生物水处理

生物脱氮除磷研究进展王丽敏南京林业大学轻工科学与工程学院121501225摘要：生物脱氮除磷技术一直是污水处理领域所关注的重点。介绍了传统生物脱氮除磷机理及其相关要求，并对今后的生物脱氮除磷新技术进行了展望。关键词:脱氮除磷;机理;工艺；影响因素ResearchProgressonBiologicalDenitrificationandPhosphorusRemovalAbstract:Biologicalnutrientremovaltechnologyhasbeenthefocusofconcerninthefieldofsewagetreatment.ThispaperDescribesthetraditionalBiologicalnutrientremovalmechanismandtherelevantrequirements,andgeneralizesthedevelopmentdirectionofbiologicaltechnologyofdenitrificationandphosphorusremoval.Keywords:denitrificationandphosphorusremoval;mechanism;process;Factors0引言最近几年来，由于水体富营养化问题的日益严峻，使得国内对污水中氮磷的危害性认识逐渐深入使废水脱氮除磷的工艺的研究得到发展。但是大部分污水脱氮除磷工艺仍然是借鉴与国外的工艺，而这些工艺还或多或少地存在一些问题。如何解决现有废水脱氮除磷工艺中存在的问题，提高污水脱氮除磷效率和运行的稳定性，是目前环境工程界亟待解决的问题。1生物脱氮除磷机理1.1.1传统生物脱氮机理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和NH3-N转化为N2和NxO气体的过程。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成NH3-N，而后经硝化过程转化变为NOx-N，最后通过反硝化作用使NOx-N转化成N2，而逸入大气。①氨化作用污水中的有机氮主要以蛋白质和氨基酸的形式存在,蛋白质在蛋白质水解酶的催化作用下水解为氨基酸,氨基酸在脱氨基酶作用下产生脱氨基作用使有机氮转化为氨氮。②硝化作用硝化反应是由自养型好氧微生物完成。氨氮首先在亚硝化菌作用下转化为亚硝酸盐,然后在硝酸菌作用下亚硝酸盐进一步转化为硝酸盐,这一过程需大量氧。③反硝化作用即在缺氧或厌氧的条件下，硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气。1.1.2传统生物脱氮工艺1．活性污泥法脱氮传统工艺第一级曝气池的功能：①碳化--去除BOD5、COD；②氨化--使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。--其优点是氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底；--其缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。2．O/A两级活性污泥法脱氮工艺（BOD去除和硝化两个反应过程放在一起）3．A/O（缺氧——好氧）工艺——又称“前置式反硝化生物脱氮系统”1.1.3新型生物脱氮工艺【1】①短程硝化反硝化将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NO：一的进一步硝化，然后直接进行反硝化。然而，硝化菌能够迅速地将NO一转化为NO，一，将NH的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事。目前，经NO一途径实现生物脱氮成功应用的报道还不多见。影响NO一积累的控制因素比较复杂，主要有温度、pH、游离氨(FA)、溶解氧(DO)、游离羟胺(FH)以及水力负荷、有害物质和污泥泥龄等。具有如下的优点：(1)硝化阶段可减少25%左右的需氧量，降低了能耗；(2)反硝化阶段可减少40%左右的有机碳源，降低了运行费用；(3)反应时问缩短，反应器容积可减小30%～40%左右；(4)具有较高的反硝化速率(NO一的反硝化速率通常比NO，一的高63%左右；(5)污泥产量降低(硝化过程可少产污泥33%～35%左右，反硝化过程中可少产污泥55%左右)；(6)减少了投碱量等。对许多低COD／NH’比废水(如焦化和石化废水及垃圾填埋渗滤水等)的生物脱氮处理，短程硝化反硝化显然具有重要的现实意义。②同时硝化反硝化即硝化与反硝化反应在同一个反应器中同时完成。SND生物脱氮的机理目前已初步形成了三种解释，即宏观环境解释、微环境理论和生物学解释。目前要解决的问题是实际废水中氨氮含量高，但是亚硝氮含量非常低，而且要求的反应温度过高(32℃)，这些都限制了厌氧氨氧化反应器的实际运用。1.2传统生物除磷机理1）生物除磷只要由一类统称为聚磷菌的微生物完成，由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产物，使得聚磷菌在生物除磷系统中具备了竞争的优势。2）在厌氧状态下，兼性菌将溶解性有机物转化成挥发性脂肪酸；聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐，并从中获得能量，吸收污水中的易讲解的COD，同化成细胞内碳能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等3）在好氧或缺氧条件下，聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体，氧化代谢内贮物质PHB或PHV等，并产生能量，过量地从无水中摄取磷酸盐，能量以高能物质ATP的形式存贮，其中一部分有转化为聚磷，作为能量贮于胞内，通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的1.2.1传统生物除磷工艺1．弗斯特李普除磷工艺2.A/O工艺厌氧好氧（无硝化）二沉池进水污泥回流剩余污泥出水1.2.2新型反硝化除磷工艺反硝化除磷细菌能在缺氧(无O2但存在NO3-)环境下摄磷。DPB的生物摄/放磷作用被研究人员所证实，它具有同PAO极为相似的除磷原理,只是氧化细胞内贮存的PHA时电子受体不同而已(PAO为O2,而DPB为NO3-)。在缺氧条件下,反硝化除磷细菌DPB能够像在好氧条件下一样,利用硝酸氮充当电子受体,产生同样的生物摄磷作用。在生物摄磷的同时,硝酸氮被还原为氮气,这使得摄磷和反硝化(脱氮)这两个不同的生物过程借助同一个细菌在同一个环境中完成【2】。摄磷和脱氮过程的结合不仅节省了脱氮对碳源的需要,而且摄磷在缺氧条件下完成可缩小曝气区的体积产生的剩余污泥量也有望降低【3】。2生物脱氮除磷技术进展2.1基于传统理论的生物脱氮除磷技术1.A/A/O（厌氧-缺氧-好氧）缺氧好氧（硝化）二沉池进水回流污泥剩余污泥出水厌氧混合液回流2.Bardenpho（巴顿甫）工艺2.2新型生物脱氮除磷技术1.改良A2/O工艺改良A2/O工艺是中国市政工程华北设计研究院提出的,该工艺综合了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【4】。2.UCT改良工艺改良的UCT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。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NO-3-N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【5】。3.结语污水生物脱氮除磷技术的发展目前主要集中于两个方面:首先是基于传统理论水平的工艺流程及反应器上的改进;其次是在新的微生物学和生物化学理论基础上开发出的新型工艺。随着脱氮除磷理论的发展,人们对生物脱氮除磷的认识将进一步深入。生物脱氮除磷工艺也理应结合可持续污水处理的理念,最大程度地减少COD氧化,尽可能减少CO2排放量,减小剩余污泥产量,充分利用磷酸盐污泥,这将是今后污水处理领域发展的方向。参考文献：【1】中国污水处理工程网-污水处理技术2012-7-13【2】郝晓地,汪慧贞,钱易,等.欧洲城市污水处理技术新概念---可持续生物除磷脱氮工艺(上)[J].给水排水,2002,28(6):6-11.【3】王晓莲,彭永臻,王淑宝,等.城市可持续污水生物处理技术[J].水处理技术2004.30(2)106-109.【4】任洁，顾国维，杨海改良型A2/O工艺处理城市污水的中试研究.中国期刊全文数据库.2000【5】肖文涛.污水生物脱氮除磷工艺的现状与发展[A].中国期刊全文数据库,2010.