生活污水脫氮除磷工藝

1、生活污水脫氮除磷工藝 【摘 要】有效地降低廢水中氮、磷含量已成為現(xiàn)代廢水處理技術(shù)的一項新課題。而傳統(tǒng)的化學(xué)法或物理化學(xué)法進行脫氮、除磷不僅運行費用高，也不適合污水處理量很大的城市。因此，采用生物方法對含氮、磷污水進行處理成為研究和現(xiàn)場應(yīng)用的熱點。本文對此進行了探討。 【關(guān)鍵詞】生活污水；脫氮除磷；工藝 一、生活污水脫氮除磷的重要性 在我國廣大城市和農(nóng)村，由于資金和技術(shù)的原因，污水處理設(shè)施嚴重不足，近 80%的污水未經(jīng)有效處理就直接排入自然水體，已經(jīng)使全國近 40%的河段遭受污染，90%以上城市水域被嚴重污染，其中化學(xué)需氧量 859.4萬t；氨氮排放量97.3萬t?，F(xiàn)有的二級生物處理法無法實現(xiàn)氮

2、磷去除，大量未經(jīng)處理的氮磷直接排入受納水體，造成水體富營養(yǎng)化嚴重。由于氮磷是藻類生長的限制因子，廢水中排放的氮磷會引起藻類的過渡繁殖，導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。隨著氮磷污染問題的日益尖銳化以及公眾環(huán)境意識的加強，越來越多的國家和地區(qū)制定了相當(dāng)嚴格的污水氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)和不同的等級的實施規(guī)劃。常規(guī)的二級生化處理工藝穩(wěn)定可靠，可以有效地降低污水的 bod，但對污水中同時存在的 n、p 等營養(yǎng)物只能去除10%20%，而典型城市污水中 tkn：5060mg/l，tp：420mg/l，因此采用傳統(tǒng)的二級生化處理工藝并不能夠全面解決營養(yǎng)物對水體的污染和富營養(yǎng)化危害的問題，其結(jié)果遠不能達到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，采用生物

3、方法對含氮、磷污水進行處理成為研究和現(xiàn)場應(yīng)用的熱點。 二、生物脫氮除磷機制研究 1、生物處理中氮的轉(zhuǎn)化 污水中的氮主要以氨氮和有機氮形式存在，一般情況下只含有少量或沒有亞硝酸鹽和硝酸鹽形態(tài)的氮，在未經(jīng)處理的污水中，有機氮占總氮量的 40%左右，氨氮占 60%左右，亞硝酸鹽和硝酸鹽氮占 05%左右。生物處理中去除氮包括被微生物同化成新細胞及通過硝化、反硝化而被轉(zhuǎn)化為分子氮氣并逸入大氣。據(jù)統(tǒng)計，通過同化作用去除的氮通常占原污水bod 的 4%5%。這說明同化合成細胞的去氮量少，單位處理設(shè)施效率低，處理成本高，因而污水系統(tǒng)中氮的去除主要依靠硝化反硝化實現(xiàn)的。氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，在通過反硝

4、化作用生成 n2。在整個生物脫氮過程中主要參與的細菌有三個類群，氨化細菌，進行有機化合物的脫氨基作用，生成氨氮；亞硝化和硝化細菌，將 nh3轉(zhuǎn)化為 no2-和 no3-；反硝化細菌將 no2-和 no3-轉(zhuǎn)化為 n2。在整個脫氮過程中，硝化反應(yīng)是最為重要的。 2、生物除磷的生化機制 所謂生物除磷，是利用聚磷菌等一類微生物，在數(shù)量上超過其生理需求的從外部環(huán)境攝取磷，并將磷以聚合的形態(tài)貯藏在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，以排放剩余污泥的形式排出系統(tǒng)，達到從廢水中除磷的效果。（1）生物除磷主要依靠一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物實現(xiàn)，該類微生物均屬異樣型細菌（2）在厭氧條件下，兼性聚磷菌將溶解性 bod 轉(zhuǎn)化為低分

5、子發(fā)酵產(chǎn)物揮發(fā)性有機酸，生物聚磷菌則依靠聚磷的水解吸收產(chǎn)生的 vfas 并以聚磷酸鹽的形式儲存，在這過程中釋放磷酸鹽和能量，形成 adp。（3）在好氧條件下，聚磷菌以游離氧為電子受體，不斷地氧化分解其體內(nèi)儲存的有機底物。并利用產(chǎn)生的能量，在透過膜的催化作用下，通過主動運輸從外部環(huán)境過量攝取 h3po4，攝入的 h3po4一部分合成 atp，其余的用于合成聚磷酸鹽，好氧吸磷量大于厭氧釋磷量，通過剩余污泥可實現(xiàn)磷的高效排出。（4）聚磷菌厭氧釋磷的程度與基質(zhì)類型關(guān)系很大，基質(zhì)為甲酸、乙酸、丙酸等揮發(fā)性脂肪酸時，釋磷迅速而徹底。而基質(zhì)為非揮發(fā)性有機酸，釋磷緩慢，且量較少。（5）一部分聚磷菌具有脫氮功能

6、，在無游離氧的條件下，可利用硝酸鹽進行呼吸，將其轉(zhuǎn)化為 n2和 n2o，且大量吸入磷。因此厭氧段混入硝酸鹽，一部分易降解碳源被反硝化利用，不利于厭氧釋磷。聚磷菌通過厭氧、好氧環(huán)境的交替，實現(xiàn)磷的去除。研究人員認為厭氧期間聚磷菌的釋磷水平越充分，對于后續(xù)的好氧過量吸磷能力也就越強；反過來，好氧磷的攝取越好越徹底，聚磷量越大，相應(yīng)的對于在厭氧期間磷的有效釋放也就越有保證。 三、脫氮除磷工藝 生物脫氮首先是通過一些化能自養(yǎng)的微生物進行硝化反應(yīng)，將廢水中的氨氮在亞硝化細菌作用氧化成亞硝酸氮，再通過硝化細菌進一步轉(zhuǎn)化為硝酸氮，然后經(jīng)過反硝化過程，將硝酸鹽氮和亞硝酸氮在某些兼性異養(yǎng)型微生物作用下還原為氮氣

7、，實現(xiàn)氮的去除同時去除 cod 的目的；生物除磷則是利用通過特定環(huán)境培養(yǎng)的嗜磷細菌，通過厭氧和好氧環(huán)境的交替實現(xiàn)磷的大量聚集，并以剩余污泥的形式從系統(tǒng)排出磷，達到除磷的目的。正是基于這些基本原理，研究人員開發(fā)了一些列生物脫氮除磷工藝。 1、厭氧、缺氧、好氧組合工藝 根據(jù)處理的要求和廢水的水質(zhì)情況，在 a/o 或 a2/o 工藝的基礎(chǔ)上稍加變化，又開發(fā)出很多新的脫氮除磷工藝，如bardenpho工藝、uct 工藝。這些工藝或通過增加缺氧、好氧反應(yīng)器的級數(shù)來強化處理效果，或通過改變混合液的回流方式或系統(tǒng)的進水方式，采用兩股混合液回流，在傳統(tǒng)的好氧池混合液回流的基礎(chǔ)上，增加了由缺氧池至厭氧池的混合液

8、回流，由于缺氧池中的反硝化作用已大大降低了池內(nèi) n 的濃度，這樣就可以避免缺氧池回流液攜帶的-n 濃度過高而破壞厭氧池的厭氧狀態(tài)，影響除磷效果。 2、phostrip 工藝 由于脫氮和除磷的工藝要求不同，脫氮需要低負荷、長泥齡，而除磷則正好相反，因此，為了克服在同一體系脫氮除磷的矛盾，出現(xiàn)了一些旁流除磷工藝，phostrip 工藝就是此類工藝的典型一例。phostrip 工藝將生物和化學(xué)除磷結(jié)合起來，一部分回流污泥被分流到專門的除磷池進行磷的釋放，含磷的上清液再通過石灰混凝沉淀處理，大部分磷以磷酸鈣的形式沉淀去除，出水總磷濃度低于1mg/l，由于旁流除磷，所以工藝耐沖擊負荷，缺點是工藝流程復(fù)雜

9、，運行管理不便。 3、sbr工藝 sbr工藝是在同一反應(yīng)器完成脫氮除磷的工藝。它是通過對進水、曝氣時間、反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度等運行參數(shù)的合理控制，在時間序列上實現(xiàn)厭氧/缺氧/好氧的組合，在控制良好的情況下，n、p 的去除率可以達到 90%以上，與其他工藝相比，sbr 工藝的處理構(gòu)筑物少，處理過程大為簡化，該工藝對水質(zhì)、水量的變化具有一定的適應(yīng)性，不宜產(chǎn)生污泥膨脹。cast 就是應(yīng)用較廣的一種。cast 即循環(huán)式活性污泥法，它最顯著的特點是在反應(yīng)器的前端有一生物選擇器，生物選擇器是一個容積較小的污水、污泥接觸區(qū)，它的設(shè)計要嚴格遵循活性污泥種群組成動力學(xué)的有關(guān)規(guī)律，創(chuàng)造合適的微生物生長條件，以及在高

10、污泥絮體負荷條件下有利于磷釋放的環(huán)境。設(shè)計合理的生物選擇器可以有效地抑制絲狀性細菌的大量繁殖，克服污泥膨脹，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進水與 20%由主反應(yīng)區(qū)回流的活性污泥在生物選擇器內(nèi)混合接觸，這樣，污泥循環(huán)經(jīng)過高有機負荷的選擇器，低負荷的反應(yīng)器，容易形成小顆粒絮凝性的污泥，這種污泥由于表面積較大，所以可以吸附大量的有機質(zhì)，同時也增大了絮體的密實度；另一方面，反應(yīng)區(qū)通過合適的供氧，在微生物絮體的表面到內(nèi)部可以形成由好氧到缺氧，溶解氧呈梯度降低的環(huán)境，這樣，硝化、反硝化過程就可以籍助生物絮體，在絮體的表面和內(nèi)部同時發(fā)生。cast 運行控制簡單，整個過程只有曝氣、沉淀兩階段，卻能達到深度脫氮除磷的效果。由于形成了凝聚性污泥，所以耐沖擊負荷能力強，對一些工業(yè)污水比例較大的城市污水，處理效果仍良好。 4、膜-活性污泥法組合工藝 清華大學(xué)對生活污水的深度處理技術(shù)作了許多研究，將微生物的生物降解和膜的高效分離作用結(jié)合起來，利用膜-活性污泥法組合工藝處理生活污水，研究了無機膜、超濾膜和錯流式膜-生物反應(yīng)器的運行情況及其水力學(xué)、生物動力學(xué)等特性，這些組合反應(yīng)器，不僅占地面積小，而且處理水質(zhì)好，對生活污水的 tp、cod 和 nh4+-n 的去除率可分別達到 95%、96%、93%以上。如果膜的清洗再生更為簡化，工藝運行費用有望降