間歇式活性污泥處理工藝同步脫氮除磷淺析.doc

SBR處理工藝脫氮除磷生物原理淺析摘要：SBR處理工藝由于其流程簡單、處理效果優(yōu)異、運行靈活、適應水質變化能力強等優(yōu)點得到廣泛的重視。隨著城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB 189182002）一級B和一級A的實施，污水處理對氮和磷的處理要求越來越高。但SBR處理工藝所有的反應都在一個池子內(nèi)完成，造成池子內(nèi)各種細菌都存在，難以形成某種優(yōu)勢菌群，并且形成的優(yōu)勢菌群容易受到破壞，在SBR法處理城市污水的實際運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時除磷效果差、除磷效果好時脫氮效果不佳的情況。本文簡述了包括傳統(tǒng)硝化反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨化、反硝化除磷等SBR處理工藝脫氮除磷過程中的微生物原理，并根據(jù)實際工作經(jīng)驗介紹了提高SBR脫氮除磷效果的改進運行方式，通過對SBR個環(huán)節(jié)時間的控制及反應池內(nèi)溶解氧、pH值、溫度、ORP、污泥齡等因素的控制，有效地發(fā)揮SBR工藝脫氮除磷的能力，保證出水氮、磷污染物的穩(wěn)定達標。SBR是序批式間歇活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）的簡稱。SBR工藝由按一定時間順序間歇操作運行的反應器組成。SBR工藝的一個完整的操作過程，亦即每個間歇反應器在處理廢水時的操作過程包括如下5個階段：進水期；反應期；沉淀期；排水排泥期；閑置期。SBR的運行工況以間歇操作為特征。其中自進水、反應、沉淀、排水排泥至閑置期結束為一個運行周期。在一個運行周期中，各個階段的運行時間、反應器內(nèi)混合液體積的變化及運行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質、出水水質及運行功能要求等靈活掌握。SBR作為廢水處理方法具有下述主要特點：在空間上完全混合，時間上完全推流式，反應速度高，為獲得同樣的處理效率SBR法的反應池理論明顯小于連續(xù)式的體積，且池越多，SBR的總體積越小。工藝流程簡單，構筑物少，占地省，造價低，運行管理費用低。靜止沉淀，分離效果好，出水水質高。運行方式靈活，可生成多種工藝路線。同一反應器僅通過改變運行工藝參數(shù)就可以處理不同性質的廢水。由于進水結束后，原水與反應器隔離，進水水質水量的變化對反應器不再有任何影響，因此工藝的耐沖擊負荷能力高。間歇進水、排放以及每次進水只占反應器的2/3右，其稀釋作用進一步提高了工藝對進水沖擊負荷的耐受能力。有效地控制絲狀菌的過量繁殖，這一特性是由缺氧好氧并存、反應中底物濃度較大、泥齡短、比增長速率大決定的。SBR處理工藝由于其流程簡單、處理效果優(yōu)異、運行靈活、適應水質變化能力強等優(yōu)點得到廣泛的重視。隨著城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB 189182002）一級B和一級A的實施，污水處理對氮和磷的處理要求越來越高。但SBR處理工藝所有的反應都在一個池子內(nèi)完成，造成池子內(nèi)各種細菌都存在，難以形成某種優(yōu)勢菌群，并且形成的優(yōu)勢菌群容易受到破壞，如：進水沖擊、控制方式、進水負荷等變化都會引起優(yōu)勢菌群的破壞和消失。在SBR法處理城市污水的實際運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時除磷效果差、除磷效果好時脫氮效果不佳的情況，而若要同時滿足高效脫氮除磷的要求，就需要控制影響工藝有效運行、相互制約的各種因素。一、 微生物脫氮除磷原理生物脫氮原理氨化在未經(jīng)處理的新鮮污水中，含氮化合物存在的主要形式有：有機氮，如蛋白質、氨基酸、尿素、胺類化合物、硝基化合物等；氨態(tài)氮（NH3、NH4+）含氮化合物在微生物的作用下，相繼產(chǎn)生下列各項反應。氨化反應：有機氮化合物在氨化細菌的作用下，分解轉化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO3+NH3硝化反應：在硝化細菌的作用下，氨態(tài)氮進一步分解氧化，由氨轉化為硝酸鹽的兩步氧化產(chǎn)能過程可表示如下廢水工程處理與回用（第4版）P445。亞硝化茵： 2NH4+3O22NO2-+4H+2H2O 硝化菌： 2NO2-+ O22NO3- 硝化反應的總反應式： NH4+2 O2NO3-+2H+ H2O 反硝化反應：在反硝化菌的代謝活動作用下，硝酸氮（NO3-N）和亞硝酸氮（NO2N）從污水中得以去除。反硝化有兩種途徑，即：同化反硝化（合成），最終形成有機氮化合物，成為軍體的組成部分；另一為異化反硝化（分解），最終產(chǎn)物是氣態(tài)氮。 2HNO32NH3-2H2O+2H+4H-2H2O+2H-H2O-2H2O+4H+4H-2H2O2HNO2HNO22NH2OHN2N2O異化反硝化同化反硝化生物除磷原理所謂生物除磷，是利用聚磷菌一類的微生物，能夠過量地，在數(shù)量上超過其生理需要，從外部環(huán)境攝取磷，并將磷以聚合的形態(tài)貯藏在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，排除系統(tǒng)外，達到從污水中除磷的效果。其基本過程是：聚磷菌對磷的過剩攝取在好氧條件下，聚磷菌營有氧呼吸，氧化分解有機物，釋放能量，ADP獲得能量同時結合H3PO4而合成ATP（三磷酸腺苷）。ADP+ H3PO4+能量ATP+H2O聚磷菌利用能量，在透膜酶的催化作用下，從外部環(huán)境中將H3PO4攝入體內(nèi)，除一部分用于合成ATP外，另一部分H3PO4則用于合成聚磷酸鹽。這種現(xiàn)象就是“磷的過剩攝取”。聚磷菌的放磷在厭氧條件下，聚磷菌體內(nèi)的ATP進行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，即：ATP+H2OADP+ H3PO4+能量這樣，聚磷菌具有在好氧條件下，過剩攝取H3PO4，在厭氧條件下，釋放H3PO4的功能。SBR法生物脫氮除磷簡析生物脫氮 理論上講，要實現(xiàn)廢水生物脫氮，只要使生物氮氨化，及NH3N經(jīng)歷典型的硝化和反硝化過程即可完全被除去。傳統(tǒng)生物脫氮要經(jīng)歷好氧、厭氧、缺氧的條件，以及通過污泥回流，使氨化、硝化、反硝化過程依次發(fā)生，以保證氮的徹底去除。對于SBR法而言，控制污水中溶解氧濃度（DO值）即可控制池內(nèi)微生物反應狀態(tài)。其實，SBR反應池內(nèi)由于多種中間產(chǎn)物的存在和硝化菌、反硝化菌的作用，其脫氮反應有別于傳統(tǒng)的脫氮工藝，除前述硝化、反硝化反應外還存在其他復雜的反應過程。1. 亞硝酸型生物脫氮所謂亞硝酸型生物脫氮就是將硝化過程控制在HNO2階段而終止，隨后進行反硝化。由于亞硝化產(chǎn)物HNO2是三致物質，對受納水體和人是不安全的，所以一般認為要避免出現(xiàn)HNO2。實際上從氮的微生物轉化過程來看，氨被氧化成硝酸是由兩類獨立的細菌催化完成的兩個不同反應，對于反硝化菌，無論是NO2-N 還是NO3-N均可以作為最終受氫體。因而整個生物脫氮過程可以通過 NH3NNO2-NN2這樣的途徑完成，即亞硝酸型生物脫氮。2NH4+3O22NO2-+4H+2H2O2NO2-+6H+2H+N2+4H2O2.同步硝化反硝化同步硝化反硝化現(xiàn)象（Simultaneous Nitrification and Denitrification，簡稱SND）是控制供氧強度以及曝氣池中溶解氧濃度，使絮體的外周能保證有一個好氧環(huán)境進行硝化，由于溶解氧濃度得到控制，氧在污泥絮體內(nèi)部的滲透傳遞作用受到限制，而較高的硝酸鹽濃度(梯度)則能較好地滲透到絮體的內(nèi)部，因此在絮體內(nèi)部能有效地進行反硝化過程。大量運行中的SBR法污水處理廠在進水曝氣階段氨氮濃度、硝酸鹽氮濃度以及溶解氧濃度的典型變化曲線可用下圖表示，可以看出，在曝氣階段結束時，氨氮濃度和硝酸鹽濃度均很低，表明系統(tǒng)具有很好的同步硝化反硝化效果。 (3) 厭氧氨氧化1990年，荷蘭Delft技術大學研究人員在反硝化流化床中的研究中發(fā)現(xiàn)24：厭氧反應器中同時出現(xiàn)了氨和硝酸鹽的消失，并且還成一定的比例關系，這是無法用傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化來解釋的現(xiàn)象。他們認為反應器中發(fā)生了如下反應25，并將其命名為厭氧氨氧化（Anaerobic Oxidation of Ammonium，簡稱ANAMMOX）。5NH4+3NO3-4N2+9H2O+2H+NH4+NO2-N2+H2O厭氧氨氧化是在厭氧條件下，以NH4+為電子供體，以NO3-或NO2-為電子受體，將NH4+、NO3-或NO2-轉變成N2的生物氧化過程26。生物除磷脫氮新技術反硝化除磷技術反硝化除磷技術是生物除磷的最新研究成果，它是由反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus-removing bacteria，DPB)在厭氧/缺氧交替