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污水生物超量除磷技术

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-01-27    浏览:5131

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所有的污水除磷技术都必须包含下列两步:首先将可溶性磷酸盐转化为不溶性的悬浮状颗粒物,然后将这些惫浮固体排放到系统外面。尽管从机理上看,通过使用化学试剂、生物超量除磷、生物正常的同化除磷、正常的液相沉淀、加速液相沉淀和生物膜沉淀等途径都可以实现污水中磷的去除,但主要的方式为化学法和生物(超量除磷,下同)法。这两种方法各有千秋。生物法的运行费用比较低,高磷污泥比较容易处理,但处理水总磷浓度比较高,且基建投资较大。化学法的处理设备简单,能够将污水总磷降到很低的水平,但沉淀剂的费用高,且含磷污泥比较难以处理。目前,单独使用化学法去除污水中磷的做法已经出现。

一、生物(超量)除磷技术

1.原理

自从20世纪中叶Greenburg、Levin和Shapiro等发现并证实活性污泥处理系统存在的 物超量除磷现象后,人们对生物除磷的机理研究日趋深人。尽管当前对某些现象的理解还存在分歧,伹是,基本情况已经清楚。生物除磷是由聚磷菌承担的。通过若干个厌氧/好载周期的稳定诱导,普通污水处理系统中能够产生大量的聚磷菌。这些细菌在厌氧(DO和NO, 均近似为0)条件下,能够通过水解自身体内的ATP (三磷酸腺苷)释放能量,能量的一部分用来吸收环境中的挥发性短链脂肪酸(VFA)并转化为PHB (聚-/3-羟基丁酸盐)类物质储存子细胞内,同时还将分解聚磷酸盐,所产生的磷酸排出体外,即表现出磷的释放。在好氧条件下,聚磷菌能够氧化体内的聚合物PHB产生的能量除满足自身的生理需要外,还能摄取污水中溶解态的磷,用子ADP向ATP的转化而贮存于细胞内。这一阶段表现为微生物对磷的吸收,即磷酸盐由污水中向聚磷菌体内的转移,在此过程中实现聚磷菌的增殖和磷 的超量吸收,主要的反应式可简单衣示如下

从形式上看,上述两式互为可逆反应。但是,在正常情况下,式(6-11)吸收的磷酸盐数量远远多于式(6-10)产生的磷酸盐,这就是生物超量除磷的关键所在。最后,通过将含磷剩余污泥排出系统外的办法,达到污水除磷的要求。

2.厌氧-好氧除磷工艺(An-O法)

根据上述生物除磷原理,一般污水生物除磷工艺由厌氧池和好氧池组成。

最典型的厌氧-好氧除磷工艺流程如下图所示:

本工艺流程尽管非常简单,但体现了生物超量除磷的基本思路。聚磷菌在厌氧阶段的有效释磷是其好氧磷吸收的前提条件。因此,应当保证PHB的大量形成。另一方面,在正常运行情况下,厌氧段的聚磷菌又来自于好氧段混合液泥水分离后产生的含磷污泥。如果好氧段不能超量吸磷,并生成磷的聚合物PHB,那么聚磷菌在厌氧段就没有足够的能源供给。因此,厌氧释磷和好氧吸磷是互相影响,互为前提条件的关系,只有当两者协调作用,才能达到最佳的生物除磷效果。

厌氧-好氧除磷工艺的优点:不必外加化学沉淀剂,不设内循环管线,因此建设费用及运行费用均较低,除磷效果也比较好,处理出水中的磷浓度一般都低于l.0mg/L。此外,将厌氧段设置在好氧段之前,起到了厌氧生物选择器的作用,系统中的污泥基本上没有丝状菌。因此,污泥的活性高,密实,能够快速沉淀,不易膨胀。实测表明,混合液的SVI值在100以下。美国空气和化学产品公司的A/O工艺中试和生产性试验结果表明,HRT较短、SRT也较短(2〜6d)的条件下,由于厌氧区不存在硝酸盐的干扰,除磷效果特别好,绝大多数的出水总磷小于1mg/L,而且污泥的SVI值均在60左右,显示了该工艺的实用价值。

但是,该工艺的磷去除率大致在76%左右,难以进一步提高,原因如下。

①原污水中的氨氮在好氧段能够氧化为硝态这些硝态氮大部分随出水而排出系统, 一部分随回流污泥进入厌氧池。由于反硝化菌在与聚磷菌争夺有机物方面所拥有的优势,厌氧释磷受到影响并进而影响到系统的除磷效率。

②在沉淀池内容易产生污泥释磷现象,特别是当污泥在沉淀池内的序留时间较长时,更是如此。这一方面增大了出水总磷的浓度,另一方而,也降低了厌氧池内聚磷菌的释磷效率,对除磷有负面影响。在运行维护过程中及时排泥和回流,可以有效减少这种不利现象。

③当进水BOD值不髙或者含磷量高时,即对于P/BOD值较离的污水,由于污泥产量低,除磷率难以进一步提高。此外,进水有机物的类型对除磷率也有影响。因为聚磷菌只能利用污水中的短链脂肪酸。

3.淹没序批式生物膜法

普通细菌含磷约2% (以质量计),所以传统的生物膜法最多只能去除污水中约20%的磷。对一般生物膜法来说,无论是A/0 (厌氧/好氧)工艺还是A2/0 (厌氧/缺氧/好氧)工艺,出于是在空间上造成A或O的状态,微生物只能持续地处于A或0的单一状态,而不能处于A/0交替的状态,因此,不具备生物超量除磷的条件,也就达不到很高的生物除磷效率。哈尔滨工业大学王宝贞和北京工业大学李军等提出了软性载体淹没序批式生物膜法除磷工艺(试验装置见下图), 并对一些影响除磷效率的因素进行了试验研究。该工艺的实质是淹没式生物滤池,主要操作条件如下。


此外,该研究还得到了如下结论。

①基质类型影响生物除磷效率。以乙酸为基质的放磷平均速度是以葡萄糖为基质的1.4倍,而以葡萄糖为基质的放磷平均速度是以蛋白胨为基质的1.8倍,生物除磷取决于厌氧放磷量,而厌氧放磷速度取决于溶液中可快速吸收的有机物的含量。

②硝态氮影响磷的释放。该工艺可同时去除56%左右的总氮。在缺氧段仍可继续实现生物吸磷,只是吸磷速度较好氧吸磷速度明显降低,约为其1/6。因此,该工艺加缺氧段,控制合适的碳/氧比,可望实现同步除磷脱氮。

③2,4-二硝基苯酚(DNP)可抑制聚磷菌的好氧吸磷作用,表明该工艺除磷是生物除磷作用的结果。

这些结论对于加快淹没序批式生物膜法在除磷方而的研究和应用,无疑是有益的。


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