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    污水生物脱氮除磷新技术(丛晓东,吕勇,王肇君)

    时时彩提前开奖作弊 www.sw4ac.com 广东化工 2012年第6期· 152 · //www.sw4ac.com/doc/33403af2fab069dc50220133.html 第39卷总第230期

    污水生物脱氮除磷新技术

    丛晓东,吕勇,王肇君

    (中海油天津化工研究设计院,天津 300131)

    [摘要]首先简单阐述了生物脱氮除磷机理,然后重点介绍了目前几种污水生物处理新技术:厌氧/缺氧/好氧MBR工艺、短程硝化反硝化工艺和倒置A2/O工艺等,最后对污水生物脱氮除磷技术的发展进行了展望,并提出了一些建议。

    [关键词]脱氮除磷;MBR;短程硝化反硝化工艺;倒置A2/O工艺;新工艺

    [中图分类号]X5 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)06-0152-03

    New Technology of Biological Nitrogen and Phosphorus Removal in Sewage

    Cong Xiaodong, Lv Yong, Wang Zhaojun

    (CNOOC Tianjin Research and Design Institute of Chemical Industry, Tianjin 300131, China)

    Abstract: In the first part, the mechanism of biological nitrogen and phosphorus removal is simply explained firstly, and then several new technology of sewage biological disposal, such as anoxic/anaerobic/aerobic membrane bioreactor(MBR) process、shortcut nitrification—denitrification process and reversed A2/O process are introduced. In the end, the paper generalized the development of new technology of biological nitrogen and phosphorus removal in sewage, and some suggestions are put forward.

    Keywords: nitrogen and phosphorus removal;MBR;shortcut nitrification—denitrification process;reversed A2/O process;advanced technology

    近年来,氮、磷等植物生长限制性元素过量排放问题日益突出,这是导致水体富营养化的主要原因之一。污水脱氮除磷的技术可分为物理法、化学法和生物法。物理法和化学法过程复杂、成本较高,对环境容易产生二次污染。生物法因其适用范围广,投资及运转成本低等特点,已成为脱氮除磷常用的处理方法。实验和工程经验表明,生物脱氮除磷工艺是消除水体富营养化的有效方法。文章着重介绍了几种污水生物脱氮除磷新技术,表明了目前国内外脱氮除磷技术的研究进展和发展方向。

    1 生物脱氮除磷机理[1-3]

    1.1 生物脱氮原理

    目前,生物脱氮理论认为生物脱氮主要包括硝化和反硝化两个过程,并由有机氮氨化、硝化、反硝化及同化作用来完成。

    氨化过程是污水中的有机氮化合物在氨化细菌分解作用下转化为氨氮的过程,也称为矿化过程。一般氨化过程与微生物去除有机物同时进行,氨化作用进行得很快,氨化过程也很容易完成,故不作为控制过程。其反应式如下:RCHNH2COOH+O2→NH3+CO2↑+RCOOH。

    硝化过程是氨在微生物作用下氧化为硝酸的过程,一般分为两步:首先在供氧充足的条件下,水中的氨氮被亚硝化细菌氧化成亚硝酸氮,反应式如下:NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H-,然后再在硝化细菌的作用下进一步氧化成硝酸氮,反应式如下:NO2-+0.5O2→NO3-。其中第一步为硝化过程的速度限制步骤,同时由于亚硝化细菌和硝化细菌的生长速率低,所以要求较长的污泥龄。硝化反应总反应式为:

    NH4++2O2→NO3—+H2O+2H-。

    反硝化过程是由反硝化细菌完成的生物化学过程,也称脱氮过程。在缺氧条件下,反硝化细菌将硝化产生的亚硝酸氮和硝酸氮还原成气态氮(N2)或N2O、NO。由于反硝化细菌是兼性厌氧菌,只有在缺氧或厌氧条件下才能进行反硝化,因此需要为其创造一个缺氧或厌氧的环境(好氧池的混合液回流到缺氧池)。反应方程式如下:NO3-+2H(电子供体—有机物)→NO2-+H2O

    NO2-+5H(电子供体—有机物)→0.5N2↑+2H2O+OH-

    在生物脱氮过程中,污水中的一部分氮(NH3-N或有机氮)被同化为异养生物细胞的组成部分,这一过程被称作同化过程。按细胞的干重量计算,微生物细胞中氮含量约为12.5 %。虽然微生物的内源呼吸和溶胞作用会使一部分细胞的氮又以有机氮和NH3-N 形式回到污水中,但仍存在于微生物的细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二沉池中得以从污水中得到去除。

    因此,生物脱氮的主要途径是最终将氨转化成氮气排入大气中和通过排泥来实现的。

    1.2 生物除磷原理

    一些研究者从微生物生理生化的角度,对生物除磷的生化模式进行了深入的探讨,但到目前为止生物除磷机理还没有彻底研究清楚。一般认为,在生物除磷过程中,生物聚磷菌(PAO)这一类特殊的微生物在没有溶解氧和硝态氮存在的条件下,将部分有机物转化为挥发性脂肪(VFAs),生物聚磷菌吸收VFAs,并同化成为胞内碳能源贮物(PHB/PHV),并释放磷酸盐;而生物聚磷菌存好氧条件下能够过量地,超过其生理需要地从外部环境中摄取磷,并将磷以聚合的形态贮存在菌体内,形成高磷污泥,将这些含磷量高的污泥排出系统,就可以达到从污水中除磷的目的。

    污水生物除磷工艺中的聚磷菌,早期的研究认为主要是不动杆菌,而目前较多的研究则认为,微生物除磷过程中起主要作用的生物聚磷菌是假单胞菌属和气单胞菌属,而不是不动杆菌。此外,还有棒状菌群和肠杆菌等。目前,有关聚磷菌中哪些或哪几种菌群占主要地位的问题,尚需进一步研究。

    随着生物除磷研究的进一步深化,研究者们发现传统生物脱氮除磷的活性污泥系统中有部分聚磷菌既能以溶解氧又能以硝酸盐作为电子受体,在进行反硝化的同时能完成过量吸磷反应。这类反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorous Removing Bacteria,简称DPB)具有同生物聚磷菌(PAO)极为相似的除磷原理,只是氧化细胞内贮存PHB时电予受体不同而已(PAO为O2,DPB为NO3)?;谡庖环⑾?,使得吸磷和反硝化这两个不同的生物过程可利用同一种细菌且在同一个环境中实现,这样不仅节省了脱氮对碳源的需要,而且吸磷在缺氧内完成可缩小曝气区的体积。

    2 生物脱氮除磷新工艺

    2.1 厌氧/缺氧/好氧MBR工艺

    膜生物反应器是将膜分离技术与生物处理相结合的水处理技术,MBR系统体现了以下几点优势:(1)固液分离率高,出水水质良好;(2)高效的截留作用;(3)耐冲击负荷;(4)系统结构简单,设备紧凑,占地面积小,容易操作。但其自身的脱氮除磷效率并不高,脱氮率仅为50 %左右,除磷效果也不理想?;贛BR的优势,通过与其他处理工艺的结合与改进,有一些新型MBR工艺有较好的脱氮除磷效果。

    张捍民等[4]自主设计的双反应器A2O—MBR(由厌氧反应器和A /O膜生物反应池串联组成,A/O池为缺氧段和好氧段交替循环)对模拟生活污水的脱氮除磷进行了研究,该课题组进行了一定量的试验研究,试验经过约60 d的运行,研究结果表明当N、P负荷达到0.14和0.03 kg·m-3·d-1时,COD、N、P去除率分别为90.5 %、80.6 %和67.7 %。模拟生活污水首先进入厌氧反应器,这不但起到了缓冲和调节水质的作用,
    其更主要的功能是起生物选择器的作用,保证聚磷菌的最佳释磷条件,部分易降解的溶解性有机物被聚磷菌转化为PHB,这就避免了高负荷有机物对硝化菌生长的抑制作用。污水经过厌氧反应器后进入A/O池的缺氧阶段,在缺氧段一方面进行反硝化脱氮作用,同时消耗水中的有机物,另一方面进行反硝化吸磷。最后污水进入A/O池的好氧阶段进行硝化作用,同时进一步降解水中有机物,最终通过膜过滤出水。该工艺不必外投硝酸盐即可实现反硝化除磷,具有很强的反硝化脱氮除磷能力,采用间歇抽吸出水有助于延缓膜污染,膜出水不受污泥沉降性的影响。但该工艺也存在一定的问题,即当污泥回流中硝酸盐量超过一定范围会发生对厌氧释磷的抑制,进水COD与回

    张捍民等[4]自主设计的双反应器A2O—MBR(由厌氧反应器和A /O膜生物反应池串联组成,A/O池为缺氧段和好氧段交替循环)对模拟生活污水的脱氮除磷进行了研究,该课题组进行了一定量的试验研究,试验经过约60 d的运行,研究结果表明当N、P负荷达到0.14和0.03 kg·m-3·d-1时,COD、N、P去除率分别为90.5 %、80.6 %和67.7 %。模拟生活污水首先进入厌氧反应器,这不但起到了缓冲和调节水质的作用,其更主要的功能是起生物选择器的作用,保证聚磷菌的最佳释磷条件,部分易降解的溶解性有机物被聚磷菌转化为PHB,这就避免了高负荷有机物对硝化菌生长的抑制作用。污水经过厌氧反应器后进入A/O池的缺氧阶段,在缺氧段一方面进行反硝化脱氮作用,同时消耗水中的有机物,另一方面进行反硝化吸磷。最后污水进入A/O池的好氧阶段进行硝化作用,同时进一步降解水中有机物,最终通过膜过滤出水。该工艺不必外投硝酸盐即可实现反硝化除磷,具有很强的反硝化脱氮除磷能力,采用间歇抽吸出水有助于延缓膜污染,膜出水不受污泥沉降性的影响。但该工艺也存在一定的问题,即当污泥回流中硝酸盐量超过一定范围会发生对厌氧释磷的抑制,进水COD与回

    [收稿日期] 2011-12-30

    [作者简介] 丛晓东(1976-),男,天津人,本科,主要研究方向为工业水处理技术。

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