反硝化除磷工艺原理以及研究进展.doc

反硝化除磷工艺原理以及研究进展反硝化除磷将反硝化和除磷两个过程合二为一一碳两用达到了同步脱氮除磷的目的。本文在简要介绍废水生物脱氮除磷研究领域发展现状的基础上分析了现有生物脱氮除磷工艺难以达到N、P同时高效去除的原因探讨了反硝化除磷工艺的发现以及证实过程综合分析了几种反硝化除磷工艺的原理、特点以及在国内外的研究进展。论文:反硝化除磷原理研究进展一.前言1.1脱氮除磷现状近年来随着各种工业的快速发展低C/N、C/P比废水日益增多。而传统脱氮除磷工艺如A/A/O、SBR、氧化沟等均要求C/N大于6、C/P大于20才能发挥出应有的功效[1]。另外这些工艺多数不能满足氮磷的同时高效去除因为在这些工艺中存在着难以协调的竞争和矛盾[2~5]:1.微生物独立这些工艺中存在着各种各样不同种类的微生物它们的基质类型、对环境条件(pH、DO、T等)要求不同由此产生了微生物之间的矛盾和竞争。2.污泥龄的矛盾在脱氮除磷工艺中除磷是通过排出剩余污泥来实现的。聚磷菌多为短世代微生物泥龄越长污泥含磷量越低而硝化菌的世代周期则较长。硝化过程需要的长泥龄和除磷需要的短泥龄之间存在矛盾。3.对碳源有机物的竞争在脱氮除磷系统中碳源主要用于反硝化、释磷和异养菌的正常代谢。在缺氧段反硝化菌先于聚磷菌利用有机碳源进行反硝化脱氮导致聚磷菌没有充足的碳源从而导致释磷程度降低。而对于硝化段来说过多的碳源会使生长速率较高的异养菌迅速生长争夺溶解氧从而降低硝化速率。4.硝酸盐的矛盾聚磷菌需要在严格的厌氧条件下才可以发挥作用进行释磷在传统工艺中污泥回流会将一部分硝酸盐带入厌氧区从而导致厌氧区的非严格厌氧严重影响聚磷菌的释磷效率。5.溶解氧的矛盾传统的脱氮除磷工艺将厌氧、缺氧、好氧各处理过程同处一个活性污泥系统而活性污泥絮体对气泡的吸附作用不可避免的将溶解氧带入缺氧段和厌氧段从而影响了聚磷菌的释磷能力和反硝化菌的脱氮能力。这些竞争和矛盾广泛存在于现有的脱氮除磷工艺中严重影响了脱氮除磷效率。因此如何对传统的脱氮除磷工艺进行改进消除这些竞争和矛盾并保证低碳源条件下脱氮除磷的效率是目前水处理领域亟待解决的难题。1.2反硝化除磷的提出20世纪70年代以来反硝化除磷渐渐引起人们的注意并得到迅速发展。反硝化聚磷菌的发现和证实主要经历了以下几个阶段[6~9]:1977年Osborn和Nieholls在反硝化过程中首次观测到磷快速吸收现象表明某些反硝化菌能超量吸磷;1986年Comeau发现一些聚磷菌在缺氧状态下具有利用硝酸盐作为电子受体除磷的功能同时完成反硝化脱氮;1987年Vlekke等采用厌氧/缺氧SBR证明NO3-可以作为电子受体除磷;1992年Wanner等通过反硝化除磷的特性自行开发的N、P去除新工艺的试验证实了缺氧条件下一些除磷菌具有反硝化能力;1993年Kuba发现在厌氧/缺氧交替运行条件下易富集一类兼有反硝化和除磷作用的兼性厌氧微生物利用硝酸盐为电子受体在缺氧环境下同时进行反硝化和除磷;随后Kerm-Jespersen通过试验指出聚磷菌由两部分组成一部分只能用氧作为电子受体另一部分既能利用氧也能用NO3--N作为电子受体即反硝化聚磷菌DPB(DenitrifyingPhosphorus-removingBacteria);2019~2019年Smolders等和Kuba等在UCT工艺中证实了中试规模的除磷脱氮系统中除磷菌的反硝化功能。目前某些反硝化除磷工艺在欧美一些国家已经应用于实际工程并取得了良好的脱氮除磷效果。二.反硝化聚磷原理及特点多数研究者认为聚磷菌包括两类菌属[10]一类只能以氧作为电子受体被称作好氧聚磷菌而另一类既能以氧又能以硝酸盐作为电子受体即反硝化聚磷菌DPB。DPB在缺氧条件下能以硝酸盐代替溶解氧作为电子受体进行聚磷同时将硝酸盐还原成N2或氮化物将反硝化和除磷这两个过程合二为一一碳两用达到同步脱氮除磷的目的。DPB的厌氧释磷机理与好氧聚磷菌相同即在分解细胞内聚磷酸盐的同时产生ATP并利用ATP将污水中的低分子发酵产物等有机物摄入细胞。缺氧吸磷机理与好氧聚磷菌吸磷的不同之处在于产生能量的电子传递链的最终电子受体不同[6]:好氧:NADH2+0.5O2→δATP+H2O缺氧:NADH2+0.4HNO3→δNATP+0.2N2+1.2H2Oδ、δN为好氧和缺氧产能效率(molATP/molNADH2)有文献表明[11]充分利用反硝化除磷原理可使COD需求量减少50%耗氧量减少30%剩余污泥量减少50%。反硝化除磷的优点是[12]:氮、磷的去除率高出水TN5mg/L正磷几乎为零;SVI值低且稳定一般在80~20mL/g能有效减少曝气池及二沉池的容积;能有效利用碳源在C/N、C/P值较低时仍能良好运行;控制简单通过ORP与DO可有效实现过程的稳定控制;