4.6OCO工艺【7】OCO工艺见图2，它是由丹麦PuritekA/S公司经过多年研究与实践推出的，它实际上是集BOD、N、P去除于一池的活性污泥法。原水经过格栅、沉砂池的物理处理后，进入OCO反应池的1区，在厌氧区污水与活性污泥混合，混合液流入缺氧区2，并在缺氧区和好氧区3之间循环一定时间后流入沉淀池，澄清液排入处理厂出口，污泥一部分回流到OCO反应池，另外一部分作为剩余污泥予以处理。OCO工艺的特点在于：集厌氧－缺氧－好氧环境于一池，占地少，土建投资低；利用水解作用和反硝化作用，降解有机物时对充氧量要求低，使运行维护费用降低；污泥浓度高，有机负荷低，污泥絮凝沉降好，且沉降污泥稳定，剩余污泥少。图2OCO工艺流程图4.7Dephanox工艺Dephanox脱氮除磷工艺(图3)Kuba等人提出的,它具有硝化和反硝化除磷两套污泥系统(一套是完成硝化的生物膜系统,另一套是悬浮生长的反硝化脱氮除磷污泥系统),将不同的微生物种群控制在各自最佳的泥龄条件下。此工艺满足了兼性厌氧反硝化除磷细菌(DPB)所需环境,解决了除磷系统反硝化碳源不足的问题,具有低能耗、低污泥产量且COD消耗量低的特点【8～9】。初沉池直接为缺氧段提供反硝化所需的碳源(富含PHB的污泥),为好氧段富含氨氮的上清液。中沉池可尽量保证硝化菌泥龄长、溶解氧浓度高的特点,而且使供氧仅用于硝化和厌氧后剩余有机物的氧化,从而节省了曝气能耗。Sorm等通过将厌氧段和初沉池合建，改进了Dephanox工艺设置,证明优化后的系统能够有效地抑制污泥膨胀并且证实了