生物脫氮除磷原理及工藝

生物脫氮除磷原理及工藝生物脫氮除磷原理及工藝1引言氮和磷是生物的重要營養(yǎng)源，隨著化肥、洗滌劑和農(nóng)藥普遍使用，天然水體中氮、磷含量急劇增加，水體中藍(lán)藻、綠藻大量繁殖，水體缺氧并產(chǎn)生毒素，使水質(zhì)惡化，對水生生物和人體健康產(chǎn)生很大的危害。然而,我國現(xiàn)有的城市污水處理廠主要集中于有機(jī)物的去除,污（廢）水一級處理只是除去水中的沙礫及懸浮固體；在好氧生物處理中，生活污水經(jīng)生物降解，大部分的可溶性含碳有機(jī)物被去除。同時(shí)產(chǎn)生、和和，其中25%的氮和19%左右的磷被微生物吸收合成細(xì)胞，通過排泥得到去除；二級生物處理則是去除水中的可溶性有機(jī)物，能有效地降低污水中的和,但對N、P等營養(yǎng)物只能去除10%～20%,其結(jié)果遠(yuǎn)不能達(dá)到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。因此研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的,適于現(xiàn)有污水處理廠改造的脫氮除磷工藝顯得尤為重要。2生物脫氮除磷機(jī)理2.1生物脫氮機(jī)理污水生物脫氮的基本原理就是在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的基礎(chǔ)上，先利用好氧段經(jīng)硝化作用，由硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的協(xié)同作用，將氨氮通過反硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，即，將轉(zhuǎn)化為和。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，即，將（?jīng)反亞硝化）和（經(jīng)反硝化）還原為氮?dú)?，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環(huán)。水中含氮物質(zhì)大量減少，降低出水的潛在危險(xiǎn)性，達(dá)到從廢水中脫氮的目的[1]。eq\o\ac(○,1)硝化——短程硝化：硝化——全程硝化（亞硝化+硝化）：eq\o\ac(○,2)反硝化——反硝化脫氮：反硝化——厭氧氨氧化脫氮：反硝化——厭氧氨反硫化脫氮：廢水中氮的去除還包括靠微生物的同化作用將氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞原生質(zhì)成分。主要過程如下：氨化作用是有機(jī)氮在氨化菌的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。其中亞硝酸菌和硝酸菌為好氧自養(yǎng)菌，以無機(jī)碳化合物為碳源，從或的氧化反應(yīng)中獲取能量。其中硝化的最佳溫度在純培養(yǎng)中為25-35℃，在土壤中為30-40℃，最佳pH值偏堿性。反硝化作用是反硝化菌（大多數(shù)是異養(yǎng)型兼性厭氧菌，DO<0.5mg/L）在缺氧的條件下，以硝酸鹽氮為電子受體，以有機(jī)物為電子供體進(jìn)行厭氧呼吸，將硝酸鹽氮還原為或,同時(shí)降解有機(jī)物[2]。2.2生物除磷原理磷在自然界以2種狀態(tài)存在：可溶態(tài)或顆粒態(tài)。所謂的除磷就是把水中溶解性磷轉(zhuǎn)化為顆粒性磷，達(dá)到磷水分離。廢水在生物處理中,在厭氧條件下,聚磷菌的生長受到抑制,為了自身的生長便釋放出其細(xì)胞中的聚磷酸鹽,同時(shí)產(chǎn)生利用廢水中簡單的溶解性有機(jī)基質(zhì)所需的能量,稱該過程為磷的釋放。進(jìn)入好氧環(huán)境后,活力得到充分恢復(fù),在充分利用基質(zhì)的同時(shí),從廢水中攝取大量溶解態(tài)的正磷酸鹽,從而完成聚磷的過程。將這些攝取大量磷的微生物從廢水中去除,即可達(dá)到除磷的目的[3]。2.2.1厭氧釋放磷的過程聚磷菌在厭氧條件下，分解體內(nèi)的多聚磷酸鹽產(chǎn)生ATP，利用ATP以主動運(yùn)輸方式吸收產(chǎn)酸菌提供的三類基質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)合成PHB。與此同時(shí)釋放出于環(huán)境中[1]。2.2.2好氧吸磷過程聚磷菌在好氧條件下，分解機(jī)體內(nèi)的PHB和外源基質(zhì)，產(chǎn)生質(zhì)子驅(qū)動力將體外的輸送到體內(nèi)合成ATP和核酸，將過剩的聚合成細(xì)胞貯存物：多聚磷酸鹽（異染顆粒）。3生物脫氮除磷工藝從生物脫氮除磷的機(jī)理分析來看，生物脫氮除磷工藝基本上包括厭氧、缺氧、好氧3種狀態(tài)，這3個(gè)不同的工作狀態(tài)可以在空間上進(jìn)行分離，也可以在時(shí)間上進(jìn)行分離。近年來，隨著對生物脫氮除磷的機(jī)理研究不斷深入，以及各種新材料、新技術(shù)、新設(shè)備的不斷運(yùn)用，衍生出了許多新的生物脫氮除磷工藝，其中典型的幾種處理工藝如下。3.1SBR工藝系統(tǒng)的除磷效率[7]。3.6立體循環(huán)一體化氧化溝氧化溝是一種經(jīng)濟(jì)而有效的污水處理技術(shù)，具有穩(wěn)定的處理效果，是污水生物處理技術(shù)之一。特別是用于污水脫氮，氧化溝比其它生物脫氮工藝費(fèi)用低、TN去除效率高。然而，與活性污泥法相比，氧化溝占地面積較大，在土地緊張的城市或地區(qū)，氧化溝的應(yīng)用受到限制[8]。針對常規(guī)氧化溝存在的問題，成功地研究出立體循環(huán)一體化氧化溝。其特點(diǎn)是：①氧化溝采用立體循環(huán)，在循環(huán)過程中完成降解有機(jī)物和脫氮過程。與現(xiàn)有氧化溝相比，占地面積可減少約50%。②沉淀區(qū)與氧化溝合建，沉淀的污泥可自動回流到氧化溝內(nèi)，可節(jié)省投資和能耗。③結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行操作簡便。新型立體循環(huán)一體化氧化溝既保留氧化溝設(shè)備和運(yùn)行操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，又可減少占地面積。4結(jié)語污水生物脫氮除磷是當(dāng)今水處理的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。新的脫氮除磷理論的提出，為生物脫氮除磷工藝指引了方向。如：SND（同時(shí)硝化反硝化工藝）、SHARON工藝、氧限制自氧硝化—反硝化）工藝、厭氧氨氧化工藝以及短程硝化—厭氧氨氧化組合工藝等。但是，生物脫氮除磷工藝的發(fā)展已不僅僅要求對N，P去除率，而且要求處理效果穩(wěn)定，可靠的運(yùn)行工藝。今后對此技術(shù)的研究應(yīng)集中在以下方面：第一、加深除磷機(jī)理的研究。反硝化聚磷菌的出現(xiàn)解決了硝化菌與聚磷菌爭奪碳源，污泥齡不同等主要矛盾。為新型同步脫氮除磷工藝提供了理論依據(jù)。但是對于反硝化聚磷菌的了解還不夠全面，尤其是其除磷機(jī)理還待于進(jìn)一步研究。應(yīng)突破傳統(tǒng)理論，從微生物的角度來調(diào)控工藝。第二、隨著脫氮除磷工藝的進(jìn)一步發(fā)展，許多研究者在進(jìn)行小試時(shí)，都馴化出顆粒污泥，而顆粒污泥的出現(xiàn)改善了污泥膨脹這一難題。同時(shí)發(fā)現(xiàn)