兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝的優(yōu)點(diǎn)

1、  兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝的優(yōu)點(diǎn)                         作者：聶熹馬紅梅鄭沖 呂臻摘 要：從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面系統(tǒng)地 總結(jié) 了兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：兩級(jí)序批式活性污泥法工藝；除磷脫氮；自動(dòng)控制；ph值；氧化還原電位；溶解氧1 兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝?yán)碚撋系膬?yōu)點(diǎn)氮、磷的

2、脫除不外乎有等四類(lèi)生物反應(yīng)過(guò)程。大量研究表明，單級(jí)活性污泥除磷脫氮系統(tǒng)（如a2/o和sbr等系統(tǒng)）中氮和磷的去除為一對(duì)矛盾的關(guān)系，除磷效果好時(shí)脫氮效果不好，而脫氮效果好時(shí)除磷效果卻不好。這是因?yàn)獒屃住⑽?、硝化和反硝化這四類(lèi)生化反應(yīng)過(guò)程對(duì)微生物的組成、基質(zhì)類(lèi)型及環(huán)境條件的要求各不一樣，使得單級(jí)活性污泥除磷脫氮系統(tǒng)不可避免地存在著固有的矛盾和不足。而兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝能避免這些矛盾和不足，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：解決了聚磷菌與硝化菌和反硝化菌混合生長(zhǎng)的矛盾在單級(jí)除磷脫氮系統(tǒng)中，除磷的主要微生物聚磷菌和在脫氮過(guò)程中起重要作用的硝化菌是混合生長(zhǎng)的。硝化菌通常屬于自養(yǎng)專(zhuān)性好氧菌，其特點(diǎn)是繁殖

3、速度緩慢，世代時(shí)間長(zhǎng)，為獲得良好的硝化效果，必須保證系統(tǒng)有較長(zhǎng)的泥齡。而聚磷菌世代時(shí)間卻較短，且磷的去除是通過(guò)排除剩余活性污泥實(shí)現(xiàn)的，若泥齡較長(zhǎng)不僅導(dǎo)致生物處理系統(tǒng)產(chǎn)泥量減少，而且在硝化過(guò)程中，由于較長(zhǎng)的好氧時(shí)間使污泥的活性降低，從而影響聚磷菌對(duì)磷的吸收率，造成活性污泥含磷量降低。所以為了保證良好的除磷效果，系統(tǒng)必須短泥齡運(yùn)行，這就是一對(duì)矛盾。在兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝中聚磷菌主要生長(zhǎng)在除磷級(jí)，硝化菌和反硝化菌主要生長(zhǎng)在脫氮級(jí)，這樣巧妙地把聚磷菌與硝化菌和反硝化菌這兩大功能微生物分別控制在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)生長(zhǎng)，從而解決了功能微生物混合生長(zhǎng)的矛盾。避免了釋磷與反硝化過(guò)程中對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)性矛

4、盾。生物除磷脫氮中的釋磷與反硝化過(guò)程都需要消耗大量碳源。一般來(lái)說(shuō)，城市污水中所含易降解有機(jī)物的含量有限，所以在單級(jí)除磷脫氮系統(tǒng)中的釋磷與反硝化之間，必然存在著因碳源不足而引發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)性矛盾。在兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝中釋磷和反硝化分別控制在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。除磷級(jí)的釋磷過(guò)程所需碳源由原水供給，而脫氮級(jí)的反硝化過(guò)程所需碳源由外加乙醇或補(bǔ)充原水供給。解決了厭氧區(qū)的硝酸鹽問(wèn)題。厭氧區(qū)硝酸鹽含量的控制問(wèn)題，是單級(jí)除磷脫氮系統(tǒng)需要解決的一個(gè)難題。在這種系統(tǒng)的厭氧段不可避免地存在有硝酸鹽成分，特別是當(dāng)污水中碳氮比（cod/n）較低時(shí)，這一問(wèn)題更為突出。根據(jù)生物除磷原理，污水中溶解性bod含量及發(fā)

5、酵產(chǎn)酸菌（主要是氣單胞菌）的發(fā)酵產(chǎn)酸作用是決定其他聚磷菌能否正常發(fā)揮其功能的重要因素。如果厭氧區(qū)存在硝酸鹽成分，一方面會(huì)被在除磷過(guò)程中擔(dān)負(fù)發(fā)酵產(chǎn)酸作用的氣單胞菌利用作為 電子 受體進(jìn)行反硝化，抑制其對(duì)溶解性有機(jī)物的發(fā)酵產(chǎn)酸作用；另一方面，反硝化菌會(huì)與聚磷菌競(jìng)爭(zhēng)污水中有限的溶解性有機(jī)物（特別是vfas）并優(yōu)先于聚磷菌以這些有機(jī)物為電子供體進(jìn)行反硝化。結(jié)果使聚磷菌無(wú)法得到足夠vfas，從而抑制了聚磷菌的釋磷及厭氧產(chǎn)物phb(聚-羥基丁酸鹽)的合成能力，使得聚磷菌在后續(xù)的好氧條件下缺乏過(guò)量攝磷和自身增殖所需要的碳源和能量，使系統(tǒng)除磷效果下降，甚至遭到破壞。有資料認(rèn)為，為保證厭氧區(qū)的高效釋磷，一般應(yīng)將

6、no3-n濃度控制在0.2mg/l以下。在兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝中，除磷級(jí)在前，而此時(shí)進(jìn)水中氮以氨氮形式存在，除磷級(jí)主要是泥齡短的聚磷菌，泥齡長(zhǎng)的硝化菌很難存活，這樣聚磷菌就能夠充分發(fā)揮其厭氧釋磷和好氧吸磷功能，從而解決了單級(jí)除磷脫氮系統(tǒng)厭氧區(qū)硝酸鹽問(wèn)題。解決了有機(jī)物濃度與硝化作用的矛盾。污水中可生物降解含碳有機(jī)物與氮之比（bod5/tkn）是影響生物硝化速率的主要因素。硝化菌是自養(yǎng)專(zhuān)性好氧菌，在好氧條件下，其增長(zhǎng)速率與異養(yǎng)菌相比較要低得多。在硝化階段，若含碳有機(jī)物的濃度過(guò)高，會(huì)使生長(zhǎng)速率較高的異養(yǎng)菌迅速繁衍，從而使生長(zhǎng)緩慢的硝化菌得不到優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，結(jié)果降低了硝化速率。另外，有機(jī)物

7、對(duì)硝化菌的毒害和抑制作用，使得本來(lái)生產(chǎn)率就很低的硝化菌處于不利的生存環(huán)境。所以在硝化階段，含碳有機(jī)物的濃度不能過(guò)高。一般資料認(rèn)為，bod5應(yīng)控制在20mg/l以下，且bod負(fù)荷應(yīng)控制在0.060.1kgbod5/kgmlss·d的水平。在兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝中，在前的除磷級(jí)的運(yùn)行過(guò)程是先厭氧釋磷后好氧吸磷，而此時(shí)進(jìn)水中大量有機(jī)物正好做為釋磷所需的碳源，等除磷級(jí)出水進(jìn)入到脫氮級(jí)時(shí)系統(tǒng)中有機(jī)物濃度就很低了，這恰好是硝化菌所需的良好環(huán)境。降低了除磷和脫氮過(guò)程中的能量消耗。在單級(jí)除磷脫氮系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)水的cod/n值較高時(shí)，為使含碳有機(jī)物氧化分解至較低的濃度而保證硝化作用的進(jìn)行

8、，必須保證處理系統(tǒng)有較長(zhǎng)的曝氣時(shí)間和泥齡，這不僅對(duì)除磷不利，且運(yùn)行費(fèi)用也相對(duì)較高，不 經(jīng)濟(jì) 。在兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝中，不存在硝化階段cod/n值較高問(wèn)題，故該工藝可以降低能耗。以上分析了單級(jí)除磷脫氮系統(tǒng)的一系列矛盾關(guān)系，闡明了兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝優(yōu)點(diǎn)?；诖颂岢隽藘杉?jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程簡(jiǎn)介2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及控制 反應(yīng)器大小為直徑200mm，高600mm，有效容積12l有機(jī)玻璃柱。實(shí)驗(yàn)裝置是由兩套大小完全相同的反應(yīng)器組成，分別用做除磷序批式活性污泥法級(jí)（簡(jiǎn)稱(chēng)除磷級(jí)）、脫氮序批式活性污泥法級(jí)（簡(jiǎn)稱(chēng)脫氮級(jí)）。以上每

9、套裝置見(jiàn)示意圖1。除磷級(jí)和脫氮級(jí)串聯(lián)使用，即原污水除磷級(jí)脫氮級(jí)，詳見(jiàn)實(shí)驗(yàn)流程示意圖2。另外還有單泥除磷脫氮序批式活性污泥法級(jí)，它單獨(dú)運(yùn)行，作為上述兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝對(duì)比工藝。裝置均采用鼓風(fēng)曝氣，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量。系統(tǒng)采用電熱絲加熱，并利用溫控儀系統(tǒng)進(jìn)行恒溫控制。orp、ph和do均在線控制，根據(jù)orp、ph和do的變化控制各反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間和采樣。根據(jù)sbr工藝特點(diǎn)，每一種實(shí)驗(yàn)條件必須運(yùn)行若干周期以上才進(jìn)行采樣測(cè)試。22 實(shí)驗(yàn)流程兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝流程是由除磷級(jí)和脫氮級(jí)組成，它們串聯(lián)使用，除磷級(jí)在前，脫氮級(jí)在后，除磷級(jí)的除磷的出水將進(jìn)入和脫氮級(jí)進(jìn)行脫氮

10、處理，其流程見(jiàn)示意圖2。除磷級(jí)和脫氮級(jí)周期運(yùn)行時(shí)間均為8小時(shí)。單泥除磷脫氮序批式反應(yīng)器單獨(dú)運(yùn)行，用作“兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝”對(duì)比工藝，周期運(yùn)行時(shí)間均為16小時(shí)。23 原水配制3 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝體現(xiàn)出下列優(yōu)勢(shì)工藝對(duì)磷和氮的脫除是可行的和可靠的。實(shí)驗(yàn)表明，兩級(jí)序批式活性污泥法除磷脫氮工藝系統(tǒng)對(duì)磷和氮的去除是可行的，也是可靠的。該系統(tǒng)具有很高的處理效率：cod去除率為90.996.2%，出水cod均小于25mg/l；除磷率為9799.2%，出水總磷濃度為0.1mg/l左右；脫氮率為98.599.9%，出水總氮濃度為0.4mg/l左右。除磷脫氮效果好

11、的根本原因在于把聚磷菌與硝化菌和反硝化菌這兩大功能微生物分別控制在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，各自發(fā)揮最佳功能所至。同時(shí)進(jìn)行的單泥除磷脫氮反應(yīng)器處理結(jié)果為：除磷效果好，達(dá)90%以上；而經(jīng)8h曝氣，總氮去除率僅為62%左右，出水中仍然有30mg/l左右的氨氮沒(méi)有被硝化。兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝除磷脫氮的歷時(shí)短。該工藝每周期除磷歷時(shí)和脫氮?dú)v時(shí)均為8小時(shí)，這均比一般的同時(shí)除磷脫氮sbr系統(tǒng)要快10。同時(shí)進(jìn)行的單泥除磷脫氮序批式反應(yīng)器除磷和脫氮?dú)v時(shí)為16小時(shí)。兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)。除磷級(jí)和脫級(jí)氮各自級(jí)功能微生物分別在各自反應(yīng)器中優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，互不干擾，系統(tǒng)穩(wěn)

12、定，能避免沖擊負(fù)荷，尤其是有機(jī)物對(duì)硝化菌的沖擊。兩級(jí)序批式活性污泥法生物除磷脫氮系統(tǒng)的除磷級(jí)和脫氮級(jí)均可通過(guò)orp、ph和do的階段性變化 規(guī)律 ，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。通過(guò)檢測(cè)orp、ph和do的階段性變化規(guī)律，利用 現(xiàn)代 自動(dòng)控制技術(shù)，可以分別對(duì)除磷級(jí)和脫氮級(jí)反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。尤其是脫氮級(jí)，該級(jí)又應(yīng)以ph為優(yōu)先控制信號(hào)，以do和orp作為輔助控制信號(hào)。兩級(jí)序批式活性污泥法除磷脫氮工藝的除磷級(jí)對(duì)磷的去除不必達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，從而可縮短除磷歷時(shí)。除磷級(jí)出水磷濃度不必達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，而只須達(dá)到小于1.5mg/l即可。這樣，一方面可以大大減少除磷級(jí)的反應(yīng)時(shí)間；另一方面除磷級(jí)的出水進(jìn)入脫氮級(jí)后，磷素將會(huì)被

13、稀釋作用和生物同化作用等過(guò)程而降低其濃度，從而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 參考 文獻(xiàn)1李軍，趙琦，王寶貞序批式生物膜法同步除磷脫氮特性研究j城市環(huán)境與城市生態(tài)，2002，15，（1）：12張統(tǒng)間歇式活性污泥法污水處理技術(shù)及工程實(shí)例m 北京：化學(xué) 工業(yè) 出版社, 20023鄭興燦，李亞新污水除磷脫氮技術(shù)m北京： 中國(guó) 建筑工業(yè)出版社，19984邱慎初, 丁堂堂探討城市污水生物處理出水的總磷達(dá)標(biāo)問(wèn)題j中國(guó)給水排水，2002, 18，(9) ：23-255龍北生，聶熹等分級(jí)式除磷脫氮工藝探討j吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球 科學(xué) 版），2004，34，（2）：2606李勇, 呂炳南, 黃勇改進(jìn)a2/o法的設(shè)想中國(guó)給水排水，2001, 17，(8)：31-337許保玖, 龍騰銳當(dāng)代給水與廢水處理原理 (第二版) m 北京：高等 教育 出版社, 20008沈耀良