厌氧与好氧结合

3.5厌氧、缺氧与好氧结合的处理技术由于废水中所含有机物种类的复杂化和各种微生物的广泛适应性，厌氧、缺氧和好氧结合的废水处理技术具有巨大的发展潜力和良好的应用前景。a.厌氧－好氧处理工艺（A1-O)生物除磷、高浓度有机工业废水、含难降解有机物的工业废水、污泥膨胀的控制；b.缺氧－好氧处理工艺（A2-O)生物脱氮、废水中有机物的水解；c.厌氧－缺氧－好氧处理工艺（A1-A2-O)生物脱氮除磷、含难降解有机物的工业废水。生物除磷的原理与工艺城市污水中的磷主要来源于人类活动的排泄物及工业产生的废弃物。近年合成洗涤剂和家用清洗剂的使用是引起污水中磷含量增高的主要原因之一。在常规二级生物处理系统中，BOD5的生物降解过程伴随着微生物菌体的合成，磷作为微生物正常生长所需要的元素成为微生物的组分，并随着剩余污泥的排放将磷从系统中去除。在常规活性污泥系统中，微生物正常生长时活性污泥含磷量一般为污泥干重的1.5%-2.3%，由于进水BOD5/TP（总磷）的比值、泥龄、污泥处理方法及处理液回流量等因素的不同，通过剩余污泥的排放仅能获得10%-30%的除磷效果。假设初沉池出水的BOD5浓度为140mg/L溶解磷浓度为8mg/L，剩余污泥产率为0.6gVSS/gBOD5，生物处理过程将有1.2-1.7mg/L的磷去除，去除率为15％－21％。采用污水生物除磷技术，一般磷的去除率可达到80％－90％，较好情况下出水总磷可低于1mg/L。要将污水中的磷降低到0.5mg/L以下，仅仅采用生物除磷则比较困难，往往要以化学法作为辅助方法。污水生物除磷技术的发展起源于生物超量吸收磷现象的发现。污水生物除磷就是利用活性污泥的过量磷吸收的现象，通过污水生物处理系统的特殊设计和运行条件的控制，使细胞含磷量相当高的细菌群体能在处理系统的基质竞争中取得优势，使污泥的含磷量达到3％－7％，然后将这些细胞随污泥排除处理系统。生物除磷工艺的一个特征是厌氧区的设置，供聚磷菌（贮磷菌）吸收基质，产生选择性增殖。大量的资料证实，在生物除磷工艺中经过厌氧状态释放正磷酸盐的活性污泥，在好氧状态下具有很强的磷吸收能力，并且磷的厌氧释放是好氧磷吸收和除磷的前提条件。多数污水生物处理系统要兼顾脱氮和除磷两方面的功能，工艺构造上基于硝化和反硝化方面的考虑较多，使处理系统在发生硝化的情下也能保证较好的除磷性能。生物除磷的原理a.厌氧区•水解作用：在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD转化成VFAs（低分子有机物）；•生物聚磷菌（或称除磷菌）获得VFA：这些细菌吸收厌氧区产生的或来自原污水的VFA，并将其运送到细胞内，转化成胞内碳源存贮物PHB。这一生化过程所需的能量来源于细胞内聚合磷的水解，并导致磷酸盐的释放。b.好氧区•磷的吸收：细菌从污水中超量摄取磷，并储存于细胞中形成磷的过量存贮，从而将磷从污水中去除。这一生化过程所需的能量由在厌氧过程中细胞内存储的PHB的氧化代谢产生。•合成新的贮磷菌细胞，产生富含磷的生物污泥。c.除磷系统剩余污泥排放：通过剩余污泥排放，将磷从系统中去除。在好氧条件下聚合磷的累计可按简化的方程式描述：C2H4O2+0.16NH4++1.2O2+0.2PO43-0.16C5H7NO2+1.2CO2+0.2(HPO3)+1.4OH-+0.48N2+0.96H2O细胞物质聚合磷在厌氧条件下聚合磷酸盐的降解可简示如下：2C2H4O2+(HPO3)+H2O(C2H4O2)2+PO43-+3H+聚合磷储存的有机物生物除磷的反应动力学1.厌氧阶段：吸收乙酸的动力学可大致用Monod方程描述：式中：KHAc:乙酸吸收常数；SHAc:乙酸浓度；KS,Hac:乙酸去除的饱和浓度；XB,PAO:聚磷菌（PAO）的浓度。vPO4:乙酸盐与磷酸盐之间的化学计量系数（2molHAc/molP)PAOBHAcSHAcHAcHAcXKSSKr,,HAcV,PAOBHAcSHAcHAcHAcPOHAcXKSSKvr,,4,PO4V,2.好氧阶段：磷酸盐的吸收速率可用Monod方程描述：式中：umax,P:聚磷菌的最大比增长速率；Ymax,P:最大产率系数;SPO4:磷酸盐磷的浓度；KS,PO4:磷酸盐磷的饱和常数。对生物除磷过程反应动力学进行更详细描述的模型是IAWQASM2模型。4,4,44max,max,POBPOSPOPOPPXKSSYrPO4V,生物除磷的环境因素聚磷菌对环境因素的相应与反硝化菌、好氧异养菌相似。为了能够积累聚合磷，以下条件十分重要：a.厌氧/好氧的交替条件；b.厌氧阶段不存在硝酸盐（化合态氧）反硝化需要利用易降解有机碳，使易降解有机碳量减少。聚磷菌得不到充足的易降解有机碳，使磷的去除量减少，从而影响了聚磷菌的代谢,1molNO3-反硝化消耗1.26molHAc。c.厌氧段不存在O2；d.充足的碳源：TBOD5/TP：15-20：1e.温度：5℃f.pH:6.5-8.0生物除磷的工艺A1/O系统包括活性污泥反应池和标准的二沉池，反应池划分成厌氧区和好氧区，其中厌氧区约占20％的池容。一般情况下厌氧区和好氧区分别被分隔成2－4个格。进水与回流污泥在厌氧区进水端混合后流经多个反应格串联组成的厌氧区，随后是多个反应格串联组成的好氧区，混合液最后进入二沉池，通过固液分离，污泥从二沉池回流到厌氧区。部分富磷污泥以剩余污泥的形式从系统中排出，实现磷的去除。厌氧好氧（无硝化）二沉池进水污泥回流剩余污泥出水厌氧－缺氧－好氧的脱氮除磷工艺为了达到同时除磷脱氮的目的，可采用称为具有硝化功能的A1/O变型工艺，也就是在A1/O工艺的厌氧区之后、好氧区之前增设一个缺氧区，好氧区具有硝化功能，并使好氧区中的混合液回流至缺氧区，使之反硝化脱氮。这样就构成了既除磷又脱氮的厌氧/缺氧/好氧系统（Anaerobic/Anoxic/Oxic），简称A2/O工艺。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A-A-O工艺实例A2/O系统的运行条件项目平均流量平均停留时间及格数MLSS泥龄温度污泥处理（m3/d）厌氧好氧（h）（mg/L）（d）（℃）参数122001.8(3)6.7(4)260016-2410-17厌氧消化运行结果单位(mg/L)BOD5NH4-NNO3-NTPSS进水14326.12.75.261出水12.98.99.70.63.7各种脱氮除磷工艺：Bardenpho工艺UCT工艺Phoredox工艺VIP脱氮除磷工艺（VirginiaInitiativePlant）氧化沟工艺脱氮除磷间歇式活性污泥法（SBR）的脱氮除磷ICEAS工艺循环活性污泥处理法（CAST）工艺化学强化的生物脱氮除磷工艺化学强化的生物脱氮除磷工艺是在生物脱氮除磷优化运行的条件下以化学法进行强化除磷，该工艺可以A2O、AO法的方式运行。工艺实例美国密执安州AnnArbor污水处理厂[8]是一座处理能力为12万吨/天的城市污水处理厂。由于该厂地处美国密执安湖的上游，处理后出水的水质要求见下表：AnnArbor污水处理厂进、出水水质要求（单位：mg/L）项目BOD5SSNH3－NTP进水15918214.95.4出水101020.6该厂的特点是对各项水质指标的去除率都要求较高，BOO5、SS、NH3－N和TP的去除率分别要求为93.7%，94.5%，86.6%和88.9%。改进后的处理效果•1994年开始采用优化运行方法，并在1995年全部实施，出水水质达标，而且节省了大量的药剂取得了良好的效果。•图中1993年未采用优化方法时从6月1日到9月30日出水中TP超标率为50％，即一半的运行日期TP超标，最大浓度（1.72mg/L）超过排放标准（0.6mg/L）186％。采用优化的化学法与生物法结合的处理工艺后，1995年6月1日到9月30日出水中TP超标率为7％，最大浓度（0.67mg/L）超过排放标准（0.6mg/L）11％。00.20.40.60.811.21.41.61.821611162126161116212631510152025304914192429时间（日期）出水TP(mg/l)•采用优化工艺前平均FeCl3的投加量为89.5吨/月，而优化后FeCl3的投加量为29.6吨/月，药耗降低66.9%，同时保证了出水总磷达标。阅读：RichardI.Sedlak《PhosphorusandNitrogenRemovalfromMunicipalWastewater:PrinciplesandPractice》NewYork:LewisPublishers1郑兴灿李亚新编著《污水除磷脱氮技术》中国建筑工业出版社，19984月22日宋保栋催化湿式氧化法滴滤池反应器王江涛膜生物反应器的污水处理技术探讨贾建军T型氧化沟技术在城市污水处理中的应用姜登岭SBR工艺发展及新技术—MSBR5月13日肖晶华难降解氯代有机物的厌氧生物处理方喜铃生物强化技术处理难降解有机物魏春海膜生物反应器处理难降解有机物李宗轩高浓度有机化工废水处理的现状贾瑞宝炼油废水中多环芳烃生物处理技术研究进展5月27日吴光学高效生物除磷卜庆杰简捷硝化-反硝化杨洋厌氧氨氧化向长生湿地处理技术朱勇兵Cass工艺宗栋梁生物处理的新进展