間歇式活性污泥處理工藝同步脫氮除磷淺析

1、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(jiǎn)單、處理效果優(yōu)異、運(yùn)行靈活、適應(yīng)水質(zhì)變化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的重視。隨著城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 189182002）一級(jí)B和一級(jí)A的實(shí)施，污水處理對(duì)氮和磷的處理要求越來(lái)越高。但SBR處理工藝所有的反應(yīng)都在一個(gè)池子內(nèi)完成，造成池子內(nèi)各種細(xì)菌都存在，難以形成某種優(yōu)勢(shì)菌群，并且形成的優(yōu)勢(shì)菌群容易受到破壞，在SBR法處理城市污水的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時(shí)除磷效果差、除磷效果好時(shí)脫氮效果不佳的情況。本文簡(jiǎn)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(guò)程中的微生

2、物原理，并根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)介紹了提高SBR脫氮除磷效果的改進(jìn)運(yùn)行方式，通過(guò)對(duì)SBR個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)間的控制及反應(yīng)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(dá)標(biāo)。SBR是序批式間歇活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）的簡(jiǎn)稱。SBR工藝由按一定時(shí)間順序間歇操作運(yùn)行的反應(yīng)器組成。SBR工藝的一個(gè)完整的操作過(guò)程，亦即每個(gè)間歇反應(yīng)器在處理廢水時(shí)的操作過(guò)程包括如下5個(gè)階段：進(jìn)水期；反應(yīng)期；沉淀期；排水排泥期；閑置期。SBR的運(yùn)行工況以間歇操作為特征。其中自進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水排泥至閑置期結(jié)束為一個(gè)運(yùn)行周期。在一個(gè)

3、運(yùn)行周期中，各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)及運(yùn)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(diǎn)：在空間上完全混合，時(shí)間上完全推流式，反應(yīng)速度高，為獲得同樣的處理效率SBR法的反應(yīng)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(jiǎn)單，構(gòu)筑物少，占地省，造價(jià)低，運(yùn)行管理費(fèi)用低。靜止沉淀，分離效果好，出水水質(zhì)高。運(yùn)行方式靈活，可生成多種工藝路線。同一反應(yīng)器僅通過(guò)改變運(yùn)行工藝參數(shù)就可以處理不同性質(zhì)的廢水。由于進(jìn)水結(jié)束后，原水與反應(yīng)器隔離，進(jìn)水水質(zhì)水量的變化對(duì)反應(yīng)器不再有任何影響，因此工藝的耐沖擊負(fù)荷能力高。間歇進(jìn)

4、水、排放以及每次進(jìn)水只占反應(yīng)器的2/3右，其稀釋作用進(jìn)一步提高了工藝對(duì)進(jìn)水沖擊負(fù)荷的耐受能力。有效地控制絲狀菌的過(guò)量繁殖，這一特性是由缺氧好氧并存、反應(yīng)中底物濃度較大、泥齡短、比增長(zhǎng)速率大決定的。SBR處理工藝由于其流程簡(jiǎn)單、處理效果優(yōu)異、運(yùn)行靈活、適應(yīng)水質(zhì)變化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的重視。隨著城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 189182002）一級(jí)B和一級(jí)A的實(shí)施，污水處理對(duì)氮和磷的處理要求越來(lái)越高。但SBR處理工藝所有的反應(yīng)都在一個(gè)池子內(nèi)完成，造成池子內(nèi)各種細(xì)菌都存在，難以形成某種優(yōu)勢(shì)菌群，并且形成的優(yōu)勢(shì)菌群容易受到破壞，如：進(jìn)水沖擊、控制方式、進(jìn)水負(fù)荷等變化都會(huì)引起優(yōu)勢(shì)菌群的破壞和消失

5、。在SBR法處理城市污水的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時(shí)除磷效果差、除磷效果好時(shí)脫氮效果不佳的情況，而若要同時(shí)滿足高效脫氮除磷的要求，就需要控制影響工藝有效運(yùn)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(jī)氮，如蛋白質(zhì)、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(xiàng)反應(yīng)。氨化反應(yīng)：有機(jī)氮化合物在氨化細(xì)菌的作用下，分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO3+NH3硝化反應(yīng)：在硝化細(xì)菌的作用下，氨態(tài)氮進(jìn)一步分解氧化，由氨轉(zhuǎn)化為

6、硝酸鹽的兩步氧化產(chǎn)能過(guò)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(yīng)的總反應(yīng)式： NH4+2 O2NO3-+2H+ H2O 反硝化反應(yīng)：在反硝化菌的代謝活動(dòng)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(jī)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

7、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(guò)量地，在數(shù)量上超過(guò)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(dá)到從污水中除磷的效果。其基本過(guò)程是：聚磷菌對(duì)磷的過(guò)剩攝取在好氧條件下，聚磷菌營(yíng)有氧呼吸，氧化分解有機(jī)物，釋放能量，ADP獲得能量同時(shí)結(jié)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(guò)剩攝取”。聚磷菌的放磷在厭氧條件下，聚磷菌體內(nèi)

8、的ATP進(jìn)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(guò)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(jiǎn)析生物脫氮 理論上講，要實(shí)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(guò)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(guò)污泥回流，使氨化、硝化、反硝化過(guò)程依次發(fā)生，以保證氮的徹底去除。對(duì)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(yīng)狀態(tài)。其實(shí)，SBR反應(yīng)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(yīng)有別于傳統(tǒng)的脫氮

9、工藝，除前述硝化、反硝化反應(yīng)外還存在其他復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)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(guò)程控制在HNO2階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化。由于亞硝化產(chǎn)物HNO2是"三致"物質(zhì)，對(duì)受納水體和人是不安全的，所以一般認(rèn)為要避免出現(xiàn)HNO2。實(shí)際上從氮的微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)看，氨被氧化成硝酸是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，對(duì)于反硝化菌，無(wú)論是NO2-N 還是NO3-N均可以作為最終受氫體。因而整個(gè)生物脫氮過(guò)程可以通過(guò) 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

10、步硝化反硝化同步硝化反硝化現(xiàn)象（Simultaneous Nitrification and Denitrification，簡(jiǎn)稱SND）是控制供氧強(qiáng)度以及曝氣池中溶解氧濃度，使絮體的外周能保證有一個(gè)好氧環(huán)境進(jìn)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?jìng)鬟f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(jìn)行反硝化過(guò)程。大量運(yùn)行中的SBR法污水處理廠在進(jìn)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(jié)束時(shí)，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19

11、90年，荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)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(yīng)器中同時(shí)出現(xiàn)了氨和硝酸鹽的消失，并且還成一定的比例關(guān)系，這是無(wú)法用傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化來(lái)解釋的現(xiàn)象。他們認(rèn)為反應(yīng)器中發(fā)生了如下反應(yīng)25，并將其命名為厭氧氨氧化（Anaerobic Oxidation of Ammonium，簡(jiǎn)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(zhuǎn)變成N2的生物氧化過(guò)程26。生物除磷脫氮新技術(shù)反硝化除磷技術(shù)反硝化除磷技術(shù)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