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        生物脫氮除磷的工藝大比較

        2022-08-02 07:46:18 水博網

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        摘要:環境污染和水體富營養化問題的尖銳化迫使越來越多的國家和地區制定嚴格的氮磷排放標準,這也使污水脫氮除磷技術一度成為污水處理領域的熱點和難點。因此,研究和開發高效、經濟的生物脫氮除磷工藝成為當前城市污水處5將污水理技術研究的熱點。


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        關鍵詞:生物脫氮除磷 聚磷菌 城市污水


        1.污水生物脫氮除磷的基本原理


        在好氧條件下通過硝化反應先將氨氮氧化為硝酸鹽,再通過缺氧條件下的反硝化反應將硝酸鹽異化還原成氣態氮從水中去除。由此而發展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區和好氧區分開,形成分級硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨立進行。


        污水生物除磷是通過厭氧段和好氧段得交替操作,利用活性污泥的超量吸磷特性,使細胞含磷量相當高的細菌群體能夠在處理系統的基質競爭中取得優勢,剩余污泥的含磷量達到3%-7%,進入剩余污泥的總磷量增大,處理出水的磷濃度明顯降低。


        2.生物脫氮除磷工藝的比較


        2.1 AAO工藝


        傳統的AAO工藝流程是:污水首先進入厭氧池,兼性厭氧菌將水中的易降解有機物轉化成VFAS1回流污泥帶入的聚磷菌將體內的聚磷菌分解,此為釋磷,所釋放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厭氧的環境下維持生存,另一部分共聚磷菌主動吸收VFAS,并在體內儲存PHB。進入缺氧區,反消化細菌就利用混合液回流帶入硝酸鹽及進水中的有機物進行反消化脫氮,接著進入好氧區,聚磷菌除了吸收利用污水中殘留的易降解BOD外,主要分解體內儲存的PHB產生的能量供自身生長繁殖。最后,混合液進入沉淀池進行泥水分離,上清液作為處理水釋放,沉淀污泥的一部分回流厭氧池,另一部分作為剩余污泥排放。


        ? ? ? ? ? ? ? N2 ? ?混合液回流

        ? ? ? ? ? ? ? ?↑ ↓

        進水→厭氧池→缺氧池→好氧(硝化)池→沉淀池→出水

        ? ? ↑ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ↓ ? ?剩余污泥


        ? ? ? ? ? ? ? ? ?AOO工藝流程圖


        該工藝簡潔,污泥在厭氧、缺氧、好氧環境中交替運行,絲狀菌不能大量繁殖,污泥沉降性能好。該處理系統出水中磷濃度科達到1 mg/L以下,氨氮也可達到8 mg/L以下。


        該法需要注意的問題是,進入沉淀次得混合液通常要保持一定的溶解氧濃度,以防止沉淀池中反消化和污泥厭氧釋磷,但這會導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鹽對厭氧釋磷過程也存在一定的影響,同時,系統所排放的剩余污泥中。僅有的一部分污泥是經歷了完整的厭氧和好氧的過程,影響了污泥的充分吸磷。系統污泥泥齡因為兼顧硝化菌的生長而不可能太短,導致除磷效果難以進一步提高。


        2.2改良Bardenpho工藝


        Barnard公益在缺氧池之前增設了一個厭氧池,保證了磷的釋放,從而保證了聚磷菌好氧條件下有更強的吸收磷的功能,提高了除磷效率。該工藝進水和回流污泥在厭氧池混合接觸,從而促進發酵作用和磷釋放的進行。[2]該工藝的缺點是污泥回流攜帶的硝酸鹽回到厭氧池會對除磷有明顯的不利影響。且受水質影響較大,對于不同的污水除磷效果不穩定。該工藝的意義在于首次把生物脫氮和除磷2種功能結合于1個系統,由此開創了生物同時脫氮除磷工藝研究的新時代。


        ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?N2 ? ?混合液回流 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

        ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?↑ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?N2?

        進水→厭氧池→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工藝流程


        2.3 UCT及改良UCT工藝


        UCT工藝 University of Capetown,UCT是南非開普敦大學開發類似于A2/O工藝的一種脫氮除磷工藝。


        UCT工藝與A2/O工藝不同之處在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厭氧池,這樣可以防止由于硝酸鹽氮進入厭氧池,破壞厭氧池的厭氧狀態而影響系統的除磷率。增加了從缺氧池到厭氧池的混合液回流,由缺氧池向厭氧池回流的混合液中含有較多的溶解性BOD,而硝酸鹽很少,為厭氧段內所進行的有機物水解反應提供了最優的條件。在實際運行過程中,當進水中總凱氏氮TKN與COD的比值高時,需要降低混合液的回流比以防止NO3-進入厭氧池。但是如果回流比太小,會增加缺氧反應池的實際停留時間,而實驗觀測證明,如果缺氧反應池的實際停留時間超過1h,在某些單元中污泥的沉降性能會惡化。


        UCT工藝流程



        SBR工藝


        傳統的脫氮理論認為,硝化與反硝化反應不能同時發生,硝化反應在好氧條件下進行,而反硝化反應在缺氧條件下完成,SBR工藝的序批式運行為這樣的反應條件創造了良好的環境。


        SBR脫氮除磷工藝流程



        靜止進水可以使進水階段結束后反應器中形成較高的基質濃度梯度,節省能耗;攪拌進水可以使反應器保持厭氧狀態,保證磷的釋放;[5]曝氣后的反應混合可以進行反硝化反應;隨后的曝氣可以吹脫污泥釋放的氮氣,保證沉淀效果,避免磷過早釋放;為了防止沉淀階段發生磷的提前釋放問題,讓排泥和沉淀同時進行。


        一般認為,要達到良好的脫氮除磷效果,廢水的COD與總氮的質量比值應大于9。Ruya等人對SBR工藝的研究證明,廢水中的總COD值并不是可以反映污水脫氮除磷所需碳源的有效參數,而COD中的易生物降解部分才是可以評價系統功能的主要參數。Tam[7]等人的研究認為,當進水的有機基質主要為易生物降解的組分時,反硝化和生物釋磷可以同時發生,然而當難生物降解組分為主時,生物釋磷是在反硝化之后發生的。


        因為系統中的硝酸鹽氮對EBPR有不利影響,所以最初的研究認為,能發生EBPR反應的細菌不能夠進行反硝化反應,但是現在有很多研究表明,聚磷菌中至少有一部分能夠在缺氧條件下利用硝酸鹽為氧供體進行吸磷而發生反硝化反應[8],所以好氧段只需進行到硝化階段即可,反硝化及吸磷可以在后續的兼性階段完成。這種情況下,可以節省能耗和避免厭氧段反硝化菌對碳源的競爭,污泥產量和SVI值都會減小[9],但是缺氧條件下的吸磷速率較為緩慢。


        SBR藝是一種高效、經濟、可靠、適合中小水量污水處理的工藝,符合我國的國情;尤其是SBR工藝對于污水中氮、磷的去除,有其獨到的優勢,所以SBR工藝及其新工藝在我國有著廣闊的應用前景。


        生物脫氮除磷技術的發展前景趨勢


        污水排放標準的不斷嚴格是目前世界各國的普遍發展趨勢,以控制水體富營養化為目的的氮、磷脫除技術開發已經成為世界各國主要的奮斗目標。我國對生物脫氮除磷技術的研究起步較晚,投入的資金也非常有限,研究水平仍處于發展階段。目前在生物脫氮除磷技術基礎理論沒有重大革新之前,充分利用現有的工藝組合,開發技術成熟、經濟高效且符合國情的工藝應是今后我國脫氮除磷工藝發展的主要方向,主體現在:


        1.開展對生物脫氮除磷更深入的基礎研究和應用開發,優化生物脫氮除磷組合工藝,開發高效、經濟的小型h化、商品化脫氮除磷組合工藝。


        2.發展可持續污水處理工藝,朝著節約碳源、降低CO2釋放、減少剩余污泥排放,以及實現氮磷回收和處理水回用等方向發展。


        3.大力開發適合現有污水處理廠改造的高效脫氮除磷技術。


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