第二章.生物除磷

1、第二章生物除磷2.1 生物除磷微生物種類及生理生化特點2.1.1 微生物種類廢水生物除磷系統(tǒng)中， 通常存在著具有不同功能的三類微生物， 即具 磷菌、發(fā)酵產(chǎn)酸菌和養(yǎng)樣好樣菌。其中養(yǎng)樣好養(yǎng)菌屬于非聚磷菌，對 生物除磷所做貢獻不大，聚磷菌和發(fā)酵產(chǎn)酸菌具有密切的關系。2.1.2 生理生化特點2.2.生物除磷微生物原理及反應方程式2.2.1 原理：污水中除磷的本質(zhì)是通過聚磷菌過量的超出其生理需要 的攝取廢水中的磷， 以聚磷酸鹽的形式聚集于胞內(nèi)， 形成高磷污泥作 為剩余污泥排除從而達到從廢水中除磷的效果 所謂生物除磷 , 是利 用聚磷菌一類的微生物 , 在厭氧條件下釋放磷。 而在好氧條件下 , 能 夠過量

2、地從外部環(huán)境攝取磷 , 在數(shù)量上超過其生理需要 , 并將磷以 聚合的形態(tài)儲藏在菌體內(nèi) , 形成高磷污泥排出系統(tǒng) , 達到從污水中 除磷的效果。生物除磷過程可分為 3 個階段, 即細菌的壓抑放磷、過渡積累和奢量 吸收。首先將活性污泥處于短時間的厭氧狀態(tài)時 , 儲磷菌把儲存的聚 磷酸鹽進行分解，提供能量，并大量吸收污水中的BOD釋放磷（聚磷 酸鹽水解為正磷酸鹽)，使污水中BOD下降,磷含量升高。然后在好 氧階段,微生物利用被氧化分解所獲得的能量 ，大量吸收在厭氧階段 釋放的磷和原污水中的磷，完成磷的過渡積累和最后的奢量吸收 ，在 細胞體內(nèi)合成聚磷酸鹽而儲存起來，從而達到去除BOD和磷的目的。 反應

3、方程式如下：(1) 聚磷菌攝取磷：ADP+H3PO4+量t ATP+H20(2) 聚磷菌的放磷：ATP+H2OADP+H3P04+量2.2.2反應方程式：亞硝化反應15C0j +13AW; TlONOJ +3C,HyNO +22H* +4HaO硝化反應5CO+1 ONO； t lONOf +在綜合考慮了氧化合成后，實際應用中的硝化反應總方程£為：im3 *1 860】+ 0T0 02C、HyNQ +1 WHa0+ 0.98NO； +0.88HaCO,>te2.3 生物除磷的影響因素及條件2.3.1 影響因素：1）溶解氧在聚磷菌放磷的厭氧反應器內(nèi)對污泥的放磷不利 ;2 ）氮源的濃

4、度和種類 氮源的濃度是影響生物除磷效果的一個重要因素， 有機物濃度提高后 誘發(fā)了反硝化作用， 并迅速耗去了硝酸鹽故有機物濃度越高， 污泥放 磷越早，越快。其次，碳源可為反膠產(chǎn)酸菌提供足夠的養(yǎng)料， 從而為聚磷菌提供放磷 所需的溶解性基質(zhì)。 使出水的磷濃度小于 1MG/g, ，進水總 BOD 與總 磷之比在 2330.至少要高于 15，才能使泥齡較短的除磷系統(tǒng)出水磷 較低?；旌咸荚椿蛭鬯械挠袡C基質(zhì)對厭氧放磷的影響情況較為復雜， 大分 子有機物必須先在發(fā)酵產(chǎn)酸堿的作用下轉化為小分子的發(fā)酵產(chǎn)物后， 才能被聚磷酸吸收并誘導利用的基質(zhì)， 其誘導放磷的速度取決于非聚 磷菌對他們的轉化效率。3 ）污泥齡生物

5、除磷主要是通過排除剩余污泥而去除磷的， 因此剩余污泥的多少 對脫磷效果有巨大的影響， 剩余污泥量較多， 可取得較高的除磷效果， 污泥齡為30d,除磷率為40%;污泥齡為17d,除磷率為50%，而當 污泥齡將至 5d 時，除磷率高達 87%4）溫度與 PH 值在5-30攝氏度的范圍內(nèi)，都可以取得較好的除磷效果，生物除磷系 統(tǒng)最適宜的PH 范圍為中性或弱堿性，大致為 6-8；生活污水的PH范圍內(nèi)，對PH不適合的工業(yè)廢水，處理前必須先行 調(diào)節(jié)。5）用負荷較高的 圧幾負荷可取得較好的除磷效果，進行生物除磷的底限是BOD/TP=20，有機基質(zhì)不同對除磷也有影響，一般低分子易降解的有 機物誘導磷釋放的能力

6、較強，高分子難降解的有機物誘導林釋放的能 力較弱。磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大6）硝酸氮和亞硝酸氮硝酸氮和亞硝酸氮的存在會抑制細菌對磷的釋放，從而影響在好養(yǎng)條 件下的吸收，'一 -N濃度應小于2mg/g。但當COD/TKN>10時，'一 -N對生物除磷的影響減弱2.4 .生物除磷的工藝類型：L包括A/O工藝，：/O工藝，phostrip工藝，bardenpho工藝，UCT 工藝，phoredox工藝，AP工藝和 VIP工藝常見的有：2.4.1A/O除磷工藝 1）該工藝主要通過排除富含磷的剩余污泥達到除磷的目的,2）其主要特點是工藝流程簡單，不需投藥，運行費和建設費少，

7、缺點 是除磷效率低，去除率為75%左右，當P/BOD值較高時，難以到達 排放要求。3）工藝流程：使微生物順次厭氧和好養(yǎng)交替循環(huán)流動的方法，在進水端，進水與回流污泥混合，進入一個推流式厭氧接觸區(qū)，厭氧區(qū)內(nèi)設有混合器，緩 慢攪拌使污泥保持不沉，有時厭氧 區(qū)還被分為幾個室。厭氧區(qū)是曝 氣的后區(qū)，最后進入沉淀池，使泥水分離如圖：混合液回流厭氧池1統(tǒng)饋池好氧池一磯Aft進水ffi 1 AVO工藝潦程Fig* iflow of A2ZO硏化混合液何流進水一缺氧池*好氧池好轍池污泥冋潦二沉港”剰余朽泥圖 2 Bartlenpho 工藝 4）特點 速率高； 水利停留時間短，在典型設計的厭氧區(qū)，停留時間為 0.

8、5-1 小時，好 氧區(qū)為 1-3 小時；系統(tǒng)泥齡短， 因此系統(tǒng)往往達不到消化， 回流污泥中不會攜帶硝酸根 到達厭氧區(qū)。5）設計要求 1）.在厭氧池中嚴格控制厭氧條件，使其既無分子態(tài)也無硝酸根等化 合態(tài)氧。好養(yǎng)池中，要保證 DO 不低于 2mg/l 保持好養(yǎng)狀態(tài)， 2.）污水中的 BOD5/TP 比值應大于 20-303）.污水中的 COD/TKN>=10 ，否則 NO3-N 濃度必須小于 2mg/l 4）泥齡短一般 3.5-7 天.5.）水溫在 5-31 攝氏度之間6）.PH=6-87）.BOD 污泥負荷 >>0.1KG2.4.2. 弗斯特里普除磷工藝1）該工藝不但可通過排除

9、含磷的剩余污泥達到除磷的目的，還可利 用活性污泥在厭氧池中將磷釋放于上清液中， 通過去除上清液中的磷 而達到除磷的目的，上清液中的磷可通過化學除磷方法去除。2）缺點是工藝復雜，需投加藥劑，運行費和建設費較高243 phostrip 工藝1）該工藝是一種生物作用與化學沉淀相結合的除磷工藝2）原理：活性污泥混合液中的微生物在曝氣池中攝取磷后，在二沉池內(nèi)沉淀分離，一部分沉淀污泥直接回到曝氣池，另一部分則進入在 厭氧狀態(tài)下進行的解析池使除磷菌進行磷釋放，多余的污泥作為剩余 污泥排走，該工藝主流部分為常規(guī)活性污泥法曝氣池， 是單純除磷不 能去氮的廢水處理工藝。工藝流程圖：1進水乙格柵3沉砂池4厭氛池5缺

10、較池】6好氧池17缺氧池2 X.好氧池2 9二沉池 Ok出水11沉砂外運12.回流污泥13.回流泥水混合液14莉余污泥jf2.4.4VIP除磷工藝1）本工藝是由美國RANDALL教授為首的科研組提出的生物除磷工藝,2）特點：泥齡短，負荷高，運行速率較高，污泥中活性生物的比例增加，除磷效率較高工藝流程圖:245改良型UCT除磷工藝 1）原理（特點）：缺氧區(qū)被分成兩個，缺氧區(qū)一：只接受二沉池的回 流污泥，并由混合液回流至厭氧區(qū)，因此對缺氧一只要求減少經(jīng)回流 污泥攜帶而來的硝酸根數(shù)量，缺氧區(qū)二：接受來至好氧區(qū)的混合液的 回流，其內(nèi)進行反消化。工藝流程圖：進水厭氛池肆氧彈丨好氛池無舉云一hi水應贏廠L

11、_型?型L二1劇余污泥BB3 ucrxsaa附加內(nèi)容脫氮除磷工藝4.1 AB法【2】AB法污水處理工藝是一種新型兩段生物處理工藝，是吸附生物降解法的簡稱。該工藝將高負荷法和兩段活性污泥法充分結合起來，不設初沉池，A、B兩段嚴格分開，形成各自的特征菌群，這樣既充分利用了上述兩種工藝的優(yōu)點，同時也克服了兩者的缺點。所以AB法工藝具有較傳統(tǒng)活性污泥法高的 BOD COD SS 磷和氨氮的去除率。但 AB法工藝不具備深度脫氮除磷的條件，對氮、磷的去除 量有限，出水中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，容易引起水體的富營養(yǎng)化。AB法工藝對氮、磷的去除以A段的吸附去除為主。污水中的部分有機氮和磷以不溶解態(tài)存在,在A段生物

12、吸附絮凝的作用下通過沉淀轉移到固相中，同時生物同化也可以去除 一部分以溶解態(tài)存在的氮和磷。剩余的磷進入B段用于B段的微生物的合成而得 到進一步去除。這樣AB法工藝整體顯示出了比傳統(tǒng)活性污泥法高的氮、磷的去 除效果。但是AB法由于自身組成上的特點，決定了其對氮、磷的去除量是有限 的。4.2 A2/O工藝【3】4.2 . 1傳統(tǒng)A2/O法A2/O是20世紀70年代在厭氧-缺氧工藝上開發(fā)出來的同步除磷脫氮工藝,傳統(tǒng)A2/O法即厭氧缺氧好氧活性污泥法。污水在流經(jīng)三個不同功能分區(qū)的過程 中,在不同微生物菌群作用下，使污水中的有機物、氮和磷得到去除。其流程簡圖 見圖1。原污水的碳源物質(zhì)（BOD）首先進入?yún)?/p>

13、氧池聚磷菌優(yōu)先利用污水中易生物 降解有機物成為優(yōu)勢菌種，為除磷創(chuàng)造了條件，然后污水進入缺氧池，反硝化菌利 用其它可利用的碳源將回流到缺氧池的硝態(tài)氮還原成氮氣排入到大氣中，達到脫氮的目的。ffll 法流程簡圖4.2 . 2改良型A2/O法為了克服傳統(tǒng)A2/O工藝的一個缺點，即由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸 鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響，改良A /O工藝在厭氧池之前增設厭氧/缺氧調(diào)節(jié)池, 來自二沉池的回流污泥10流右的進水進入調(diào)節(jié)池,停留時間2030min,微生物 利用約10%進水中有機物去除回流污泥中的硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利 影響,從而保證厭氧池的穩(wěn)定性改良A/O工藝雖然解決了傳統(tǒng)A/O工

14、藝中厭氧段 回流硝酸鹽對放磷的影響，但增加調(diào)節(jié)池，占地面積及土建費用需相應增加。4.3氧化溝法【4】氧化溝工藝是 20 世紀 50 年代初期發(fā)展起來的一種污水處理工藝形式， 因其構造 簡單、易于維護管理，很快得到廣泛應用。主要 有Passvee單溝型、Orbal同心 圓型、Carrousel循環(huán)折流型、D型雙溝式和T型三溝式等。傳統(tǒng)Passveer單 溝型和 Carrousel 型氧化溝不具備脫氮除磷功能， 但是在 Carrousel 氧化溝前增 設厭氧池， 在溝體內(nèi)通過曝氣裝置的合理設置形成缺氧區(qū)和好氧區(qū)， 形成改良型 氧化溝，便具備生物脫氮除磷功能。 但 Carrousel 氧化溝缺氧區(qū)要

15、求的充足碳源 和缺氧區(qū)條件不能很好的滿足， 因此，脫氮除磷效果不是很好。 為了提高脫氮效 果，在溝內(nèi)增加了一個預反硝化區(qū)，就成了 Carrouse2000 型氧化溝工藝。氧化 溝池型具有獨特之處，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系統(tǒng)， 但氧化溝采用機械表面曝氣，水深不易過大，充氧動力效率低，能耗較高，占地 面積較大。4.4 SBR 法SBR 法是間歇式活性污泥法， 降解有機物， 屬循環(huán)式活性污泥法范圍， 主要是好 氧活性污泥， 回流到反應池前部的污泥吸附區(qū)， 回流污泥中硝酸鹽得以反硝化在 充分條件下可大量吸附進水中的有機物達到脫氮除磷的效果。其去除機理如下 【5】：a. 脫氮是在適

16、當條件下進行的和自然界中氮循環(huán)過程相同的過程， 即含氮化合物 在氨化菌作用下首先進行氨化， 然后在硝化菌作用下進行硝化， 最后經(jīng)反硝化菌 進行反硝化，將N03- N、NO2- N還原為N2進入大氣中。b. 除磷是利用聚磷菌能過量地從外部攝取磷并以聚合物形式貯藏于菌體內(nèi)形成高磷污泥，從而通過定期除泥而去除磷。SBF工藝在去除有機物的同時，可以完成脫氮除磷。從常規(guī)測定數(shù)據(jù)可以得到很好的證實，只要掌握合理的SBR 運行參數(shù)，就會收到更理想的脫氮除磷效果。4.5 CAST工藝(循環(huán)活性污泥法)【6】CAST( Cyclic Activated Sludge Technology) 工藝實質(zhì)上是可變?nèi)莘e

17、活性污泥 法過程和生物選擇器原理的有機結合 , 整個工藝為一間歇式反應器 , 主反應器 前端有一個生物選擇器 , 在主反應器中活性污泥法過程按曝氣和非曝氣階段不 斷重復. 將生物反應過程和泥水分離過程結合在一個池子中進行 . CAST 方法是 一種“充水和排水”活性污泥法系統(tǒng) , 廢水按一定的周期和階段得到處理 , 是SBR(Sequencing Batch Reactor)工藝的一種變型.4.6 0C0工藝0C0工藝見圖2,它是由丹麥Puritek A/S 公司經(jīng)過多年研究與實踐推出的， 它實際上是集BOD N、P去除于一池的活性污泥法。原水經(jīng)過格柵、沉砂池的 物理處理后，進入OCO反應池的

18、1區(qū)，在厭氧區(qū)污水與活性污泥混合，混合液 流入缺氧區(qū)2,并在缺氧區(qū)和好氧區(qū)3之間循環(huán)一定時間后流入沉淀池，澄清液 排入處理廠出口，污泥一部分回流到OCO反應池，另外一部分作為剩余污泥予以 處理。OCOE藝的特點在于：集厭氧缺氧好氧環(huán)境于一池，占地少，土建投 資低；利用水解作用和反硝化作用，降解有機物時對充氧量要求低，使運行維護 費用降低；污泥濃度高，有機負荷低，污泥絮凝沉降好，且沉降污泥穩(wěn)定，剩余 污泥少。4.7 Depha nox 工藝Dephanox脫氮除磷工藝（圖3） Kuba等人提出的，它具有硝化和反硝化除磷兩套 污泥系統(tǒng)（一套是完成硝化的生物膜系統(tǒng)，另一套是懸浮生長的反硝化脫氮除磷 污泥系統(tǒng)）,將不同的微生物種群