生物脫氮除磷技術(shù)的研究報(bào)告及應(yīng)用

1、.生物脫氮除磷技術(shù)的研究與應(yīng)用【摘要】 生物脫氮除磷技術(shù)是技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的新的水處理技術(shù)，其在城市生活污水和工業(yè)廢水處理中得到推廣使用。重點(diǎn)介紹了生物脫氮除磷的基本理論及其影響因素，并對(duì)近年來我國生物脫氮除磷技術(shù)在城市生活污水處理、工業(yè)廢水處理、中水回用方面的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞生活污水處理;生物脫氮除磷;機(jī)理1.生物脫氮除磷技術(shù)的特點(diǎn)生物脫氮除磷技術(shù)的工藝流程共有3種類型,即A;/O,AZ/O與A/A/o。由于其能脫氮除磷,且技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理,而得到國內(nèi)外廣泛地重視.近年來,隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)格化,工業(yè)廢水的脫氮也成為排水工程界的熱點(diǎn),并迅速在焦化廢水、石油化工廢水、印染廢水的處理中

2、得到應(yīng)用。生物脫氮除磷技術(shù)具有如下主要特點(diǎn):(l)污水、廢水經(jīng)A/O或A/A/9工藝處理后,能達(dá)到同時(shí)去除C有機(jī),N,P等污染物,出水水質(zhì)可達(dá)三級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)。(2)產(chǎn)生的剩余污泥量較一般生物處理系統(tǒng)少,且污泥沉降性能好,易于脫水.(3)與一般二級(jí)處理加脫氮除磷系統(tǒng)相比,基建投資少、能耗低、用藥少、占地面積小。(4)能提高難生物降解有機(jī)物的去除率,并能抑制絲狀菌,利于運(yùn)行和管理.(5)它們是在一般生物處理技術(shù)上發(fā)展起來的一種水處理新技術(shù),其設(shè)計(jì)規(guī)?？纱罂尚?進(jìn)水濃度可高可低,并能移植或推廣到那些老的生物處理污水廠的改造和擴(kuò)建上.2.生物脫氮除磷的基本原理2.1 生物脫氮的基本原理 生物脫氮通過氨化

3、、硝化、反硝化三個(gè)步驟完成。2.1.1 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,這一過程稱為“氨化反應(yīng)”。以氨基酸為例,其反應(yīng)式為:RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH32.1.2 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,就此分兩個(gè)階段進(jìn)行。首先,在亞硝化細(xì)菌的作用下,使氨(NH4+)轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮,亞硝酸氮在硝酸菌的作用下,進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸氮。硝化反應(yīng)的總反應(yīng)式為:NH+4+2O2NO-3+H2O+2H+2.1.3反硝化反應(yīng)反硝化反應(yīng)是指硝酸氮(NO-3N)和亞硝酸氮(N0-2N)在反硝化菌的作用下,被還原為氣態(tài)氮(N2)的過程。2.2生物除磷

4、的基本原理所謂生物除磷,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的、從外部環(huán)境攝取磷,并將磷以聚合物的形態(tài)貯藏在菌體內(nèi),形成富磷污泥。排出系統(tǒng)外,達(dá)到廢水中除磷的效果。3.生物脫氮除磷工藝研究新方向傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝如:生物除磷:A /0,A2/O、Bardenpho、UCT、Phoredox、AB等除磷工藝。生物脫氮:A /O、A2/O、Bardnpho、UCT、Phoredox、改進(jìn)的AB、TETRA深度脫氮、SBR、氧化溝等脫氮工藝。現(xiàn)有的生物脫氮除磷組合工藝主要是建立在傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)架組合的。傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝中,具有較大差別的微生物在同一系

5、統(tǒng)中相互影響,制約了工藝的高效性和穩(wěn)定性;較多的工藝流程中包含多重污泥和混合液的回流,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,提高了基建和運(yùn)行費(fèi)用;脫氮除磷過程中對(duì)能源(如氧、COD)消耗較多;剩余污泥富含磷,處理量較大。這些都不符合環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求。近年來,同時(shí)硝化反硝化現(xiàn)象、反硝化除磷現(xiàn)象、短程硝化反硝化脫氮工藝、厭氧氨氧化工藝等的發(fā)現(xiàn)和研究,為解決上述問題提供了有效的途徑。3·1 同時(shí)硝化反硝化技術(shù)的研究傳統(tǒng)脫氮理論認(rèn)為硝化反應(yīng)在好氧條件下進(jìn)行,而反硝化反應(yīng)在厭氧條件下完成,兩者不能在同一條件下進(jìn)行。然而,近幾年許多研究者發(fā)現(xiàn)存在同時(shí)硝化反硝化現(xiàn)象,尤其是有氧條件下的反硝化現(xiàn)象,確實(shí)存在于不

6、同的生物處理系統(tǒng)中。如氧化溝、SBR工藝、間歇曝氣反應(yīng)器工藝2。研究者對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究,提出了一些新的見解。其中,認(rèn)為微生物的存在是其最主要的原因。如某些反應(yīng)器流態(tài)上的特征,為同時(shí)硝化反硝化創(chuàng)造了可能的環(huán)境條件;另外,從微生物發(fā)展的角度看,存在著目前尚未被認(rèn)識(shí)的微生物菌種(如好氧條件下的反硝化細(xì)菌)能使同時(shí)硝化反硝化現(xiàn)象發(fā)生,但對(duì)其機(jī)理的認(rèn)識(shí)還未統(tǒng)一,尚處于探索階段。已有一些研究者利用其成果改進(jìn)脫氮工藝,如FFdezPolanco等3在流化床反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了同時(shí)硝化和反硝化。該技術(shù)不但僅可節(jié)省占地面積和投資,而且由于沒有硝酸鹽的影響,對(duì)厭氧段聚磷菌釋磷也十分有利。目前在荷蘭、丹麥、意大利等已

7、有污水廠在利用同時(shí)硝化和反硝化脫氨工藝運(yùn)行。但該工藝還有許多問題有待進(jìn)一步解決,因此,離投入工程運(yùn)行還有一定距離。3.2 短程硝化反硝化技術(shù)的研究傳統(tǒng)的硝化一反硝化原理是:氨氮在亞硝化菌的作用下氧化生成NO-2,然后被硝化菌進(jìn)一步氧化成NO-3,最后通過異養(yǎng)反硝化菌的作用將NO-3還原成N2。而許多實(shí)驗(yàn)證明可以按照氨氮一亞硝酸鹽一氮?dú)獾倪^程實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化脫氨,即將氨氮氧化控制在亞硝化階段,然后進(jìn)行反硝化。由于亞硝酸菌世代時(shí)間比硝酸菌短,泥齡也短,縮短了硝化反應(yīng)時(shí)間,從而減小反應(yīng)器容積,節(jié)省基建投資。該過程還可以減少硝化中的產(chǎn)酸量,減少投堿量;減少污泥生成量;節(jié)省O2、碳源和動(dòng)力消耗,可用于

8、處理含氮量較高的廢水。3.3反硝化除磷技術(shù)的研究近年來研究者發(fā)現(xiàn)了一種“兼性厭氧反硝化除磷細(xì)菌”(DPB),可以在缺氧條件下,利用硝酸鹽作為電子受體氧化胞內(nèi)貯存的PHA,并從環(huán)境中攝磷、實(shí)現(xiàn)同時(shí)反硝化和過度攝磷,與傳統(tǒng)的好氧吸磷相比,在保證硝化效果的同時(shí),系統(tǒng)對(duì)COD需求可減少5O%,氧的消耗和污泥產(chǎn)量可分別下降30%和50%。COD消耗的減少,一方面為解決處理含高氮磷工業(yè)廢水存在碳源不足的問題提供了的實(shí)際應(yīng)用的途徑,另一方面剩余的COD可用于產(chǎn)生甲烷。3.4厭氧氨氧化(ANAMMOX)技術(shù)的研究ANAMMOX工藝由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)15。工藝在厭氧狀態(tài)

9、下,以NO-2、NO-3作為電子受體,將氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。厭氧氨氧化是自養(yǎng)的微生物過程,不需投加有機(jī)物以維持反硝化,且污泥產(chǎn)率低。此外還可以改善硝化反應(yīng)產(chǎn)酸、反硝化反應(yīng)產(chǎn)堿而均需中和的情況,這對(duì)控制化學(xué)試劑消耗、防止可能出現(xiàn)的二次污染具有重要意義。該工藝適用于高氨廢水和低COD /TKN廢水的處理。Jeeten等人5和Van等人8將ANAMMOX工藝與SHARON工藝結(jié)合,對(duì)污泥消化出水進(jìn)行了研究。這種聯(lián)合工藝的自養(yǎng)脫氮工藝流程見圖3。試驗(yàn)結(jié)果表明,氨態(tài)氮的去除率達(dá)到83%。傳統(tǒng)工藝的氧氣需要量為465kgO2/kgN,需要45kgCOD /kgN;而聯(lián)合工藝氧氣需要量僅為l7kgO2/kgN,且

10、幾乎不需要外加碳源。可見在氧氣需要量和外加碳源上,該聯(lián)合工藝明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的生物脫氮工藝。ANAMMOX及其與SHARON的聯(lián)合工藝完全突破了傳統(tǒng)生物脫氮工藝的基本概念,從一定程度上解決了傳統(tǒng)硝化一反硝化工藝存在的問題,但需要進(jìn)一步的研究才能使之成功地運(yùn)行于實(shí)際工程。4 生物脫氮除磷技術(shù)在水處理中的應(yīng)用生物脫氮除磷技術(shù)能適應(yīng)不同的進(jìn)水水質(zhì),能降解許多難生物降解的稠環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物,能處理含高濃度氨氮的工業(yè)廢水,脫氮效果好,已被廣泛地用于城市生活污水處理、工業(yè)廢水處理和中水回用工程.自80年代后期開始,我國先后在上海、廣州等地建設(shè)了一批生物脫氮除磷的生活污水處理廠(表1).我國一些研究院所、高等

11、院校對(duì)高濃度氨氮的焦化廢水、石表1生物脫氮除磷污水處理廠悄況Table1Wastewatertreatmentworkisattoinofboi一denitroandbio一eniPho上海市政工程管理局科學(xué)技術(shù)情報(bào)網(wǎng).全國主要城市污水處理廠概況匯編,1991;金瑞瑤.生物脫氮除磷活性污泥法工藝在城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用.給水排水技術(shù)動(dòng)態(tài),199;2陸嘉閡.上海市城市污水廠脫氮情況介紹.中國一聯(lián)邦德國脫氮除磷和節(jié)能曝氣技術(shù)研討會(huì)論文集,1995化廢水進(jìn)行了小試和中試,先后建成或建設(shè)乘上海焦化總廠、上海石化總廠、常州焦化廠、安陽鋼鐵公司焦化廠等廢水處理站,其中前二者己投人運(yùn)行多年。此外,還研究了生物

12、鐵對(duì)A/o工藝的促進(jìn)作用,傅威等還研究了高濃度有機(jī)廢水作為焦化廢水生物脫氮的補(bǔ)充c源,也取得了一些成果在廢水深度處理與中水回用方面,我國已先后在北京黃村、大連春柳、山東泰安、天津東郊、北京高碑店等建成了不同規(guī)模的污水深度處理工程.其出水用于鍋爐補(bǔ)充水、工業(yè)冷卻水、城市景觀用水、染料沖洗工藝用水、電廠用水等(3,并已取得很好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。章非娟等.焦化廢水深度處理研究(上?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)目),1990.1;1鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)研究院.安陽鋼鐵公司焦化廠酚氰廢水處理站初步設(shè)計(jì),1994.12;李關(guān)祥.高含氨氮廢水的生物處理脫氮.給水排水技術(shù)動(dòng)態(tài),1991(3);傅威,章非娟.高濃度有機(jī)廢水生物脫氮處理補(bǔ)充碳源的研究.中國一聯(lián)邦德國脫氮除磷和節(jié)能曝氣技術(shù)研討會(huì)論文集,19955結(jié)束語本文對(duì)生物脫氮