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文檔簡(jiǎn)介

1、生物脫氮除磷工藝中的絲狀菌自從活性污泥法問(wèn)世以來(lái),污泥膨脹一直是運(yùn)行管理中的 一個(gè)難題。污泥膨脹有 3 個(gè)明顯的特征:( 1)發(fā)生率比較高,在歐 洲大約有 50%的污水處理廠都存在污泥膨脹現(xiàn)象;( 2)具有普遍性, 幾乎所有的活性污泥工藝都有污泥膨脹問(wèn)題;( 3)后果嚴(yán)重,當(dāng)污 泥膨脹發(fā)生時(shí),大量的污泥隨水流失,導(dǎo)致出水懸浮物增高,水質(zhì)達(dá) 不到排放標(biāo)準(zhǔn), 直至整個(gè)工藝運(yùn)轉(zhuǎn)失效, 而再恢復(fù)到正常狀態(tài)又需要 很長(zhǎng)的周期。近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)污泥膨脹問(wèn)題進(jìn)行了大量的研 究,并取得了一些進(jìn)展, 但到目前為止還沒(méi)有一個(gè)滿意的理論解釋或 有效的污泥膨脹控制措施 1 。隨著人們對(duì)環(huán)境的要求日益提高,對(duì)

2、磷 和氮的排放標(biāo)準(zhǔn)要求日趨嚴(yán)格。 生物脫氮除磷工藝要求較長(zhǎng)的泥齡以 滿足硝化菌的生長(zhǎng) 2 ,相應(yīng)長(zhǎng)泥齡污泥膨脹問(wèn)題仍是運(yùn)行管理中的一 個(gè)難題。為了解絲狀菌在脫氮除磷工藝中的生長(zhǎng)規(guī)律,本文用 21 個(gè) 月的時(shí)間,對(duì)芬蘭索門(mén)諾亞污水處理實(shí)驗(yàn)廠的生物脫磷脫氮工藝進(jìn)行 了絲狀菌的種類(lèi)和長(zhǎng)度的檢測(cè)。2 工藝的特征和實(shí)驗(yàn)方法索門(mén)諾亞污水處理實(shí)驗(yàn)廠的生物脫氮除磷工藝采用UCT工藝,為比較脫氮除磷的效果,污水廠設(shè)有 2 條并行的流程, 1#流程在 曝氣池內(nèi)裝有 20%(體積比)的懸浮填料; 2 流程在曝氣池內(nèi)不裝設(shè)懸浮填料。處理污水來(lái)自愛(ài)斯堡城市的市政污水,其中大約有10%勺小規(guī)模工業(yè)廢水,運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)如表

3、 1和表2表1實(shí)驗(yàn)工藝的運(yùn)行參數(shù)參數(shù)(單位)范圍平均值水溫(° C)7129.5F/Mkg0.08 0.1(BOD)/kg( MLSS) d0.12水力停留時(shí)間(h)7.3 8.17.7MLSS(曝氣池)(g/L)3.8 4.44.1MLVS(曝氣池)(g/L)2.5 2.862.68DO (曝氣池)(g/L)2.5 4.93.7泥齡(d)12 1815進(jìn)水流量(m3/h)5.2 5.85.5污泥回流率(%)90 130110消化污泥回流率()50 11080缺氧污泥回流率()100 140120表2實(shí)驗(yàn)工藝的出水水質(zhì)參數(shù)單位1#流程2#流程總磷(PO-P)Mg(P)/L1.443.

4、0溶解性磷(PO4-P)Mg(P)/L0.812.0總氮Mg(P)/L21.015CODmg/L4951BODmg/L1620磷的去除率%8078氮的去除率%5066COD的去除率mg/L8685BOD的去除率mg/L88863 結(jié)果與討論3.1絲狀菌的長(zhǎng)度在1#流程厭氧階段,絲狀菌的平均長(zhǎng)度比好氧階段低19.26 %,在2#流程厭氧階段,絲狀菌的平均長(zhǎng)度比好氧階段低7%這表明厭氧階段有一定的抑制絲狀菌生長(zhǎng)的功能。由于1#曝氣池內(nèi)填設(shè)懸浮填料,1#流程絲狀菌的平均長(zhǎng)度比2#流程低66.02%;僅在曝氣階段,1#曝氣池絲狀菌群的平均長(zhǎng)度比2#曝氣池低62.52%。在運(yùn)行期間,泥齡一直保持在15d

5、左右,運(yùn)行處在穩(wěn)定階段, 并沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的絲狀菌污泥膨脹情況。 在第7個(gè)月期間,為提高脫 磷脫氮的去除效率把泥齡增加到 30d,絲狀菌長(zhǎng)度明顯增大并導(dǎo)致了 污泥膨脹。后來(lái)又不得不把泥齡降低到15d左右,才使運(yùn)行又趨于穩(wěn)定O3.2絲狀菌的種類(lèi)絲狀菌的種類(lèi)如表3和表4。數(shù)據(jù)表明主要絲狀菌為微絲菌,其次為0675型和0914型,Nocardia III型菌只在生物泡沫中才出現(xiàn)。表31#流程的絲狀菌種類(lèi)絲狀菌種類(lèi)厭氧污泥缺氧污泥好氧污泥泡沫出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(%)出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(% )出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(%)出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(%)微絲菌4098.214098.434098.141499.

6、290675 型171.6461.5120.790914 型30.0730.21NocardiaII型30.0730.0730.0720.50取樣分析次數(shù)40404014表42#流程的絲狀菌種類(lèi)絲狀菌種類(lèi)厭氧污泥缺氧污泥好氧污泥泡沫出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(%)出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(% )出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(%)出現(xiàn)次數(shù)(次)優(yōu)勢(shì)度(% )微絲菌2994.792995.432993.141493.140675 型213.43121.29172.2172.290914 型81.43102.93214.6473.07NocardiaII型20.0720.0741.290041 型20.3640.29

7、諾卡氏菌屬.10.28取樣分析次數(shù)292929143.3 分析討論大量的鏡檢觀察發(fā)現(xiàn),在正常穩(wěn)定條件下,絲狀菌和菌膠團(tuán) 菌組成一個(gè)互相依賴(lài)相互促進(jìn)的共生關(guān)系。絲狀菌位于菌膠團(tuán)的內(nèi) 部,當(dāng)絲狀菌生長(zhǎng)伸出菌膠團(tuán), 大量新生的菌膠團(tuán)菌又吸附和依附在 絲狀菌的表面。正常情況下絲狀菌和菌膠團(tuán)菌的生長(zhǎng)達(dá)到相對(duì)的平 衡,絲狀菌始終被菌膠團(tuán)菌包裹在里面。在污泥膨脹階段,主要是菌 膠團(tuán)菌的生長(zhǎng)速度變慢, 致使絲狀菌生長(zhǎng)伸出菌膠團(tuán)外面造成污泥膨 脹。分析其原因,造成菌膠團(tuán)菌生長(zhǎng)速度變慢的原因有:(1)外界條件不能滿足正常生長(zhǎng)繁殖 3 ,如食物缺乏、溶解氧不足、pH偏低、或微量元素比例不恰當(dāng)。(2)微環(huán)境因素,尚若

8、大量的生物殘?jiān)荒鼙患皶r(shí)分離或分 解,會(huì)惡化微環(huán)境造成菌膠團(tuán)菌大量死亡。 而絲狀菌大多是腐生菌 4 食料來(lái)源來(lái)自死亡的菌膠團(tuán)菌, 菌膠團(tuán)菌大量死亡又為絲狀菌提供了 充足的食物源, 又促進(jìn)了絲狀菌的過(guò)剩生長(zhǎng)導(dǎo)致污泥膨脹。 在厭氧 缺氧好氧工藝中, 當(dāng)回流污泥通過(guò)厭氧階段時(shí), 厭氧菌有分解部分 生物殘?jiān)墓δ堋? 結(jié)語(yǔ)生物營(yíng)養(yǎng)素去除工藝中, 主要的絲狀菌為微絲菌,其次為 0675 型和 0914 型。泥齡的增加會(huì)導(dǎo)致污泥膨脹,生物殘?jiān)臐舛仁窃斐?長(zhǎng)泥齡污泥膨脹的原因之一。 曝氣池內(nèi)裝填懸浮填料對(duì)絲狀菌的生長(zhǎng) 有抑制作用。 厭氧階段有分解生物殘?jiān)墓δ埽?可改善菌膠團(tuán)菌的微 環(huán)境。生物脫氮基本原理

9、及影響因素 廢水中存在著有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮等形式的氮,而其中以氨氮 和有機(jī)氮為主要形式。 在生物處理過(guò)程中, 有機(jī)氮被異養(yǎng)微生物氧化 分解,即通過(guò)氨化作用轉(zhuǎn)化為成氨氮, 而后經(jīng)硝化過(guò)程轉(zhuǎn)化變?yōu)?NO3-N 和 NO2-N ,最后通過(guò)反硝化作用使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?,而逸入大氣。由此可?jiàn),進(jìn)行生物脫氮可分為氨化硝化反硝化三個(gè)步驟。 由于氨化反應(yīng)速度很快。 在一般廢水處理設(shè)施中均能完成, 故生物脫 氮的關(guān)鍵在于硝化和反硝化。1 氨化作用1.1 概念氨化作用是指將有機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過(guò)程, 也稱(chēng)為礦化 作用。1.2 細(xì)菌參與氨化作用的細(xì)菌成為氨化細(xì)菌。 在自然界中, 它們的種類(lèi)很 多,主要有好氧

10、性的熒光假單胞菌和靈桿菌, 兼性的變形桿菌和厭氧 的腐敗梭菌等。1.3 降解方式(分好氧和厭氧)在好氧條件下, 主要有兩種降解方式, 一是氧化酶催化下的氧化 脫氨。另一是某些好氧菌,在水解酶的催化作用下能水解脫氮反應(yīng)。在厭氧條件或缺氧的條件下, 厭氧微生物和兼性厭氧微生物對(duì)有 機(jī)氮化合物進(jìn)行還原脫氨、水解脫氨和脫水脫氨三種途徑的氨化反 應(yīng)。2 硝化作用2.1 概念硝化作用是指將氨氮氧化為亞硝酸氮和硝態(tài)氮的生物化學(xué)反應(yīng),2.2 細(xì)菌這個(gè)過(guò)程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成。亞硝化菌有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺桿菌屬和亞硝酸球菌屬。 硝酸菌有硝化桿菌屬、 硝化球菌屬。亞硝酸菌和硝化菌統(tǒng)稱(chēng)為硝化菌。2.3

11、反應(yīng)過(guò)程包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個(gè)步驟。該反應(yīng)歷程為:亞硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)總反應(yīng)式發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)細(xì)菌分別從氧化 NH和NO的過(guò)程中獲得能量, 碳源來(lái)自無(wú)機(jī)碳化合物,如 C、HCO、CO等。假定細(xì)胞的組成為 C5 H7 N O2 ,則硝化菌合成的化學(xué)計(jì)量關(guān)系可表示為:亞硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)2.4 特點(diǎn)從上式可以看出硝化過(guò)程的三個(gè)重要特點(diǎn):NH的生物氧化需要大量的氧,大約每去除 1g的NMN需要 4.2gO2;硝化過(guò)程細(xì)胞產(chǎn)率非常低, 且難以維持較高勝物濃度, 特別是 在低溫的冬季;硝化過(guò)程中產(chǎn)生大量的的質(zhì)子(H),為了使反應(yīng)能順利進(jìn)行, 需要大量的堿中和,其理論上大約為每氧化1g的NHkN需要堿度5

12、.57g(以 NaCC計(jì))。2.5 硝化反應(yīng)影響因素 溫度在生物硝化系統(tǒng)中,硝化細(xì)菌對(duì)溫度的變化非常敏感,在535C 的范圍內(nèi),硝化菌能進(jìn)行正常的生理代謝活動(dòng)。當(dāng)廢水溫度低于15C 時(shí),硝化速率會(huì)明顯下降,當(dāng)溫度低于 10C時(shí)已啟動(dòng)的硝化系統(tǒng)可 以勉強(qiáng)維持,硝化速率只有30C時(shí)的硝化硝化速率的25%。盡管溫 度的升高,生物活性增大, 硝化速率也升高,但溫度過(guò)高將使硝化菌 大量死亡,實(shí)際運(yùn)行中要求硝化反應(yīng)溫度低于3 8C 2。 pH 值硝化菌對(duì)pH值變化非常敏感,最佳pH值是8.08.4,在這一 最佳 pH 值條件下,硝化速度,硝化菌最大的比值速度可達(dá)最大值。 Anthonison認(rèn)為pH對(duì)硝化

13、反應(yīng)的影響只是表觀現(xiàn)象,實(shí)際起作用是 兩個(gè)平衡 H+NH 二 NH+禾口 H+NO二 HNO中的 NH ( FA 禾口 HNO (FNA , pH通過(guò)這兩個(gè)平衡影響FA和FNA的濃度起作用的。 溶解氧氧是硝化反應(yīng)過(guò)程中的電子受體, 反應(yīng)器內(nèi)溶解氧高低, 必將影 響硝化反應(yīng)得進(jìn)程。 在活性污泥法系統(tǒng)中, 大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溶解氧應(yīng) 該控制在1.52.0mg/L內(nèi),低于0.5mg/L則硝化作用趨于停止。當(dāng) 前,有許多學(xué)者認(rèn)為在低 D0(1.5mg/L )下可出現(xiàn)SND現(xiàn)象。在DO> 2.0mg/L,溶解氧濃度對(duì)硝化過(guò)程影響可不予考慮。但DC濃度不宜太高,因?yàn)槿芙庋踹^(guò)高能夠?qū)е掠袡C(jī)物分解過(guò)快, 從

14、而使微生物缺乏 營(yíng)養(yǎng),活性污泥易于老化,結(jié)構(gòu)松散。此外溶解氧過(guò)高,過(guò)量能耗, 在經(jīng)濟(jì)上也是不適宜的。 生物固體平均停留時(shí)間(污泥齡)為了使硝化菌群能夠在連續(xù)流反應(yīng)器系統(tǒng)存活, 微生物在反應(yīng)器 內(nèi)的停留時(shí)間(B c) n必須大于自養(yǎng)型硝化菌最小的世代時(shí)間(B c) minN,否則硝化菌的流失率將大于凈增率,將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆 盡。一般對(duì)(B c) n的取值,至少應(yīng)為硝化菌最小世代時(shí)間的 2倍以 上,即安全系數(shù)應(yīng)大于 2。 重金屬及有毒物質(zhì)除了重金屬外, 對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有: 高濃度氨 氮、高濃度硝酸鹽有機(jī)物及絡(luò)合陽(yáng)離子等。3. 反硝化作用3.1 概念反硝化作用是指在厭氧或缺氧

15、(DO<0.3-0.5mg/L)條件下,硝態(tài) 氮、亞硝態(tài)氮及其其它氮氧化物被用作電子受體而還原為氮?dú)饣虻?其它氣態(tài)氧化物的生物學(xué)反應(yīng)。3.2 細(xì)菌這個(gè)過(guò)程反硝化菌完成。進(jìn)行這類(lèi)反應(yīng)的細(xì)菌主要有變形桿菌屬、 微球菌屬、假單胞菌屬、 芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、 黃桿菌屬等兼性細(xì)菌,它們?cè)谧匀唤缰袕V 泛存在。有分子氧存在時(shí),利用 O2 作為最終電子受體,氧化有機(jī)物, 進(jìn)行呼吸;無(wú)分子氧存在時(shí),利用NO或者NO進(jìn)行呼吸。研究表明, 這種利用分子氧和NO之間的轉(zhuǎn)換很易進(jìn)行,即使頻繁交換也不抑制 其反硝化的進(jìn)行。大多數(shù)反硝化菌能進(jìn)行反硝化的同時(shí)將 NQ同化為NH+而供給細(xì) 胞合成之用,這也就是所謂同

16、化反硝化。只有當(dāng)NOT作為反硝化菌唯 一可利用的氨源時(shí)Ne同化代謝才能發(fā)生。如果廢水中同時(shí)存在NH+, 反硝化菌有限利用氨態(tài)氮進(jìn)行合成。3.3 反硝化過(guò)程3.4 反硝化反應(yīng)影響因素1. 溫度反硝化細(xì)菌對(duì)溫度變化雖不如硝化細(xì)菌那樣敏感, 但反硝化效果 也會(huì)隨溫度變化而變化。溫度越高,硝化速率也越高,在3035C時(shí),DNR增至最大。當(dāng)?shù)陀?5C時(shí),反硝化速率將明顯降低;至 5C 時(shí),反硝化將趨于停止。2. pH值pH值是反硝化反應(yīng)的重要影響因素,對(duì)反硝化最適宜的 pH值是 6.57.5,在這個(gè)pH值的條件下,反硝化速率最高,當(dāng) pH值高于8 或者低于 6 時(shí),反硝化速率將大為下降。3. 外加碳源反硝化菌是屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌,在厭氧的條件下以 NOx-N 為 電子受體,以有機(jī)物(有機(jī)碳)為電子供體。由此可見(jiàn),碳源是反硝 化過(guò)程中不可少的一種物質(zhì),進(jìn)水的C/N直接影響生物脫氮除氮效果 的重要因素。一般BOD/TK*34,有機(jī)物越充分,反應(yīng)速度越快, 當(dāng)廢水中BOD/TK小于3時(shí),需要外加碳源才能達(dá)到理想的脫氮目的。 因此碳源對(duì)反硝化效果影響很大。 反硝化的碳源來(lái)源主要分三類(lèi): 一 是廢水本身的組成物,如各種有機(jī)酸、淀粉、碳水化合物等;二是廢 水處理過(guò)程中添加碳源, 一般可以添加附近一些工業(yè)副

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