污水生物脱氮除磷新工艺的研究.doc

污水生物脱氮除磷新工艺的研究
随着经济的快速发展,环境污染问题越来越突出,特别是含氮、磷等植物营养型污染物的超标排放,导致水体富营养化问题日益严重。而常规活性污泥工艺对总氮、总磷的去除率仅在10%～30%之间,远不能达到国家排放标准[1]。因此,研究开发高效、经济的生物脱氮除磷工艺已成为当前水污染控制领域的研究重点和热点。最近的一些研究表明,生物的脱氮除磷过程出现了一些超出人们传统认识的新发现,如某些异养菌也可以参与硝化作用;某些微生物在好氧条件下也可以进行反硝化作用。这些现象的发现以及各个不同工艺之间的组合,都为设计处理工艺提供了新的理论和思路。
1传统的生物脱氮除磷技术
1.1原理
1.1.1生物脱氮机理
生物脱氮理论认为生物脱氮主要包括硝化和反硝化2个生化过程,并由有机氮氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用来完成。
氨化作用即水中的有机氮化合物在氨化细菌分解作用下转化为氨氮。一般氨化过程与微生物去除有机物同时进行,氨化作用进行得很快,有机物去除结束时,氨化过程也已完成,故无需采取特殊的措施。
硝化作用即在供氧充足的条件下,水中的氨氮首先在亚硝化细菌的作用下被氧化成亚硝酸氮,然后再在硝化细菌的作用下进一步氧化成硝酸氮。由于亚硝化细菌和硝化细菌的生长速率低,所以要求较长的污泥龄。
反硝化作用是由反硝化细菌完成的生物化学过程。在缺氧条件下,反硝化细菌将硝化产生的亚硝酸氮和硝酸氮还原成气态氮(N2)或N2O、NO。由于反硝化细菌是兼性厌氧菌,只有在缺氧或厌氧条件下才能进行反硝化,因此需要为其创造一个缺氧或厌氧的环境(好氧池的混合液回流到缺氧池)。
反应方程式如下:
(1)氨化反应:
RCHNH2COOH+O2※NH3+CO2←+RCOOH
(2)硝化反应
NH4++1.5O2※NO2-+H2O+2H+NO2-+1.5O2※NO3-
硝化反应总反应式为:
NH4++2O2※NO3-+H2O+2H+
(3)反硝化反应
NO3-+2H(电子供体—有机物)※NO2-+H2O
NO2-+2H(电子供体—有机物)※0.5
N2+2H2O+OH-
硝化菌(亚硝酸菌、硝酸菌)为化能自养菌,所需的生长环境温度为20℃～30℃。反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,其生长环境要求DOlt;0.5mg/L。
1.1.2生物除磷机理
污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物来完成:在好氧条件下,聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物,产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成,一部分则使ADP与H3PO4结合,转化为ATP而储存起来。细菌以聚磷(一种高能无机化合物)的形式在细胞中储存磷,其能量可以超过生长所需,这一过程称为聚磷菌磷的摄取。污水处理过程中,通过从系统中排除高磷污泥以达到去除磷的目的[3]。
在厌氧和无氮氧化物存在的条件下,聚磷菌体内的ATP进行水解,放出H3PO4和能量,形成ADP。这一过程为聚磷菌磷的释放。
在生物除磷中,适宜的PH范围是6～8,最适温度在5℃～30℃之间,较高的BOD5对除磷有利,BOD5/TP应大于20。
1.2传统的脱氮除磷工艺
几种典型的脱氮除磷工艺:
生物除磷:A/O,A2/O、Bardenpho、UCT、Phoredox、AP等除磷工艺。
生物脱氮:A/O、A2/O、Bardnpho、UCT、Phoredox、改进的AB、TETRA深床脱氮、SBR、2000型氧化沟等脱氮工艺[4]。
1.2.1A2/O工艺
此工艺中,厌氧池进行磷的释放和氨化,缺氧池进行反硝化脱氮,好氧池用来去除BOD、吸收磷以及硝化。A2/O工艺是较早用来脱氮除磷的方法,但是它的脱氮除磷效果难于进一步提高。工艺流程见图1。
1.2.2phoredox工艺
在此工艺中,厌氧池可以保证磷的释放,从而保证在好氧条件下有更强的吸磷能力,提高除磷效果。由于有两极A2/O工艺串联组合,脱磷效果好,则回流污泥中挟带的硝酸盐很少,对除磷效果影响较少,但该工艺流程较复杂。工艺流程见图2。
1.2.3UCT工艺
此工艺是对上述工艺的改进,将沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池,避免回流污泥中的硝酸盐对除磷效果的影响,增加了缺氧池到厌氧池的混合液回流,以弥补厌氧池中污泥的流失,强化除磷效果。工艺流程见图3。
上述工艺都是研究者们根据厌氧、缺氧、好氧等池子的排列数量及混合液循环和回流方式的变化开发出的一系列工艺。此外,还有通过对曝气供氧的控制,在空间和时间上形成厌氧与缺氧环境的SBR(序批间歇式活性污泥法)工艺和氧化沟工艺。这些工艺中存在多种问题,制约了工艺的高效性和稳定性。
1.3传统工艺中存在的问题
1.3.1微生物的混合培养
传统的生物脱氮除磷工艺一般都采用单一污泥悬浮生长系统,在该系统中有多种差别较大的微生物,不同功能的微生物对营养物质和生长条件的要求都有很大的