反硝化除磷工藝原理以及研究進(jìn)展

1、反硝化除磷工藝原理以及研究進(jìn)展反硝化除磷將反硝化和除磷兩個過程合二為一,一碳兩用,到達(dá)了同步脫氮除磷的目的。本文在簡要介紹廢水生物脫氮除磷研究領(lǐng)域開展現(xiàn)狀的根底上,分析了現(xiàn)有生物脫氮除磷工藝難以到達(dá)N、P同時高效去除的原因,探討了反硝化除磷工藝的發(fā)現(xiàn)以及證實(shí)過程,綜合分析了幾種反硝化除磷工藝的原理、特點(diǎn)以及在國內(nèi)外的研究進(jìn)展。論文:反硝化除磷,原理,研究進(jìn)展一.前言1.1 脫氮除磷現(xiàn)狀近年來,隨著各種工業(yè)的快速開展,低C/N、C/P比廢水日益增多。而傳統(tǒng)脫氮除磷工藝如A/A/O、SBR、氧化溝等均要求C/N大于6、C/P大于20,才能發(fā)揮出應(yīng)有的成效1。另外,這些工藝多數(shù)不能滿足氮磷的同時高效

2、去除,因?yàn)樵谶@些工藝中存在著難以協(xié)調(diào)的競爭和矛盾25:1.微生物獨(dú)立這些工藝中存在著各種各樣不同種類的微生物,它們的基質(zhì)類型、對環(huán)境條件(pH、DO、T等)要求不同,由此產(chǎn)生了微生物之間的矛盾和競爭。2.污泥齡的矛盾在脫氮除磷工藝中,除磷是通過排出剩余污泥來實(shí)現(xiàn)的。聚磷菌多為短世代微生物,泥齡越長,污泥含磷量越低,而硝化菌的世代周期那么較長。硝化過程需要的長泥齡和除磷需要的短泥齡之間存在矛盾。3.對碳源有機(jī)物的競爭在脫氮除磷系統(tǒng)中,碳源主要用于反硝化、釋磷和異養(yǎng)菌的正常代謝。在缺氧段,反硝化菌先于聚磷菌利用有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化脫氮,導(dǎo)致聚磷菌沒有充足的碳源,從而導(dǎo)致釋磷程度降低。而對于硝化段來說

3、,過多的碳源會使生長速率較高的異養(yǎng)菌迅速生長,爭奪溶解氧,從而降低硝化速率。4.硝酸鹽的矛盾聚磷菌需要在嚴(yán)格的厭氧條件下才可以發(fā)揮作用進(jìn)行釋磷,在傳統(tǒng)工藝中,污泥回流會將一局部硝酸鹽帶入?yún)捬鯀^(qū),從而導(dǎo)致厭氧區(qū)的非嚴(yán)格厭氧,嚴(yán)重影響聚磷菌的釋磷效率。5.溶解氧的矛盾傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝將厭氧、缺氧、好氧各處理過程同處一個活性污泥系統(tǒng),而活性污泥絮體對氣泡的吸附作用不可防止的將溶解氧帶入缺氧段和厭氧段,從而影響了聚磷菌的釋磷能力和反硝化菌的脫氮能力。這些競爭和矛盾廣泛存在于現(xiàn)有的脫氮除磷工藝中,嚴(yán)重影響了脫氮除磷效率。因此,如何對傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝進(jìn)行改良,消除這些競爭和矛盾,并保證低碳源條件下脫氮

4、除磷的效率,是目前水處理領(lǐng)域亟待解決的難題。1.2反硝化除磷的提出20世紀(jì)70年代以來,反硝化除磷漸漸引起人們的注意,并得到迅速開展。反硝化聚磷菌的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)主要經(jīng)歷了以下幾個階段69:1977年,Osborn和Nieholls在反硝化過程中首次觀測到磷快速吸收現(xiàn)象,說明某些反硝化菌能超量吸磷;1986年,Comeau發(fā)現(xiàn)一些聚磷菌在缺氧狀態(tài)下具有利用硝酸鹽作為電子受體除磷的功能,同時完成反硝化脫氮;1987年,Vlekke等采用厭氧/缺氧SBR,證明NO3-可以作為電子受體除磷;1992年,Wanner等通過反硝化除磷的特性自行開發(fā)的N、P去除新工藝的試驗(yàn),證實(shí)了缺氧條件下一些除磷菌具有反硝

5、化能力;1993年,Kuba發(fā)現(xiàn)在厭氧/缺氧交替運(yùn)行條件下,易富集一類兼有反硝化和除磷作用的兼性厭氧微生物,利用硝酸鹽為電子受體,在缺氧環(huán)境下同時進(jìn)行反硝化和除磷;隨后,Kerm-Jespersen通過試驗(yàn)指出,聚磷菌由兩局部組成,一局部只能用氧作為電子受體,另一局部既能利用氧也能用NO3-N作為電子受體,即反硝化聚磷菌DPB(Denitrifying Phosphorus-removing Bacteria);20192019年,Smolders等和Kuba等在UCT工藝中證實(shí)了中試規(guī)模的除磷脫氮系統(tǒng)中除磷菌的反硝化功能。目前,某些反硝化除磷工藝在歐美一些國家已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程,并取得了良好

6、的脫氮除磷效果。二.反硝化聚磷原理及特點(diǎn)多數(shù)研究者認(rèn)為聚磷菌包括兩類菌屬10,一類只能以氧作為電子受體,被稱作好氧聚磷菌,而另一類既能以氧又能以硝酸鹽作為電子受體,即反硝化聚磷菌DPB。DPB在缺氧條件下能以硝酸鹽代替溶解氧作為電子受體進(jìn)行聚磷,同時將硝酸鹽復(fù)原成N2或氮化物,將反硝化和除磷這兩個過程合二為一,一碳兩用,到達(dá)同步脫氮除磷的目的。DPB的厭氧釋磷機(jī)理與好氧聚磷菌相同,即在分解細(xì)胞內(nèi)聚磷酸鹽的同時產(chǎn)生ATP,并利用ATP將污水中的低分子發(fā)酵產(chǎn)物等有機(jī)物攝入細(xì)胞。缺氧吸磷機(jī)理與好氧聚磷菌吸磷的不同之處在于產(chǎn)生能量的電子傳遞鏈的最終電子受體不同6:好氧:NADH2+0.5O2ATP+H

7、2O缺氧:NADH2+0.4HNO3NATP+0.2N2+1.2H2O、N為好氧和缺氧產(chǎn)能效率(molATP/molNADH2)有文獻(xiàn)說明11,充分利用反硝化除磷原理,可使COD需求量減少50%,耗氧量減少30%,剩余污泥量減少50%。反硝化除磷的優(yōu)點(diǎn)是12:氮、磷的去除率高,出水TN5mg/L,正磷幾乎為零;SVI值低且穩(wěn)定,一般在8020 mL/g,能有效減少曝氣池及二沉池的容積;能有效利用碳源,在C/N、C/P值較低時仍能良好運(yùn)行;控制簡單,通過ORP與DO可有效實(shí)現(xiàn)過程的穩(wěn)定控制;可使用生物除磷器獲得富磷污泥,使磷的循環(huán)利用成為可能。三.反硝化除磷工藝簡介目前常見的反硝化除磷工藝有單泥

8、系統(tǒng)和雙泥系統(tǒng)之分。在單級工藝中,DPB、硝化菌以及非聚磷菌同時存在于懸浮增長的混合液中,順序經(jīng)歷厭氧/缺氧/好氧三種環(huán)境,最具代表性的是BCFS工藝。在雙級工藝中,硝化菌獨(dú)立于DPB單獨(dú)存在于固定膜生物反響器或好氧硝化SBR反響器中。在此類工藝中,反硝化除磷污泥在厭氧區(qū)吸收有機(jī)物合成PHB后,經(jīng)泥水別離不經(jīng)過好氧段直接進(jìn)入缺氧區(qū),PHB全部用于反硝化攝磷,保證了反硝化所需的碳源13。而供氧僅用于硝化和反硝化除磷后剩余有機(jī)物的氧化,從而減少了曝氣量。主要有Dephanox工藝和A2NSBR工藝等。3.1 BCFS工藝BCFS(Biologische-Chemische-Fosfaat -Stikstof verwijdering)工藝由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā),現(xiàn)已在歐美多個污水處理廠得到初步應(yīng)用,脫氮除磷效果極佳。BCFS實(shí)際上是UCT的變形工藝,包括厭氧池、缺氧池、好氧池,并增加了接觸池和混合池以及兩個內(nèi)循環(huán)QB和