強化吸附生物除磷工藝的探討（給排水專業(yè)畢業(yè)論文）

1 強強 化化 吸吸 附附 生生 物物 除除 磷磷 工工 藝藝 的的 探探 討討 2 專 業(yè)： 給排水工程 目錄 3 1. 課題概述 3 2. 課題研究的意義 3 3. 文獻綜述 5 4. 強化吸附法進行生物除磷實驗 20 5. 實驗結(jié)論 24 4 5 1 課題概述 生物除磷是近二十年來發(fā)展很快的一種工藝，它對水體富營養(yǎng)化的防治有很大的意義。我國最新頒布的污水排放標準“ GB978 1996”規(guī)定排入、類水體的磷酸鹽含磷量分別不得超過 0.5 和 1.0mg/l。強化吸附作用原理即在傳統(tǒng)的生物除磷工藝 A/O 工藝流程厭氧池的前面加一個小的厭氧池，此小的厭氧池的停留時間比比原厭氧池短的多（小于 30min），稱之為吸附池。此工藝是根據(jù)微生物的生理特性和厭氧 好氧除磷的原理而設(shè)計的。其作用原理即在處理流 程首斷增加一個生物選擇器，以改善污泥性能，促使微生物對有機的吸收。曾學(xué)者將強化附用于生物脫氮工藝，取得良好效果。從理論上分析，它對于生物除磷效果也應(yīng)有促進作用。 2 課題研究的意義 一、富磷給水體所造成的危害 用好氧活性污泥處理法處理廢水，主要是去除廢水中含碳的有機污染物（ BOD），在好氧處理過程中，活性污泥微生物有增長。由于氮、磷等營養(yǎng)元素是構(gòu)成微生物細胞的主要組分之一（氮通 6 常占污泥干重的 12.5%，磷占干重的 1.5 2.0%），因此通過同化合成微生物細胞，并以剩余污泥形式排放可以 去除廢水中的一部分氮、磷營養(yǎng)物。但是，出水中磷含量常常會超過 0.5 1.0mg/l的排放標準，成為藻類生長的營養(yǎng)來源，可因此造成水體富養(yǎng)化，導(dǎo)致溶解氧降低，出現(xiàn)厭氧消化，變黑發(fā)臭，對水產(chǎn)養(yǎng)殖、飲用水質(zhì)量等造成嚴重危害。 二、生物除磷的意義 由于水體中生長著固氮微生物、固氮藍藻，它們能固定大氣中的分子氮，供藻類生長所需。磷濃度的高低將成為控制湖泊中藻類生長豐度最重要的因子。據(jù)計算，水體中如含磷水平低于0.5mg/l(以 PO43-計 )，就能控制藻類的過盛生長，如低于0.05mg/l(PO43-),則藻類幾乎 停止生長。因此目前世界各國對控制水體中的磷含量都十分重視。 長期以來，各國大多采用化學(xué)法除磷?；瘜W(xué)法除磷簡便易行，適合于水量小、水質(zhì)成分波動大的含磷廢水處理。然而，化學(xué)法除磷沉淀后污泥量大、并難以處置；所有物化法除磷成本均很昂貴，對處理量大的污水廠往往難以承受。 在六十年代，環(huán)境工程學(xué)家發(fā)現(xiàn)好氧活性污泥處理廠在某些運行條件下污泥中磷含量特別高。因此通過排放剩余污泥而去除的磷量也大大增加，此現(xiàn)象后來被眾多學(xué)者研究和開發(fā)成各種樣的生物除磷工藝。據(jù) Gilbert 等人 (1965)介紹，生物除磷法有許多突出 的優(yōu)點： 7 （ 1) 除磷效果高 ; （ 2) 可減少化學(xué)污泥量 ; （ 3) 可減少活性污泥的膨脹現(xiàn)象、改進污泥沉降性能、污泥易脫水、肥效高 ; （ 4) 動力消耗低，日常運行費用省 ; （ 5) 操作方便 ; （ 6) 適合于現(xiàn)有污水處理廠的改建。 三、進行生物除磷是新城市污水處理廠面臨的實際問題 最新頒布的城市污水處理廠排放標準 GB978 1996 對 1998年 1 月 1 日之后建成的污水處理廠排放水質(zhì)提出了新的更高的國家標準。它規(guī)定排入 I、 II類水體和 IV、 V類水體中的氨氮含量不應(yīng)高于 15 和 20 毫克 /升，磷酸鹽磷含量分別不高于 0.5 和 1.0毫克 /升。其中磷的含量達到了發(fā)達國家的排放標準。傳統(tǒng)的活性污泥法不能達到上述排放標準。而用化學(xué)法除磷不但投資大，運行費用也相應(yīng)增加，并且會產(chǎn)生大量化學(xué)污泥。但目前對物除磷可靠性沒有把握。因此需要研究有效的、投資節(jié)省生物除磷方法，使之能盡快得到實際應(yīng)用。 四、強化吸附法生物除磷理論設(shè)想 介于傳統(tǒng)的生物除磷工藝的除磷效率還有待提高，而強 8 化吸附法生物除磷工藝是在傳統(tǒng)的生物除磷工藝流程厭氧池前面加一個小的 厭氧池，此小的厭氧池的停留時間比比原厭氧池短的多（小于 30min），稱之為吸附池。在這樣一個小環(huán)境中，集磷菌可以利用充分的營養(yǎng)使之以 PHB 的形式儲存在菌體內(nèi)，并使產(chǎn)酸、發(fā)酵過程得以繼續(xù)進行，到下一個厭氧池得以更步的放磷，從而為以后的好氧吸磷創(chuàng)造了充分的條件。此工藝是根據(jù)微生物的生理特性和厭氧 好氧除磷的原理而設(shè)計的。其作用原理即在處理流程首斷增加一個生物選擇器，以改善污泥性能促使微生物對有機物的吸收。曾有學(xué)者將強化吸附用于生物脫氮工藝，取得良好效果。從理論上分析，它對于生物除磷效果也應(yīng)有促進作用。推斷 其除磷效果較其它常見生物除磷工藝要好，近而作了實驗研究。 3 文獻綜述 一、生物除磷機制假說的發(fā)展 早在 1955 年， Greenberg 等報導(dǎo)了活性污泥可吸收超過微生物正常生長所需的磷量。 Srinath(1959)和 Alarcon(1961)首先報導(dǎo)了污水處理廠污泥生物除磷的現(xiàn)象，但他們均未解釋其原因。 對活性污泥過量除磷的系列研究始于六十年代中期，Shapiro 等對此進行了大量研究，他們肯定了曝氣對污泥吸磷的 9 作用，在不曝氣時，可發(fā)現(xiàn)磷釋入溶液。當 pH低時也有磷釋放現(xiàn)象發(fā)生。 比較有代表性 的解釋污泥能過量積累并去除磷的假說有兩個，一是生物誘導(dǎo)的化學(xué)沉淀作用；二是生物積磷作用。 1、生物誘導(dǎo)的化學(xué)沉淀作用 這一假說的核心是由于污泥微生物的代謝作用，導(dǎo)致微環(huán)境發(fā)生變化，結(jié)果使廢水中的溶解性磷酸鹽化學(xué)性地沉積于污泥上，并隨剩余污泥的排放一起去除。 （ 1） Menar和 Jenkins的假說 1969 年 Menar提出，污泥的過量積磷是由于磷酸鈣的沉淀和重新溶解的結(jié)果。廢水中的磷被化學(xué)性地沉淀并結(jié)合在活污泥中，隨剩余污泥而去除。 他們的論點是：在推流式曝氣池的進水端，回流污泥與進水混合，由于廢水中有機基 質(zhì)含量豐富，因此污泥活性強、代謝和好氧速率高、 CO2產(chǎn)量高。結(jié)果污水的 DO降低， pH也下降，使污泥中可能存在的磷酸鈣沉淀部分溶解，加上污泥對廢水中有機磷和脂肪酸鈣鹽的降解，使溶解性磷酸鹽濃度升高。隨著污泥混合液在曝氣池中向前推進，可利用的有機基質(zhì)減少污泥呼吸速率和 CO2產(chǎn)率減少。若供氧速率不變，溶解氧將會增加。 CO2產(chǎn)率的減少和曝氣對 CO2的吹脫，使 pH上升，導(dǎo)致出現(xiàn)磷酸鈣沉淀。 10 （ 2）借助 pH微環(huán)境變化的化學(xué)沉淀作用 除了在大環(huán)境 pH 改變的影響下發(fā)生磷酸鈣沉淀假說外，有人提出了與之相似的假說，即在污泥 絮體內(nèi)部 pH 微環(huán)境變化所導(dǎo)致的化學(xué)沉淀。 2、生物積磷作用 生物積磷假說認為污泥中某些微生物在某些環(huán)境條件下，有過量積聚磷酸鹽的作用，并通過剩余污泥的排放從系統(tǒng)中除磷。當細菌細胞生活在營養(yǎng)豐富的環(huán)境里開始大量繁殖即將進入對數(shù)生長期時，因細菌為大量分裂作準備，細胞能從外界大吸收可溶性磷酸鹽，在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽并積累起來，供對數(shù)生長期合成磷酸耗磷之需。另外，當細菌經(jīng)過對數(shù)生長期時環(huán)境中的一些營養(yǎng)物質(zhì)，如碳源、氮源或硫等已消耗殆盡，成為其生長繁殖的限制因子。這時大部分細胞已停止繁殖，核酸的合成也停止，對 磷的需要量已經(jīng)很低，若環(huán)境中的磷源仍然有余，細胞又有一定的能量，便能從外界吸收磷素，以多聚酸鹽的形式積貯于細胞內(nèi)。 許多學(xué)者對細菌體內(nèi)積磷的機理和去除環(huán)境中磷的途徑進行了更深入的研究。其中許多人認為細菌的積磷是通過“度累” 和“貪婪吸收”兩種不同的機制進行的。 （ 1）過度積累 所謂過度積累是指微生物暫時處于缺磷條件之后，若再進入 11 含有大量磷素和其他合適營養(yǎng)的環(huán)境，這時細菌就能大量的吸磷。 （ 2）貪婪吸收 所謂貪婪吸收是指細菌處在必要的營養(yǎng)元素受限制，但磷不受限制的條件下，若這時細菌有足夠的能量可供利用， 它們即可將磷吸收并主動轉(zhuǎn)移至細胞內(nèi)貯藏起來。這個條件相當于處在內(nèi)源呼吸期或靜止生長期，只能在細菌大量生長后營養(yǎng)已接近用盡的情況下發(fā)生。在污水處理廠中相當于曝氣池末端的活性污泥所處的條件。這種狀況下的細菌，當進入?yún)捬鯄阂謼l件時，體內(nèi)積累的聚磷酸鹽可大量釋放出來。 二、生物除磷的原理 貪婪吸收和過度積累現(xiàn)象只是部分的解釋了生物過量除磷的機理，還留下一些問題沒有解決。例如厭氧壓抑對貪婪吸收磷酸鹽似乎沒起什么作用。 1、對生物除磷細菌的研究 在七十年代初， Arizona 大學(xué)的一個研究組發(fā)現(xiàn)假單胞菌黃單胞菌群去磷 的能力高，而埃希氏菌氣單胞菌群去磷能力低。在污水基質(zhì)中添加葡萄糖可誘導(dǎo)提高后一類菌的吸磷數(shù)量。這是第一次探索污泥中的積磷細菌。后來人們發(fā)現(xiàn)不動桿莫拉氏菌群具有吸放磷和過量積貯磷的能力。到目前為止已發(fā)現(xiàn)了許多在活性污泥中能過量積累聚磷酸鹽的微生物。 12 2、積磷細菌在除磷污泥中的發(fā)展 經(jīng)過進一步的研究，人們總結(jié)了厭氧 /好氧系統(tǒng)中有機基質(zhì)的利用情況和生物除磷的機理。 廢水中的有機物進入?yún)捬鯀^(qū)后，在發(fā)酵性產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化成乙酸。積磷菌在厭氧的不利環(huán)境條件下（壓抑），可將貯積在菌體內(nèi)的聚磷酸鹽分解。在此 過程中釋放出的能量可供積磷菌在厭氧壓抑環(huán)境下存活之用；另一部分能量可供積磷菌主動吸收乙酸、 H+、 和 e ，使之以聚合羥基 - -丁酸（以 PHB 表示）形式貯藏在菌體內(nèi)，并使產(chǎn)酸發(fā)酵過程得以繼續(xù)進行。聚磷分解后的無機磷鹽釋放出積磷菌體外，此即觀察到的積細厭氧放磷現(xiàn)象。進入好氧區(qū)后，積磷菌即可將積貯的 PHB 好氧分解，釋放出的大量能量可供積磷菌的生長、繁殖。當環(huán)境中有溶存在時，一部分能量可供積磷菌主動吸收酸鹽，并以聚的形式貯積在體內(nèi)，此即為積磷菌的好氧吸磷現(xiàn)象。這時，污泥中非積的好氧性積磷細菌雖也能利用廢水 中殘存的有機物進行氧化分解，釋放出的能量可供它生長繁殖；但由于廢水中的大部分有機物已被積磷菌吸收、貯藏和利用，所以在競爭中得不到優(yōu)勢?？梢妳捬酢⒑醚踅惶娴南到y(tǒng)仿佛是積磷細菌的“選擇器”，使它能夠一支獨秀。 三、生物除磷動力學(xué) 1、不同種類碳源對污泥厭氧放磷的影響 13 許多研究者都觀察到磷的釋放與厭氧區(qū)內(nèi)溶解性可快速生物降解有機基質(zhì) Sbs密切相關(guān)。 Malnon等（ 1984）、 Hascoet等（ 1985）進一步提出磷的釋放基本上取決于進水中碳源的性質(zhì)，而不是厭氧狀態(tài)本身。 Gerber 等（ 1987）除了同意這一 觀點外，還進一步將誘導(dǎo)放磷的有機基質(zhì)劃分為三類，它們都屬于 Sbs類基質(zhì)： A類：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有機酸； B類：乙醇、甲醇、檸檬酸和葡萄糖等； C類：丁酸、乳酸和琥珀酸等。 鄭興燦等（ 1992）對此作了詳細研究，他們認為 A類基質(zhì)（ SA）存在時放磷速率較大，污泥初始線性放磷系由 A類物質(zhì)誘導(dǎo)所致，放磷速率與 SA濃度無關(guān)，僅與活性污泥的濃度和微生物組成有關(guān)，可以認為 SA類基質(zhì)誘導(dǎo)的厭氧放磷呈零級動力學(xué)反應(yīng)。 B 類基質(zhì)（ SB）必須在厭氧狀態(tài)下轉(zhuǎn)化成 A 類物質(zhì)后才能被積磷菌利用，從而誘發(fā)磷的釋放。因此， SB 誘導(dǎo) 的放磷速率主要取決于 SB類基質(zhì)轉(zhuǎn)化成 SA類基質(zhì)的速率。 SB誘導(dǎo)的厭氧放磷曲線可近似地用 Monod型方程式表示之。 C 類基質(zhì)（ SC）能否引起放磷則與污泥微生物組成有關(guān)。在用該基質(zhì)馴化后，其誘發(fā)的厭氧放磷速率與 SA接近。 （ 2）硝酸鹽對磷釋放的影響 鄭興燦等（ 1992）測試了不同濃度的硝酸鹽對 A 類基質(zhì)、 B 14 類基質(zhì)和城市污水厭氧放磷的影響。他們發(fā)現(xiàn)硝酸鹽存在不響 SA誘導(dǎo)的放磷速率，僅影響釋放總量。硝酸鹽可明顯抑制 SB誘導(dǎo)的磷釋放。硝酸鹽存在時，污水基質(zhì)樣品中出現(xiàn)明顯的磷凈吸收，當硝酸鹽耗完后又轉(zhuǎn)變?yōu)榱椎膮捬鮾?釋放。據(jù)此，他們認為： 在各類基質(zhì)中反硝化細菌優(yōu)先利用 SA，反硝化細菌在與積磷菌競爭 SA時占優(yōu)勢，對 SB亦如此。 除磷污泥中存在著兼具脫氮除磷以及不能反硝化的兩類積磷菌。在缺氧條件下（存有硝酸鹽），前者可吸磷后可放磷。結(jié)果，缺氧狀態(tài)下的效應(yīng)（凈釋放或吸收）取決于這兩類積磷菌在污泥中所占的比例、基質(zhì)的性質(zhì)和濃度。存在 SA時，反硝化細菌對 SA的競爭可使放磷總量下降，由于 SA可直接誘發(fā)磷的釋放，且釋放速率與 SA的濃度無關(guān)，因此硝酸鹽的存在對放磷速率沒有影響。對 SB來說，由于 SB必須轉(zhuǎn)化成 SA，因此在缺氧 條件下由于反硝化細菌對 SA和 SB的競爭，造成 SA濃度很低，結(jié)果使放磷總量明顯下降，放磷速率也明顯下降。同 時兼具脫氮除磷的積磷菌可通過反硝化中產(chǎn)生的能量吸磷，有時 會出現(xiàn)磷的凈吸收。 （ 3） pH對厭氧放磷的影響 徐亞同等人采用批式試驗，考察了不同 pH 時的厭氧放磷現(xiàn)象，結(jié)果表明， pH值為 7.0 0.2和 8.1 0.2時，污泥中的磷以較大速率釋放。當 pH 降至 5.2 0.2 時，污泥中的磷大量且快速地釋放，其釋放速率超過 pH7.0 0.2和 8.1 0.2 時的放磷速率。 15 在 pH9.5 0.1時，先出現(xiàn)磷的凈吸收，再出現(xiàn)磷的 凈釋放，磷的釋放明顯受到抑制。 pH 降至 5.2 時出現(xiàn)的大量而快速磷的釋放是一種無效的釋放，是細胞在酸性條件下的自溶，是磷酸鈣、鎂等鹽在酸性條件下溶解的結(jié)果，這時磷的釋放并不導(dǎo)致隨后好氧區(qū)的吸收。 pH9.5 的堿性條件下出現(xiàn)磷的凈吸收可能是由于生成了一些磷酸鈣、磷酸鎂沉淀，它們吸附到污泥絮體中而造成混合液溶磷濃度的下降。 （ 4）溫度對污泥厭氧放磷的影響 溫度對厭氧放磷有較大的影響。隨著溫度的升高，放磷速率增加，當溫度為 17、 27 和 37時，前三小時的放磷速率分別為0.87、 .23 和 2.60mg P/L h。溫度每升高 10、放磷速率幾乎增加一倍。 Shapiro 等指出，在批式試驗中，溫度從 10上升到 30使放磷速率增加了 5 倍。從試驗中還可看到，雖然溫度越低、放磷速率越低，但若放磷時間延長，可能會達到大體相同的最放磷量。 四、生物除磷系統(tǒng)的基本工藝流程 16 生物除磷系統(tǒng)具有下列一些共同特點： 進水端都存在著厭氧區(qū)。由于污泥交替進入?yún)捬鯀^(qū)，使過量積累聚磷鹽的積磷細菌能超過其它微生物而優(yōu)勢長，結(jié)果污泥的含磷量大大超過一般的好氧法處理系統(tǒng)的活性污泥的含磷量。 在厭氧區(qū)中排除硝酸鹽的重要性。目前對生 物除磷工藝所作的改進及在運行管理中所采取的措施均是力求減少由硝化作用所產(chǎn)生并通過污泥回流和混合液回流（內(nèi)）而進入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽含量，從而防止在厭氧區(qū)內(nèi)的反硝化作用對積磷細菌放磷產(chǎn)生競爭性抑制。 厭氧區(qū)內(nèi)的有機基質(zhì)，尤其是溶解性可快速生物降解有機物存在的重要性。積磷細菌在厭氧放磷過程中釋的能量，除了供它在厭氧壓抑條件下生存所需外，還可主動吸收環(huán)境中的溶解性可快速生物降解基質(zhì)，將之以 PHB 形式貯藏起來。在隨后的好氧區(qū)，積磷細菌即可用分解 PHB 時所釋放的能量來過量吸磷。所以，所有的生物除磷系統(tǒng)的厭氧區(qū) 均設(shè)在流程的進水端，以確保厭氧區(qū)中有足夠的有機基質(zhì)可供積磷細菌利用。 （一） 主流生物除磷工藝 1、 對已建廠的改造 南非的 Alexand城市污水處理廠原先是出水達到硝化的好氧活性污泥廠，曝氣區(qū)設(shè)置若干個機械表面曝氣，后來他們關(guān)閉 17 曝氣區(qū)前端的 6 個曝氣機，使之成為厭氧區(qū)。結(jié)果出水 PO43 P 從8mg/l 降至 2.8mg/l。由于曝氣機關(guān)閉，使能耗從 18000kw h/d降至 13000kw h/d。 圖 1 Alexanda污水廠工藝流程（依 Pitman， 1983） 2、 A/O工藝 A/O 工藝是使污水和污泥順次厭氧和好氧 交替循環(huán)流動的方法。在進水端，進水與回流污泥混合進入一個推式的厭氧接觸區(qū)。為了防止氧氣擴散入?yún)捬趸旌弦褐校稍趨^(qū)上方加蓋。厭氧區(qū)內(nèi)設(shè)有混合器，緩慢攪拌以避免污泥沉淀。有時厭氧區(qū)還被分隔成 3 4個室。厭氧區(qū)后面是曝氣的好氧區(qū)，最后進入沉淀池使泥水分離。 根據(jù)美國空氣產(chǎn)品公司報導(dǎo)的 A/O 工藝專利的特點是速率 18 高，水力停留時間短，在典型設(shè)計的厭氧區(qū)停留時間為 0.5 1.0小時，系統(tǒng)的泥齡亦短，因此系統(tǒng)往達不到硝化回流污泥中也就不會攜帶 NO3-至厭氧區(qū)。 圖 2 A/O工藝 3、 A2/O工藝 圖 3 A2/O工藝 19 為了能同時除磷脫氮，可在 A/O工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)一個缺氧區(qū)，并設(shè)置內(nèi)回流使好氧區(qū)中的混合液回流至缺以反硝化脫氮，這樣就構(gòu)成了既除磷又脫氮的厭氧 / 缺氧 / 好氧系統(tǒng)，簡稱A2/ O工藝。 廢水首先進入?yún)捬鯀^(qū)，兼性厭氧的發(fā)酵細菌將廢水中的可生物降解大分子有機物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸這一類小分子發(fā)酵產(chǎn)物。積磷細菌可將菌體內(nèi)積貯的聚磷鹽分解，所釋放能量可供積磷細菌在厭氧的“壓抑”環(huán)境下維持生存，另一部分能量還可供積磷細菌主動吸收環(huán)境中的 VFA 一類小分子有機物， 并以 PHB形式在菌體內(nèi)貯存起來。隨后廢水進入缺氧區(qū)，反硝化細菌就利用內(nèi)回流而帶來的硝酸鹽，以及廢水中可生物降解有機進行反硝化，達到同時去碳和脫氮的目。厭氧區(qū)和缺都設(shè)有攪拌混合器，以防止污泥沉積。接著廢水進入曝氣的好氧區(qū)，磷細菌除了可吸收、利用廢水中的殘?？缮锝到庥袡C外，主要是分解體內(nèi)貯積的 PHB，放出的能量可供本身生長繁殖，此外，還可主動吸收周圍環(huán)境中的溶磷，并以聚鹽形式在體內(nèi)貯積起來。這時排放的廢水中溶磷濃度已相當?shù)汀：醚鯀^(qū)的有機物經(jīng)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)分別被積磷細菌和反硝化利用后，濃 度也相當?shù)停@有利于自養(yǎng)的硝化細菌生長繁殖，并將 NH4+ 經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為 NO3-，非積磷的好氧性異養(yǎng)菌雖然也能存在，但它在厭氧區(qū)中受到嚴重的壓抑、在好氧區(qū)又得不到充足的營養(yǎng)，因此與其他生理類群的微生物競爭中處于劣勢。排放的剩余污泥， 20 由于含有大量能過量積貯聚磷鹽的積磷細菌，污泥磷含量可達 6%以上，因此較一般的好氧活性污泥系統(tǒng)大地提高了磷的去除效果。 4、 Bardenpho工藝 圖 4四段 Bardenpho工藝 1974 年， Barnard 報導(dǎo)了在他所首創(chuàng)的硝化，反硝化脫氮Bardenpho 工藝中，有時 發(fā)現(xiàn)有很好的除磷效果。 Bardenpho 工藝以四個完全混合活性污泥反應(yīng)池串聯(lián)而成。其中第 1、 3池不曝氣、設(shè)混合器緩慢攪拌以防止污泥沉淀。第 2、4池好氧曝氣。第 2池（好氧 1）停留時間長，已達完全硝化。好氧 1的混合液并不回流至第一池（缺氧 1），而是進入第 3池（缺氧 2），混合液中的 NO3-被反硝化細菌通過內(nèi)源反硝化而還原成氮氣。隨后進入第 4池（好氧 2）使 DO足夠高以驅(qū)走氮氣泡，避免形成浮渣，同時避免污泥在沉淀池中厭氧放磷。 21 Barnard 在實驗中首次發(fā)現(xiàn)水中 NO3-對去磷有抑制作用。 5、 Phoredox工藝 圖 5 Phoredox 工藝 為了提高去磷效果， Barnard 在他的試驗中，將 Bardenpho工藝作了改進，在缺氧 1 前增設(shè)了一個厭氧發(fā)酵區(qū)。從二沉池回流來的污泥在厭氧區(qū)中與進水相混。好氧池中污泥合液回流僅進入缺氧區(qū)。只要后面 4段硝化、反硝化控制得當，氮去除率高，同時控制二沉池污泥至厭氧區(qū)的回流污泥比，那么通過而帶至厭氧區(qū)的硝酸鹽將是很少的。厭氧區(qū)的厭氧生境比原Bardenpho 工藝中的缺氧區(qū)較易達到。在南非及歐洲將這種改進的 Bardenpho 工藝稱為 Phoredox 工藝。在美國仍稱之為改良型Bardenpho 工藝或五階段 Bardenpho 工藝。 6、 UCT工藝 22 圖 6 UCT工藝 在 Phoredox 的工藝流程中，二沉池的回流污泥仍然是回至最前端的厭氧區(qū)，由于其中或多少的帶有 NO3-，因此對厭氧區(qū)總會帶來不利的影響。要通過操作來降低硝酸鹽濃度方面的余地較小。同時減少回流污泥量對污的沉降性能有較高要求，二沉池的操作也帶來一定的困難。 Marais等經(jīng)過一系列的嘗試后推出了 UCT 工藝（ University of Cape Town Process）。 在 UCT工藝中，沉淀池的回流污泥和好氧區(qū)的污泥混合液分別回流至缺氧區(qū)，內(nèi)中攜帶的 NO3-在缺氧區(qū)中經(jīng)反硝化而去除。為了保證厭氧區(qū)中的污泥濃度，增設(shè)了缺氧區(qū)至厭的混合液回流。在廢水 TKN/ COD適當?shù)那闆r下，缺氧區(qū)中反硝化作用完全，可以使缺氧區(qū)出水中的 NO3-濃度保持接近于零，從而在厭氧區(qū)中能保持較為嚴格的厭氧生境，這樣可提高厭氧放磷以及整個系統(tǒng)的除磷效率。同 Phoredox工藝相比， UCT工藝可最大限度的排除回流液中攜帶的硝酸鹽對除磷的不利影響。但因增加了缺氧區(qū)至厭氧區(qū)的混合液回流，運行費用略有增加。 7、 改良型 的 UCT工藝 23 圖 7改良型 UCT工藝 在 UCT工藝中，從好氧區(qū)至缺氧區(qū)的內(nèi)回流中所攜帶的 NO3-，多多少少總是有一些被缺氧區(qū)至厭的回流液帶入，為了解決這一問題，有人對 UCT 工藝作了改進，稱之為改良型 UCT工藝。 在改良型 UCT工藝中，缺氧區(qū)被分成兩個，缺氧 1只接受二沉池的回流污泥，并有混合液回流至厭氧區(qū)。因此，對缺 1，只要求減少回流污泥攜帶的 NO3-數(shù)量。缺氧 2 接受來自好氧區(qū)的混合液回流，其內(nèi)進行反硝化。這種將缺氧 1 與缺氧 2 完全分隔的改良型 UCT 工藝可避免將過剩的 NO3-帶進厭氧區(qū)，從而提高 了系統(tǒng)的去磷效果。 8、 VIP工藝 24 圖 8 VIP工藝 VIP 工藝是以美國 Verginia Polytechnic Institute and State University 的 Randall 教授為首的科研組提出的一種生物除磷工藝。其流程類似于 UCT 工藝，但有二點明顯的不同： 厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的每一部分至少有二個以上的池所構(gòu)成，這樣可增加吸、放磷的速率； 與 UCT工藝相比，泥齡短，負荷高，運行速率較高，污泥中活性生物的比例增加，除磷速率較高減少了反應(yīng)池的體積其設(shè)計泥齡為 510天，而 UCT 工藝 的泥齡通常為 1325天。 9、 SBR工藝 序批式活性污泥法（簡稱 SBR工藝）是一種將初沉、反應(yīng)和二次沉淀池放在同一反應(yīng)器中進行，提供一種時間順序上的污水處理工藝。整個處理過程分為進水、反應(yīng)沉降出休閑五個時期，具有構(gòu)筑物簡單，投資省，操作靈活，管理方便等優(yōu)點， 25 現(xiàn)已研制出自動監(jiān)測或起閉閥門，定時進水排的自動控制系統(tǒng)，操作時可按水質(zhì)狀況調(diào)整各時段時間。 （二） 旁流生物除磷工藝 Phostrip法 該工藝的關(guān)鍵是在常規(guī)的好氧活性污泥工藝中，增設(shè)了厭氧放磷池和化學(xué)沉淀池。該工藝的主流部分為常規(guī)的活性污泥法曝 氣池，回流污泥的一部分（約為進水流量的 1020%）旁流入一個厭氧池，污泥在厭氧池中通常停留 812 小時，積磷細菌可吸收發(fā)酵產(chǎn)物而放磷，也因菌體自溶而放磷。脫磷后的污泥回流入曝氣池繼續(xù)吸磷，富含磷的厭氧池上清液進入化學(xué)沉淀池后以石灰處理，石灰劑量取決于廢水的堿度，使溶磷轉(zhuǎn)化為不溶性的磷酸鈣沉淀，然后從系統(tǒng)內(nèi)棄去。由于 Phostrip 工藝僅將處理流程中的一部分回流污泥通入旁路的厭氧放磷池，并以化學(xué)的方法除磷，所以列入旁流除磷工藝。污泥的吸磷仍然遵循生物過量吸磷的機理，因此是一種生物和化學(xué)法相結(jié)合的除磷方法。然 而，同其他化學(xué)除磷工藝相比，由于只占總流量一小部分的廢水須加藥處理，故大大地減少了化學(xué)藥物的投加量。同其它主流生物除磷工藝相比，對進水 TBOD和 BOD/P 的要求不嚴格，在進水 BOD 不高，只要操作合理，出水TP可低于 1mg/l。 26 圖 9 Phostrip工藝 五、生物除磷機理新進展 最近，一些刊物報導(dǎo)了一種現(xiàn)象，就是在反硝化（或缺氧）條件下發(fā)生吸磷，并發(fā)現(xiàn)在活性污泥中有一種能反硝化且除磷的細菌（ DPB），現(xiàn)表明，這種 DPB的能力與人們熟知的好氧積磷菌相近。 這種反硝化除磷的主要優(yōu)點是：碳源和能源（曝氣 ）得到節(jié)省。對于反硝化除磷，進水中的 COD可同時用于脫氮除磷。 Delft大學(xué)的研究中，相當一部分磷在缺氧區(qū)被吸收， DPB 的除磷量相當于總除磷量的 50%。與傳統(tǒng)工藝相比，采用反硝化除磷的生物營養(yǎng)鹽去除工藝（ BNR）可節(jié)省 COD30%（用于處理生活污水時）。 DPB 的代謝機理與好氧積磷菌非常類似，在缺氧段，用 NO3-而非 O2氧化 COD（ PHB）。然而， DPB的存在和生長并不意味著在 27 BNR 工藝中，厭氧段可省略。研究表明，省去厭氧段令細菌特性從反硝化除磷向傳統(tǒng)反硝化轉(zhuǎn)變。 參考文獻： 1許亞同，廢水中氮 磷的處理，華東師范大學(xué)出版社， 1996年。 2、白曉慧，生物除磷機理新進展，環(huán)境科學(xué)動態(tài) 1997 年第 3期。 3、駱瓊，污水同時去磷除氮技術(shù)動向，環(huán)境科學(xué)態(tài) 1996 年第 4 期。 4、徐樂中，生物除磷效率的確定，給水排水， 1995 年第 11期。 5、陳欣燕 程曉如 陳忠正，從微生物學(xué)探討生物除磷機理，中國給水排水 1996年第 5期。 6、翟明，論污水中氮磷的降解，中國土木工程學(xué)會排水委員會三界二次年會論文（ 1997年）。 7、顏秀勤， A+A2/O工藝處理城市污水的生產(chǎn)性試驗研究，中國土木工程學(xué)會排水委員會三界二 次年會論文（ 1997 年）。 8、周岳溪等，廢水生物除磷機理的研究，環(huán)境科學(xué)， 1991 年 13卷 4 期。 28 9、鄭興燦，污水生物除磷機理述評，環(huán)境科學(xué)， 1989 年 11 卷 1期。 10、朱懷蘭 史家梁 徐亞同， SBR系統(tǒng)中的積磷細菌，上海環(huán)境科學(xué)， 1994 年 4月。 11、徐亞同 ，生物除磷，上海環(huán)境科學(xué)， 1988年 3月。 12、朱懷蘭 史家梁 徐亞同， SBR生物除磷工藝的研究， 1993年 8月。 13、張在峰 趙慶祥 林吉，生物除磷過程中厭氧特性的研究，中國環(huán)境科學(xué)， 1991年 11卷 5 期。 14、劉玉生 朱學(xué)慶等， A/O 和 A2/O 法除磷脫氮工藝影響因素及除磷動力學(xué)研究，環(huán)境科學(xué)研究， 1992年 3月，第 5卷第 2期。 4用強化吸附法進行生物除磷實驗 一、實驗材料及裝置 1、實驗材料 本實驗的儲水、反應(yīng)及沉淀池均采用有機玻璃制造，各反映池之間用橡膠管連接。 29 2、 實驗裝置 實驗自制曝氣池直徑（ d）為 250mm，厭氧池 d=150mm，附池d=100mm，沉淀池 d=200mm，儲水池 d=400mm。由于本實驗的目的在于探討強化吸附除磷工藝的 除磷效果，故實驗采用 A/O流程及強化吸附除磷流程兩套模擬裝置進行，以對比兩種工藝 流程的除磷效果。強化吸附除磷工藝只是多了一個吸附池，其它裝置的規(guī)格兩流程相同。 在裝置中，曝氣池采用微孔曝氣方式，空壓機供。各反應(yīng)池均采用攪拌器，轉(zhuǎn)速為 60 轉(zhuǎn) /分。吸附池及厭氧池上口磨平加橡膠蓋密封，以保證厭氧條件。進水及污泥回流采用蠕動泵。 一、 實驗流程 本實驗采用對比實驗的方法，建立兩個系統(tǒng)。系統(tǒng)一為傳統(tǒng)A/O法系統(tǒng)二為強化吸附法（見圖 10及圖 11）。 系統(tǒng)一：厭氧池 +好氧池 +沉淀池， 系統(tǒng)二：吸附池 +厭氧池 +好氧池 +沉淀池。 30 圖 9系統(tǒng) 1 圖 10系統(tǒng) 2 系統(tǒng)一照片： 31 系統(tǒng)二照片： 32 系統(tǒng)整體照片： 33 二、 取泥和配水 實驗污泥取自高碑店污水處理廠的回流污泥，回來后進行接種 培養(yǎng)，穩(wěn)定后取樣分析。 34 實驗采用人工配水方法，其污水成分模擬北京市污水特征，按碳、氮、磷比例進行配制，原料采用醋酸鈉（ NaAC）、磷酸二氫鉀（ KH2PO4）、氯化銨（ NH4Cl）等。 三、 實驗過程 1、 第一階段 在第一階段中，除磷效果很差，近于沒有，進出水磷含量差值在 1 2mg/l 之間，近于沒有。測定厭氧池 DO，其值略高于0.20mg/l，故分析可能是厭氧池 DO太高所至，于是將厭氧池及吸附池加橡膠墊及軟紙增加密封程度，減少表面復(fù)氧。經(jīng)磷測試仍未發(fā)現(xiàn)過量除磷。后將進水比進行了調(diào)整，將進水 COD 由150mg/l 增加為 200mg/l，進水磷含量由 40mg/l 降低為 20mg/l。此時絲狀菌卻突然大量繁殖，將好氧池的溶解氧增至 4mg/l 左右后，沉淀池泥面開始下降，污泥膨脹現(xiàn)象逐步消逝。 2、 第二階段 各項參數(shù)及指標控制如表一所示： 表一： 泥 日 進 回 停留時間（ h） 常規(guī)法 吸附法 35 齡 天 排 泥 升 水 流 量 l/h 流 比 % COD mg/l P mg/l 厭氧池 曝氣池 吸附池 厭氧池 曝氣池 5 1.44 2.4 100 150 40 1.33 3 0.33 1 3 此外，在本次實驗過程中， PH值一般在 7.0左右 ,溫度在 1626之間。 本階段從 5月 6日開始，經(jīng)過前一階段的調(diào)整，終于取得成效。此階段雖不時出現(xiàn)泵壞，停止運轉(zhuǎn)的等 故障，但其他時間基本正常。 第二階段磷去除效果表：（見另頁表二） 36 表中數(shù)據(jù)均在污泥狀態(tài)較穩(wěn)定情況下測得。有時因泵停或跑泥等情況發(fā)生而導(dǎo)致不能連續(xù)測磷。另外有個別數(shù)據(jù)明顯合理而舍去了，如：有時測得的進水磷要高于實際含量，其所得數(shù)據(jù)自然不正確，原因可能是由于操作過程中出現(xiàn)了錯誤。 在本階段當中，于 5月 27日將曝氣池停留時間改為 4小時，日排泥量改為 1.92L，經(jīng)穩(wěn)定后于 6 月 6 日和 6 月 7 日測得兩組數(shù)據(jù)如表三所示。 3、第三階段 5 月 28 日發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中出現(xiàn)大量膠粘狀泥團，經(jīng)鏡檢，發(fā)現(xiàn)全由大量絲狀菌構(gòu)成。由于系統(tǒng) 中絲狀菌過多，難于控制且找不到具體原因，故于 6月 9日將原泥撇掉，改換為高碑店新取污泥，以后一段時間進入污泥的培養(yǎng)、接種階段。經(jīng)穩(wěn)定后于 6 月 19日開始了本階段的測磷工作。實驗測得磷去除效果如表四所示。 從這些數(shù)據(jù)可以明顯看出，在換泥后，由于污泥的狀態(tài)較好，DO控制在 4mg/l左右，污泥指數(shù)保持在 100以內(nèi)。所以，實驗取得了較為明顯的效果。 5 實驗結(jié)論 37 一、 在厭氧條件為 1.33 小時，好氧條件為 3 小時的條件下強化吸附除磷法比常規(guī) A/O法有較高的磷去除率，但去除率增加百分比不是很大，約增加 5%左右。 二、 強 化吸附法污泥含磷率略高于常規(guī) A/O法，第二階段常規(guī)A/O 法約為 15%左右，強化吸附法約為 16%左右；第三階段常規(guī) A/O法約為 11%左右，強化吸附法約為 12%左右。 三、 在運行過程中，一定要嚴格控制吸附池及厭氧池的厭氧條件，使 DO保持在 0.20mg/l 以下，以及使好氧池的 DO 保持在 2mg/l以上，以免產(chǎn)生絲狀菌，引起污泥膨脹，一旦絲狀細菌大量繁殖，不但難于恢復(fù)污泥性狀，而且對除磷效果也有很大的影響。 四、 總的看來，在污泥狀態(tài)不是很好的情況下，吸附法磷去除率比常規(guī)法大約高 5%左右，而在污泥狀態(tài)較好，各項參數(shù)控制較合理 時，吸附法比常規(guī)法可高出 9%左右。 五、 通過實驗可以看出，無論是常規(guī) A/O法，還是吸附法，如污泥狀態(tài)比較好且各項參數(shù)指標合適時，磷去除率均可以得到提高，常規(guī)法磷去除率大約提高 1015%，吸附法可提高 1520%。 六、 由于硝酸鹽的存在對污水除磷也有很大的影響。在 6 月27日對系統(tǒng)中 NH3-N 及其 NO3-N的含量及變化作了測定， 38 得出下面一組數(shù)據(jù)： NH3-N 總進水 常規(guī)法出水 吸附法出水 13 91mg/l 0.43mg/l 0.64mg/l NO3-N 常規(guī)法厭氧池 吸附法厭氧池 1 007mg/l 2.08mg/l 而且，測得自來水中 NO3-N含量為 12.7mg/l，經(jīng)分析后認為，前一階段除磷率不是很高與 NO3-在系統(tǒng)中引起的反硝化作用有很大的關(guān)系。 論文摘要 生物除磷作為近年來發(fā)展很快的一種工藝，它對水體富營養(yǎng)化的防治有很大的意義。本實驗就強化吸附生物除磷工藝進行了研究，其原理即在常規(guī) A/O 法處理流程首端增加一個生物選擇器，以改善污泥性能，促使微生物對有機的吸收。本實驗采用對比實驗的方法，建立兩個系統(tǒng)， 系統(tǒng)一為傳統(tǒng) A/O 法，系統(tǒng)二 39 為強化吸附法。實驗結(jié)果表明，強化吸附除磷法比常規(guī) A/O 法有較高的磷去除率。本實驗還對吸附池、厭氧及好的不同停留時間比進行了探討。 ABSTRACT Biological phosphorous removal process is a technology developed quickly recently. It has great significance to eutrophication of water body. The experiment was used to study strengthening adsorption biological phosphorous removal. Its principle is adding a biological selector before the convention A/O process to increase the sludge characteristics and enhance the adsorption of organic matters by microorganism. The experiment adopts contrast test and set up two sets of system. One is convention A/O process and the other is strengthening adsorption process. The result indicates that the strengthening adsorption process has a better phosphorous removal efficiency than A/O process. The experiment also study the effect of hydraulic residence time of adsorptio