脫氮除磷影響因素

關(guān)于脫氮除磷影響因素

傳統(tǒng)的脫氮機(jī)理認(rèn)為:脫氮一般包括氨化、硝化、反硝化和同化四個(gè)過程。先是異養(yǎng)型細(xì)菌把有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮(氨化),此后氨態(tài)氮又被自養(yǎng)型亞硝化菌氧化成亞硝態(tài)氮,進(jìn)而亞硝態(tài)氮再被自養(yǎng)型的硝化菌氧化為硝態(tài)氮(硝化),最后異養(yǎng)型的反硝化菌同時(shí)將亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮,如N2、N2O或NO將氮元素從污水中去除(反硝化)。由于氨化反應(yīng)速度很快,一般不作考慮,生物的同化代謝過程也能去除少部分氮,這是脫氮的次要過程。生物脫氮主要是硝化和反硝化兩個(gè)過程。目前公認(rèn)的NO-2還原為N2的過程為:NO-2→NO→N2O→N2脫氮原理第2頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

基本過程：

（1）氨化過程：在氨化細(xì)菌作用下，有機(jī)物中的氮被轉(zhuǎn)化為氨氮，有機(jī)物得到降解：

有機(jī)N→NH3

（2）硝化過程：分為亞硝化和硝化。在好氧條件下，亞硝化菌將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-，在硝化細(xì)菌作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為NO3-。（3）反硝化過程：缺氧條件下，反硝化細(xì)菌將NO3-轉(zhuǎn)化為N2（異化反硝化，占96%）或生物體（同化反硝化，占4%）。脫氮基本過程第3頁,共20頁，2024年2月25日，星期天氨化過程

氨化菌是異養(yǎng)菌，對(duì)環(huán)境條件要求不苛刻，好氧或厭氧均可，對(duì)酸堿、溫度的適應(yīng)范圍寬。影響生物脫氮的因素第4頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

硝化與反硝化過程

（1）溶解氧(DO)

硝化反應(yīng)的微生物均是嚴(yán)格好氧菌，因此硝化反應(yīng)過程要求有足夠的溶解氧。大量實(shí)驗(yàn)表明,DO濃度一般應(yīng)在2.0mg/L以上,最低極限是0.5～0.7mg/L。而溶解氧的存在對(duì)反硝化過程有很大影響。當(dāng)缺氧區(qū)中的溶解氧含量過高時(shí)，氧將會(huì)與硝酸鹽競爭電子供體,并能抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。一般而言，對(duì)于活性污泥系統(tǒng)，反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應(yīng)控制在0.5mg/L以下，才能保持正常的反硝化速度；對(duì)于生物膜來說，由于生物膜中氧的傳遞阻力較大，因而可允許較高的DO濃度。

影響生物脫氮的因素第5頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

(2)泥齡(SRT)

泥齡是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制參數(shù)，它直接與活性污泥活性相聯(lián)系。亞硝化菌和硝化菌均屬于自養(yǎng)菌,生長緩慢,世代時(shí)間較長，而亞硝化菌的世代期較短，控制系統(tǒng)的泥齡在兩種細(xì)菌的世代期之間，則可使系統(tǒng)中硝化菌的數(shù)量越來越少，實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化。要保持硝化菌群在活性污泥系統(tǒng)中的比例,就必須保證SRT大于最短的世代時(shí)間。一般SRT應(yīng)大于10d。(3)溫度

硝化反應(yīng)的溫度范圍為5～40℃,適宜溫度為30～35℃，低于5℃，硝化反應(yīng)幾乎停止；反硝化的適宜溫度為20～40℃,低于15℃,硝化反硝化速率極低，低于3℃時(shí)，反硝化作用將停止。

影響生物脫氮的因素第6頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

（4)pH值

生物脫氮過程中，硝化要消耗堿度使pH下降；而在反硝化階段，由于產(chǎn)生一定量的堿度，可使pH上升。但即使在前置反硝化脫氮工藝中，反硝化階段產(chǎn)生的堿度也不能完全彌補(bǔ)硝化所消耗的堿度，從而使系統(tǒng)的pH值下降。亞硝酸菌最適pH值為8.0～8.4,硝酸菌的最適pH值為6.5～7.5,反硝化最適宜的pH值為6.5～7.5。當(dāng)pH低于6.0或高于9.6,硝化反硝化將受到影響,甚至反應(yīng)將停止。

影響生物脫氮的因素第7頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

(5)有機(jī)碳及C/N比

硝化菌是自養(yǎng)型,其生存率遠(yuǎn)小于氧化有機(jī)物的異養(yǎng)菌,當(dāng)好氧池中有機(jī)物濃度較高時(shí),硝化菌為劣勢菌種,當(dāng)BOD5小于20mg/L,硝化反應(yīng)才不受影響。而反硝化是異養(yǎng)菌，因此反硝化過程需要有一定的碳源作為電子供體及能源,否則反硝化不徹底。(6)有毒有害物質(zhì)

許多物質(zhì)對(duì)硝化菌有毒害作用,如某些重金屬、復(fù)合陰離子和有機(jī)化合物等,會(huì)干擾細(xì)胞的新陳代謝,破壞細(xì)菌最初的氧化能力。另外,過高的氨氮濃度對(duì)硝化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生基質(zhì)抑制作用。影響生物脫氮的因素第8頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

(7)回流比

對(duì)于A/O、A2/O和UCT等前置反硝化工藝，污泥回流和混合液回流是使該工藝獲得脫氮效果的先決條件，回流比的大小直接影響脫氮效果的好壞。實(shí)際運(yùn)行時(shí)混合液比常常取200~300%,污泥回流比取50~100%。

(8)同化作用

對(duì)于通常認(rèn)為異化脫氮是廢水中氮的主要去除途徑，但對(duì)于進(jìn)水BOD/TN很高的廢水，有時(shí)同化脫氮可能占相當(dāng)大的比例。某些工業(yè)廢水由于卻反氮源而使得氮成為生物處理的限制性底物，這種情況下，為保證生物處理正常運(yùn)行，必須向廢水中投加氮源，以滿足微生物生長的需求。影響生物脫氮的因素第9頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

起除磷作用的細(xì)菌分為兩類：（1）聚磷菌（PAOs,Poly-phosphateAccumulatingOrganisms）；（2）反硝化除磷菌（DPB，DenitrifyingPhosphorusRemovingBacteria）。除磷原理第10頁,共20頁，2024年2月25日，星期天PAOs原理：

除磷原理第11頁,共20頁，2024年2月25日，星期天PAOs原理：

聚磷菌吸磷和釋磷機(jī)理是傳統(tǒng)普遍認(rèn)可的理論。即在厭氧條件下,發(fā)酵產(chǎn)酸菌充分發(fā)揮其發(fā)酵產(chǎn)酸作用,將進(jìn)水中大分子有機(jī)物變成小分子有機(jī)物揮發(fā)性脂肪酸(VFA),以利于“聚磷”的聚磷菌(PAO)釋磷所需。聚磷菌在厭氧“受壓抑”環(huán)境下將其細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)態(tài)磷分解轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)磷,并釋放于環(huán)境中,并產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)。聚磷菌利用ATP以主動(dòng)運(yùn)輸方式將細(xì)胞外的廢水中溶解性有機(jī)基質(zhì)攝入細(xì)胞內(nèi),以合成聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)及糖原等有機(jī)顆粒的形式貯存在細(xì)胞內(nèi)。聚磷菌在厭氧條件下釋放出的磷,是利用ATP時(shí)的水解產(chǎn)物,其反應(yīng)式為：

ATP+H2O→ADP+H2PO4除磷原理第12頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

在厭氧條件下,表現(xiàn)為磷的釋放,即磷酸鹽由微生物體內(nèi)向廢水的轉(zhuǎn)移過程。在好氧條件下,貯存有機(jī)物的聚磷菌的活力將得到恢復(fù),聚磷菌在有溶解氧的條件下進(jìn)行有機(jī)物的降解,同時(shí)產(chǎn)生大量ATP。產(chǎn)生的ATP大部分供給細(xì)胞合成和維持生命活動(dòng),一部分則用于從廢水中攝取溶解態(tài)的正磷酸鹽所需的能量,從而完成聚磷的過程。這一階段表現(xiàn)為微生物對(duì)磷的吸收,即磷酸鹽由廢水向聚磷菌體內(nèi)的轉(zhuǎn)移過程。PHB的合成與降解,作為一種能量的貯存與釋放過程,在聚磷菌的攝磷和放磷過程中起著十分重要的作用。聚磷菌對(duì)PHB的合成能力的大小將直接影響其攝磷能力的高低。聚磷菌的釋磷和吸磷過程中,細(xì)胞對(duì)磷的攝取量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在厭氧環(huán)境中的釋放量,通過排放剩余污泥來實(shí)現(xiàn)除磷。在一定條件下,聚磷菌厭氧釋磷越徹底,好氧條件下的吸磷量就越大。除磷原理第13頁,共20頁，2024年2月25日，星期天DPB原理：

由于反硝化菌和聚磷菌對(duì)有機(jī)物的競爭，因而在脫氮除磷的污水廠中強(qiáng)化的生物除磷過程往往會(huì)降低該廠的反硝化能力。大多數(shù)改進(jìn)的活性污泥脫氮除磷污水廠都會(huì)在厭氧條件下被PAO吸收而不能在缺氧下為反硝化菌利用。然而，此情況只有當(dāng)PAOs與反硝化菌完全不同時(shí)才會(huì)發(fā)生。若PAOs在缺氧條件下能發(fā)生時(shí)反硝化作用，則它們對(duì)有機(jī)物競爭的程度將大大降低。近年來人們熱衷研究另一類細(xì)菌，即“兼性厭氧反硝化除磷細(xì)菌”---DPB的反硝化除磷行為。若能在實(shí)際工程中培養(yǎng)出以DPB占優(yōu)勢的混合菌種，則可期望反硝化與過量吸磷在同一構(gòu)筑物中實(shí)現(xiàn)。研究表明它們中的一部分可利用NO3--N為電子受體來過量吸磷。除磷原理第14頁,共20頁，2024年2月25日，星期天(1)溶解氧

控制生物除磷工藝中厭氧段（即磷釋放區(qū)）的厭氧條件很重要，因?yàn)樗苯佑绊懙絇AOs和DPB的釋磷能力及保證合成PHB所需的VFA或SCFA的數(shù)量。在釋磷區(qū),應(yīng)保持嚴(yán)格厭氧,DO小于0.2mg/L;吸磷過程,要保持充足的DO,一般DO應(yīng)控制在2.0mg/L以上。(2)溫度

溫度范圍為5～30℃,厭氧釋磷和好氧吸磷受溫度的影響十分明顯,在15～20℃,好氧吸磷速度達(dá)到最大。

影響生物除磷的主要因素第15頁,共20頁，2024年2月25日，星期天(3)pH值

厭氧條件下釋磷是生物除磷極為重要的一個(gè)方面，而這要求有VFA或SCFA存在。因此厭氧釋磷要求pH值小于或等于7.0為宜。而pH值低于5.2,會(huì)引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的破壞,造成無效釋磷。(4)硝態(tài)氮

一方面,厭氧區(qū)的聚磷菌主要是以VFA為碳源完成聚磷的水解和釋放,如有硝態(tài)氮存在,氣單胞菌就不會(huì)產(chǎn)酸,聚磷菌所能獲得的VFA就少;另一方面,氣單胞菌會(huì)利用硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化,消耗水中的碳源有機(jī)物,硝態(tài)氮與聚磷菌爭奪碳源,這對(duì)聚磷菌的厭氧釋磷是非常不利的,厭氧區(qū)的硝態(tài)氮濃度應(yīng)控制在1.5mg/L以下。

影響生物除磷的主要因素第16頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

(5)有機(jī)負(fù)荷和有機(jī)質(zhì)類型

較高的有機(jī)負(fù)荷對(duì)除磷有利,一般認(rèn)為,進(jìn)水中BOD5/TP應(yīng)大于20,才會(huì)獲得較好的除磷效果。有機(jī)質(zhì)的類型對(duì)厭氧釋磷有重要影響,分子量較小的有機(jī)物易于被聚磷菌利用。(6)泥齡

生物除磷主要通過排出剩余污泥實(shí)現(xiàn)的,而處理系統(tǒng)中泥齡的長短直接影響污泥的活性及剩余污泥排放量。系統(tǒng)泥齡過長，則使污泥活性降低，污泥的含磷量下降，去除單位重量的磷所消耗的BOD也多。此外，由于泥齡長，污泥趨于老化，可通過自身氧化使體內(nèi)的磷釋放水中，同時(shí)剩余污泥量減少也導(dǎo)致了除磷效率降低。因此,SRT越短,排放的污泥量越多,除磷的效率越高。SRT一般為3.5～7.0d。

影響生物除磷的主要因素第17頁,共20頁，2024年2月25日，星期天(7)細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存物

生物除磷實(shí)際上是微生物細(xì)胞內(nèi)幾種內(nèi)儲(chǔ)存物之間的相互作用，故細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存物的含量對(duì)除磷有極大影響。聚磷酸鹽的厭氧釋放是除磷菌好氧過剩攝磷的前提，為PHA的合成提供能量，同時(shí)糖原的厭氧分解也是合成PHA的能量來源。因此高磷低糖的污泥厭氧釋磷多，低磷高糖的污泥厭氧釋磷少。若污泥糖類含量超過25%時(shí)，污泥吸收有機(jī)物同時(shí)降解糖原而不釋放磷，這必然會(huì)導(dǎo)致工藝脫磷失敗。因此，設(shè)法降低細(xì)胞內(nèi)糖原含量有利于提高生物除磷效率。同樣，細(xì)胞內(nèi)PHA的含量與除磷效率也關(guān)系密切。

影響生物除磷的主要因素第18頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

氮、磷等污染物的排放會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，這就要求城市污水處理廠必須考慮采用脫氮除磷的技術(shù)措施降低對(duì)環(huán)境的危害。然而氮磷的去除比