專題六-生物除磷工藝

水中的磷有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-)、磷酸二氫鹽H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74－)、三磷酸鹽(P3O105-)、

三磷酸氫鹽(HP3O92-)1.磷的存在形式專題六：生物除磷工藝1一般城市污水水質(zhì)與排放要求項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)/（mg·L-1）國家排放標(biāo)準(zhǔn)/（mg·L-1）一級A一級BCODcr250~3005060BOD5100~1501020SS150~2001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5~60.512常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附

普通活性污泥法剩余污泥中磷含量約占微生物干重的1.5%~2.0%，通過同化作用可去除磷12%~20%。生物強(qiáng)化除磷工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%~6%。

如果還不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。生物強(qiáng)化除磷工藝2.磷的去除方法3在厭氧條件下（氧化還原電位ORP在-200～-300mV之間），污水中的有機(jī)物在厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厭氧的不利狀態(tài)下，將體內(nèi)積聚的聚磷分解為正磷酸鹽（PO43-）釋放胞外，并從中獲取能量，分解產(chǎn)生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主動吸收污水中易降解揮發(fā)性脂肪酸（VFA），合成儲能物質(zhì)聚β－羥基丁酸（PHB）等儲于胞內(nèi)。聚磷分解形成的無機(jī)磷釋放回污水中，這就是厭氧釋磷。厭氧環(huán)境中：4進(jìn)入好氧狀態(tài)后，聚磷菌將儲存于體內(nèi)的PHB進(jìn)行好氧分解并釋出大量能量供聚磷菌增殖等生理活動，部分供其主動吸收污水中的磷酸鹽，以聚磷的形式積聚于體內(nèi)，這就是好氧吸磷。好氧環(huán)境中：剩余污泥中包含過量吸收磷的聚磷菌，也就是從污水中去除的含磷物質(zhì)。好氧吸磷量大于厭氧釋磷量，通過排放剩余污泥完成高效除磷的目的。剩余污泥的排放：5生物除磷機(jī)理6（1）厭氧環(huán)境條件：（a）氧化還原電位：Barnard、Shapiro等人研究發(fā)現(xiàn)，在批式試驗(yàn)中，反硝化完成后，ORP突然下降，隨后開始放磷，放磷時ORP一般小于100mV；（b）溶解氧濃度：厭氧區(qū)如存在溶解氧，兼性厭氧菌就不會啟動其發(fā)酵代謝，不會產(chǎn)生脂肪酸，也不會誘導(dǎo)放磷，好氧呼吸會消耗易降解有機(jī)質(zhì)；（c）NOx-濃度：產(chǎn)酸菌利用NOx-

作為電子受體，抑制厭氧發(fā)酵過程，反硝化時消耗易生物降解有機(jī)質(zhì)。3.生物除磷影響因素：7（2）有機(jī)物濃度及可利用性：碳源的性質(zhì)對吸放磷及其速率影響極大，傳統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)很難反映有機(jī)物組成和性質(zhì)，（3）污泥齡：污泥齡影響著污泥排放量及污泥含磷量，污泥齡越長，污泥含磷量越低，去除單位質(zhì)量的磷須同時耗用更多的BOD。同時脫氮除磷系統(tǒng)應(yīng)處理好泥齡的矛盾。8（4）pH：與常規(guī)生物處理相同，生物除磷系統(tǒng)合適的pH為中性和微堿性，不合適時應(yīng)調(diào)節(jié)。（5）溫度：在適宜溫度范圍內(nèi)，溫度越高釋磷速度越快；溫度低時應(yīng)適當(dāng)延長厭氧區(qū)的停留時間或投加外源VFA。9（1）.泥齡的矛盾

對于脫氮微生物而言，繁殖速度慢，世代時間較長，一般應(yīng)控制在3-5d以上，有的可高達(dá)10-15d；對于除磷系統(tǒng)，泥齡越短，污泥含磷量越高，污泥的產(chǎn)磷率也越高，使得通過剩余污泥的排放而去除的磷量也就越多，泥齡應(yīng)控制在3.5-7d。4、氮磷去除的矛盾關(guān)系硝化菌和聚磷菌在泥齡上存在著矛盾，若泥齡太高，不利于磷的去除；泥齡太低，硝化細(xì)菌無法存活，且泥量過大也會影響后續(xù)污泥處理。當(dāng)兩類微生物共用一個污泥回流系統(tǒng)時，整個系統(tǒng)的泥齡不得不控制在一個很窄的范圍。這種調(diào)和雖然使系統(tǒng)具備同時脫氮除磷的效果，卻不能使兩類微生物發(fā)揮各自的優(yōu)勢。10（2）.碳源的矛盾在脫氮除磷系統(tǒng)中，碳源主要應(yīng)用于反硝化、釋磷和異養(yǎng)菌的正常代謝方面。對于硝化階段，硝化菌的產(chǎn)率低、比增長速率小，使硝化菌的生長受到抑制，一般認(rèn)為系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷較小時，處理系統(tǒng)的硝化反應(yīng)才能正常進(jìn)行；厭氧環(huán)境下反硝化與釋磷也存在對碳源的競爭。

在城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)中，在釋磷和反硝化之間，存在著爭奪易生物降解低分子有機(jī)物的矛盾，而硝化過程又存在著對碳源的排斥作用，在整個處理系統(tǒng)中，形成了碳源供需不平衡的矛盾關(guān)系。11（3）.硝酸鹽的矛盾硝酸鹽的存在是硝化的先決條件，是脫氮的必要中間產(chǎn)物；而硝酸鹽的存在會抑制聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。

常規(guī)工藝中，由于污泥回流將不可避免的將一部分硝酸鹽帶入?yún)捬鯀^(qū)，嚴(yán)重影響了聚磷菌的釋磷效率，尤其當(dāng)進(jìn)水中揮發(fā)性有機(jī)物較少，污泥負(fù)荷較低時，硝酸鹽的存在甚至?xí)?dǎo)致聚磷菌直接吸磷。125.生物脫氮除磷工藝剩余污泥出水厭氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流生物脫氮除磷系統(tǒng)主要由厭氧池(Anaerobic)、缺氧池(Anoxic)、好氧池(Oxic)3個部分組成。13（1）、脫氮除磷基礎(chǔ)工藝（A2/O工藝）剩余污泥出水缺氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流100%好氧池混合液回流400%缺氧池好氧池1).Bardenpho工藝14剩余污泥出水缺氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流100%好氧池混合液回流400%缺氧池好氧池厭氧池2).Phoredox

工藝剩余污泥出水厭氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流(10%-50%)缺氧池混合液回流(100%-400%)3).A2/O工藝15

進(jìn)水沉淀池厭氧池缺氧池好氧池剩余污泥內(nèi)回流污泥回流進(jìn)氣管16A2/O工藝特點(diǎn):17(2)、A2/O的改進(jìn)工藝1).試圖解決碳源問題的脫氮除磷工藝剩余污泥出水缺氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流厭氧池(a)倒置A2/O工藝18192).試圖解決硝酸鹽問題的脫氮除磷工藝剩余污泥出水厭氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流缺氧池混合液回流厭氧/缺氧調(diào)節(jié)池10%90%剩余污泥出水厭氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流缺氧池混合液回流缺氧池(a)改良A2/O工藝(b)JHB工藝20剩余污泥出水厭氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流缺氧池NO3-

回流缺氧回流剩余污泥出水厭氧池好氧池沉淀池進(jìn)水污泥回流缺氧池缺氧池NO3-

回流缺氧回流(c)UCT工藝(d)MUCT工藝21(e)VIP工藝在VIP工藝中，所有區(qū)至少由兩個完全混合單元串聯(lián)形成。223).試圖解決泥齡問題的脫氮除磷工藝(a)A1/O-A2/O工藝(b)A1/A2/O-O工藝剩余污泥剩余污泥出水厭氧池好氧池中沉池進(jìn)水污泥回流缺氧池好氧池二沉池混合液回流污泥回流剩余污泥出水厭氧池缺氧池好氧池污泥回流剩余污泥中沉池好氧池二沉池混合液回流污泥回流進(jìn)水23(c)同步AAO工藝出水短時初沉池污泥回流剩余污泥二沉池進(jìn)水同步AAO反應(yīng)池24(3)、反硝化除磷技術(shù)(denitrifyingdephosphatation)在在污水生物除磷實(shí)踐中,南非研究人員最早發(fā)現(xiàn)專性好氧細(xì)菌不是唯一對磷的生物攝/放起作用的菌種。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PHB，并從環(huán)境中攝磷，實(shí)現(xiàn)同時反硝化和過度攝磷。反硝化菌的生物攝/放磷作用被荷蘭Delft大學(xué)和日本東京大學(xué)研究人員合作研究確認(rèn)，并冠名為“反硝化除磷”。自此，國內(nèi)外研究人員開始對反硝化除磷技術(shù)進(jìn)行深入的研究。在磷的攝/放過程中，反硝化菌以硝酸鹽取代氧氣作為電子受體，也就是說反硝化菌能將反硝化脫氮和生物除磷這兩個原本認(rèn)為彼此獨(dú)立的過程合二為一。顯然，在結(jié)合的除磷脫氮過程中，COD和氧的消耗均能得到相應(yīng)節(jié)省。與傳統(tǒng)的專性好氧菌的除磷工藝相比，在保證硝化效果的同時，反硝化聚磷能分別節(jié)省50%和30%的COD與氧的消耗量，污泥產(chǎn)量可相應(yīng)下降50%。反硝化聚磷過程中由于COD需要量的減少，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實(shí)際應(yīng)用的途徑，另一方面過剩的COD因此能被分離，并使之甲烷化，從而避免COD單一的氧化穩(wěn)定。歸因于曝氣能量的減少，以及過剩COD甲烷化后能量的產(chǎn)生，這種綜合的能量節(jié)約最終會導(dǎo)致釋放到大氣的CO2量的明顯減少。25短程硝化-反硝化除磷以亞硝酸鹽為電子受體的反硝化除磷技術(shù)。從化學(xué)計(jì)量學(xué)上分析，以亞硝酸鹽為中心的硝化比完全的硝化能節(jié)省25%的氧量，同時以亞硝酸鹽為中心的反硝化較傳統(tǒng)反硝化(以硝酸鹽開始)可節(jié)省40%的有機(jī)碳源(以COD計(jì))，由此可見，縮短硝化路徑，同時也意味著縮短了反硝化的路徑。張小玲等對A/O系統(tǒng)的污泥以NO2-N進(jìn)行誘導(dǎo)馴化，在采用連續(xù)投加NO2-N的方式下，DPAOs可以利用NO2-N作為電子受體吸磷，缺氧吸磷量占缺氧和好氧吸磷總量的97%以上。方茜等采用SBR反應(yīng)器的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NO2-N濃度高于20mg/L時，未經(jīng)NO2-N馴化的DPB反硝化除磷性能受到明顯抑制，而經(jīng)過亞硝酸鹽馴化后的DPAOs在NO2-N濃度為32mg/L左右時，依然保持良好的反硝化吸磷性能，但以NO2-N為電子受體的反硝化吸磷速率要比NO3-N為電子受體的低21％。26張玉秀等采用厭氧-好氧+厭氧-缺氧-好氧模式(NO2-N連續(xù)投加)馴化后的污泥在NO2-N初始濃度達(dá)到80mg/L時仍未出現(xiàn)受抑制現(xiàn)象，吸磷速率達(dá)到最高值14mgP/(gVSS.h)，接近氧為電子受體的吸磷速率。支輝霞等采用厭氧-好氧-缺氧短程硝化同步反硝化除磷工藝，通過操作參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了好氧區(qū)內(nèi)NO2-N穩(wěn)定的積累和缺氧段在不外加碳源的情況下以亞硝酸鹽和硝酸鹽共同作為電子受體的反硝化除磷，反硝化除磷量占系統(tǒng)總除磷量的8