UNIT8生物除磷

生物除磷通过生物的方法去除磷就是生物除磷。磷的去除通常就是控制富营养化，因为磷是大多数淡水系统的限制营养物。污水处理厂排出污水限制磷在0.10mg/l到2.0mg/l的范围，这取决于处理厂的位置和回收水的潜在影响。矾和铁盐是最普遍的应用在磷去除的的化学处理技术，但是自从20世纪80年代生物除磷技术在全面的处理厂的进一步发展取得成功。生物除磷的主要优势是减少了化学处理的成本，和化学沉淀相比也减少了污泥产量。过程描述在生物除磷中，进水中的磷被合成细胞生物量，随后作为剩余污泥被去除。一个反应器构型用来提供比其他细菌更有竞争优势的聚磷菌来吸收磷使自身得到增长。这个被用来去除磷的反应器构型被包含在厌氧池中，有一个0.50到1.0h的τ值，它在活性污泥厌氧池的前面（图表8.1）.厌氧池用来使回流污泥和进水混合接触。厌氧接触池放在很多不同类型悬浮生长进程的前面，好氧SRT值在2到4天范围内。生物系统中磷的去除基于以下观测:1.大量细菌能够在它们细胞中以聚磷酸盐的形式贮藏大量的磷。2.在厌氧条件下，聚磷菌将同化发酵产物（例如挥发性脂肪酸）为细胞内贮藏物质，同时伴随着从贮藏的聚磷酸盐中释放磷。3.在好氧条件下，通过氧化贮藏物质和细胞增长的聚磷酸盐来产生能量。发生在厌氧和好氧缺氧反应器或区内的一个简化的过程形式如下所诉。在很多磷去除的应用中，缺氧反应池在厌氧反应池后面，领先于好氧反应池。大多数聚磷菌能够用营养物质代替氧气去氧化碳源。一个更加综合的生物化学进程描述。发生在厌氧区的进程·正如前面定义的，bsCOD发酵产生的乙酸乙酯被可降解的有机物质溶解，能够很容易的被生物量同化。取决于厌氧区的τ值，一些胶体和微粒的COD同样被水解和转变为乙酸乙酯，但是和bsCOD的转化相比量很少。·所需能量能够从贮藏的聚磷酸盐中获得，聚磷菌同化乙酸乙酯产生细胞内PHB贮藏物质。一些包含在细胞中的糖原同样被利用。乙酸乙酯被摄取的同时也释放氧磷酸根，镁，钾，钙阳离子。·聚磷酸盐减少的同时聚磷菌中的PHB增加。发生在好氧/缺氧区的进程·贮藏PHB是新陈代谢，为新细胞的生长提供氧化产生的能量和碳源。·一些糖原也由PHB新陈代谢产生。·PHB氧化释放的能量用来形成聚磷酸盐贮藏在细胞中以至于氧磷酸根从溶液中移除并且合成细菌细胞中的聚磷酸盐。由于PHB的利用和新的有着高聚磷酸盐贮藏的生物量，细胞增长同样发生来解释磷的去除。·当部分生物量被浪费，贮藏的磷从生物处理反应器移除到最终处理的排出污泥中。这发生在厌氧和好氧区，以图表的形式表示在图表8.2中。微生物学磷在通过ATP和聚磷酸盐的细胞转化机制中很重要。在磷的结合中每摩尔ADP转化成ATP要7.4千卡的氧化还原过程中产生的能量。正如细胞利用能量，ATP转化为ADP有磷的释放。在活性污泥处理系统中的普通的异染细菌含有1.5%-2.0%的磷。然而，很多细菌能够将磷贮藏在它们的细胞中形成富有能量的聚磷酸盐，干重含有20%-30%的磷。聚磷酸盐包含在异染颗粒中，细胞中同时含有镁，钙，钾阳离子。在厌氧区，氧磷酸根的浓度能在液体中测出高达40mg/L，相比于进水中浓度是5-8mg/L.在这个区细菌释放的高浓度的氧磷酸根能作为指示剂。同样在这个区，PHB的含量明显在细菌细胞中发现，但是PHB的浓度在接下来的缺氧和（或）好氧区能够测出和量化在明显的减少。在缺氧和好氧区氧磷酸根从溶液中被摄取，通常导致非常低的浓度。通过生物除磷的调查研究发现，在厌氧条件下乙酸乙酯对于形成PHB非常必要，它给聚磷菌提供一个可竞争的优势。厌氧区在厌氧/好氧处理进程中被认为是一个“选择体”，因为它提供聚磷菌增殖的条件，事实上部分进水bsCOD被聚磷菌消耗代替了其他的异染细菌。因为聚磷菌更喜欢分子量低的发酵产物，没有厌氧区就不会有可获得的食物来源，厌氧区提供进水bsCOD发酵物给乙酸乙酯。由于聚磷酸盐的贮藏能力，聚磷菌有能量在厌氧区同化乙酸乙酯。其他的好氧异染细菌没有这样的机制摄取乙酸乙酯，并且当在厌氧区聚磷菌同化COD的时候他们被饿着。同样可看出聚磷菌在活性污泥中形成稠密的，好的沉降絮体，这是一个额外的优势。在一些反应器中，由于污泥沉降的优势使得厌氧/好氧进程顺序被使用，即使生物除磷没有被要求。应当注意生物除磷系统中剩余污泥的处理。当污泥在厌氧条件时，磷将被释放。当细菌利用聚磷酸盐作为能量来源时，即使没有乙酸乙酯的加入，氧磷酸根也会释放。生物除磷系统中厌氧区接触时间延长后，氧磷酸根的释放也会发生。在那种情况下，释放的磷可能在好氧区被吸收，因为磷的释放和乙酸乙酯的吸收及后来氧化贮存PHB没有关联。在这些条件下释放的氧磷酸根被认为是二次释放，这会导致生物进程中一个低的磷去除率。化学性生物除磷基于磷去除机理的描述，在厌氧区对聚磷菌的数量起决定性作用的乙酸乙酯的吸收将会产生，并且通过这个路径磷会被去除。如果明显数量的溶解氧和硝酸根进入厌氧区，乙酸乙酯会在聚磷菌吸收前被耗尽，处理进程将会被抑制。生物除磷不用在被设计作为硝化作用的系统中，（这个系统）不包括进入厌氧区的回流污泥中反硝化所减少的硝酸根。当大多数bsCOD在短期厌氧滞留时间τ中转化为乙酸乙酯时，污水进水中的bsCOD将会利用被生物存储所去除的磷。以下假设被用来评估化学生物除磷：（i）由于发酵进程中的低生物产量，大多数COD发酵物转化为挥发性脂肪酸时，每克bsCOD将会产生1.06克乙酸乙酯。（ii）生物产量为0.30克膨胀污泥每克乙酸乙酯。（iii）细胞磷含量为0.3克磷每克膨胀污泥。这些假设说明，通过生物存储机理，去除1克磷要大约10克bsCOD。其他的活性污泥系统中bsCOD的去除将导致更多的磷通过细胞合成被去除。当bsCOD或乙酸乙酯以一个稳定的速率获得时，生物除磷运行状态将会更好。饥饿期或者低bsCOD浓度导致细胞内糖原，PHB，聚磷酸盐的存储被改变，并且导致磷去除效率快速下降。磷能从污水中被去除。