生物脱氮除磷的工艺大比较

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楼主 2018-11-08 12:35:00
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摘要:环境污染和水体富营养化问题的尖锐化迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮磷排放标准,这也使污水脱氮除磷技术一度成为污水处理领域的热点和难点。因此,研究和开发高效、经济的生物脱氮除磷工艺成为当前城市污水处5将污水理技术研究的热点。


  

关键词:生物脱氮除磷 聚磷菌 城市污水


1.污水生物脱氮除磷的基本原理


在好氧条件下通过硝化反应先将氨氮氧化为硝酸盐,再通过缺氧条件下的反硝化反应将硝酸盐异化还原成气态氮从水中去除。由此而发展起来的生物脱氮工艺大多将缺氧区和好氧区分开,形成分级硝化反硝化工艺,以便硝化与反硝化能够独立进行。


污水生物除磷是通过厌氧段和好氧段得交替操作,利用活性污泥的超量吸磷特性,使细胞含磷量相当高的细菌群体能够在处理系统的基质竞争中取得优势,剩余污泥的含磷量达到3%-7%,进入剩余污泥的总磷量增大,处理出水的磷浓度明显降低。


2.生物脱氮除磷工艺的比较


2.1 AAO工艺


传统的AAO工艺流程是:污水首先进入厌氧池,兼性厌氧菌将水中的易降解有机物转化成VFAS1回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷菌分解,此为释磷,所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧的环境下维持生存,另一部分共聚磷菌主动吸收VFAS,并在体内储存PHB。进入缺氧区,反消化细菌就利用混合液回流带入硝酸盐及进水中的有机物进行反消化脱氮,接着进入好氧区,聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外,主要分解体内储存的PHB产生的能量供自身生长繁殖。最后,混合液进入沉淀池进行泥水分离,上清液作为处理水释放,沉淀污泥的一部分回流厌氧池,另一部分作为剩余污泥排放。


              N2    混合液回流

               ↑ ↓

进水→厌氧池→缺氧池→好氧(硝化)池→沉淀池→出水

    ↑                                   ↓    剩余污泥


                 AOO工艺流程图


该工艺简洁,污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行,丝状菌不能大量繁殖,污泥沉降性能好。该处理系统出水中磷浓度科达到1 mg/L以下,氨氮也可达到8 mg/L以下。


该法需要注意的问题是,进入沉淀次得混合液通常要保持一定的溶解氧浓度,以防止沉淀池中反消化和污泥厌氧释磷,但这会导致回流污泥和回流混合液中存在一定的溶解氧回流污泥存在的硝酸盐对厌氧释磷过程也存在一定的影响,同时,系统所排放的剩余污泥中。仅有的一部分污泥是经历了完整的厌氧和好氧的过程,影响了污泥的充分吸磷。系统污泥泥龄因为兼顾硝化菌的生长而不可能太短,导致除磷效果难以进一步提高。


2.2改良Bardenpho工艺


Barnard公益在缺氧池之前增设了一个厌氧池,保证了磷的释放,从而保证了聚磷菌好氧条件下有更强的吸收磷的功能,提高了除磷效率。该工艺进水和回流污泥在厌氧池混合接触,从而促进发酵作用和磷释放的进行。[2]该工艺的缺点是污泥回流携带的硝酸盐回到厌氧池会对除磷有明显的不利影响。且受水质影响较大,对于不同的污水除磷效果不稳定。该工艺的意义在于首次把生物脱氮和除磷2种功能结合于1个系统,由此开创了生物同时脱氮除磷工艺研究的新时代。


                   N2    混合液回流                      

                   ↑                        N2 

进水→厌氧池→第一缺氧池→第一好氧池→第二缺氧池→第二好氧池→沉淀池→出水

 ↑                                                             ↓  剩余污泥   

                                  污泥回流


                           Bardenpho工艺流程


2.3 UCT及改良UCT工艺


UCT工艺 University of Capetown,UCT是南非开普敦大学开发类似于A2/O工艺的一种脱氮除磷工艺。


UCT工艺与A2/O工艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池,这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池,破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷率。增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流,由缺氧池向厌氧池回流的混合液中含有较多的溶解性BOD,而硝酸盐很少,为厌氧段内所进行的有机物水解反应提供了最优的条件。在实际运行过程中,当进水中总凯氏氮TKN与COD的比值高时,需要降低混合液的回流比以防止NO3-进入厌氧池。但是如果回流比太小,会增加缺氧反应池的实际停留时间,而实验观测证明,如果缺氧反应池的实际停留时间超过1h,在某些单元中污泥的沉降性能会恶化。


UCT工艺流程



SBR工艺


传统的脱氮理论认为,硝化与反硝化反应不能同时发生,硝化反应在好氧条件下进行,而反硝化反应在缺氧条件下完成,SBR工艺的序批式运行为这样的反应条件创造了良好的环境。


SBR脱氮除磷工艺流程



静止进水可以使进水阶段结束后反应器中形成较高的基质浓度梯度,节省能耗;搅拌进水可以使反应器保持厌氧状态,保证磷的释放;[5]曝气后的反应混合可以进行反硝化反应;随后的曝气可以吹脱污泥释放的氮气,保证沉淀效果,避免磷过早释放;为了防止沉淀阶段发生磷的提前释放问题,让排泥和沉淀同时进行。


一般认为,要达到良好的脱氮除磷效果,废水的COD与总氮的质量比值应大于9。Ruya等人对SBR工艺的研究证明,废水中的总COD值并不是可以反映污水脱氮除磷所需碳源的有效参数,而COD中的易生物降解部分才是可以评价系统功能的主要参数。Tam[7]等人的研究认为,当进水的有机基质主要为易生物降解的组分时,反硝化和生物释磷可以同时发生,然而当难生物降解组分为主时,生物释磷是在反硝化之后发生的。


因为系统中的硝酸盐氮对EBPR有不利影响,所以最初的研究认为,能发生EBPR反应的细菌不能够进行反硝化反应,但是现在有很多研究表明,聚磷菌中至少有一部分能够在缺氧条件下利用硝酸盐为氧供体进行吸磷而发生反硝化反应[8],所以好氧段只需进行到硝化阶段即可,反硝化及吸磷可以在后续的兼性阶段完成。这种情况下,可以节省能耗和避免厌氧段反硝化菌对碳源的竞争,污泥产量和SVI值都会减小[9],但是缺氧条件下的吸磷速率较为缓慢。


SBR艺是一种高效、经济、可靠、适合中小水量污水处理的工艺,符合我国的国情;尤其是SBR工艺对于污水中氮、磷的去除,有其独到的优势,所以SBR工艺及其新工艺在我国有着广阔的应用前景。


生物脱氮除磷技术的发展前景趋势


污水排放标准的不断严格是目前世界各国的普遍发展趋势,以控制水体富营养化为目的的氮、磷脱除技术开发已经成为世界各国主要的奋斗目标。我国对生物脱氮除磷技术的研究起步较晚,投入的资金也非常有限,研究水平仍处于发展阶段。目前在生物脱氮除磷技术基础理论没有重大革新之前,充分利用现有的工艺组合,开发技术成熟、经济高效且符合国情的工艺应是今后我国脱氮除磷工艺发展的主要方向,主体现在:


1.开展对生物脱氮除磷更深入的基础研究和应用开发,优化生物脱氮除磷组合工艺,开发高效、经济的小型h化、商品化脱氮除磷组合工艺。


2.发展可持续污水处理工艺,朝着节约碳源、降低CO2释放、减少剩余污泥排放,以及实现氮磷回收和处理水回用等方向发展。


3.大力开发适合现有污水处理厂改造的高效脱氮除磷技术。


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