湖北工業(yè)大學廢水生物脫氮除磷技術

氮、磷污染的環(huán)境效應及現狀生物脫氮的根本原理及影響因素分析生物除磷的根本原理及影響因素分析廢水生物脫氮除磷工藝概述概述最近幾年來，由于水體富營養(yǎng)化問題的日益嚴峻，使得國內對污水中氮磷的危害性認識日漸深入，使廢水脫氮除磷工藝的研究得到開展。但是大局部污水脫氮除磷工藝仍然是借鑒于國外的工藝，而這些工藝還或多或少地存在一些問題。如何解決現有廢水脫氮除磷工藝中存在的問題，提高污水脫氮除磷效率和運行的穩(wěn)定性，是目前環(huán)境工程界亟待解決的問題。氮、磷污染的環(huán)境效應及現狀我國水體富營養(yǎng)化問題已越來越突出，成為近幾年我國水體污染中非常嚴峻的問題?！案粻I養(yǎng)化〞〔Eutrophication〕是湖泊分類方面的概念。湖泊學家認為天然富營養(yǎng)化是水體衰老的一種表現。而過量的植物性營養(yǎng)元素氮、磷進入水體那么是人為加速了水體的富營養(yǎng)化過程。氮、磷污染的環(huán)境效應及現狀

富含磷酸鹽和某些形式氮素的水在光照和其它環(huán)境條件適宜的情況下使水體中浮游生物如藻類等過量生長，隨后藻類死亡并伴隨著異養(yǎng)微生物的代謝，耗盡了水體中的溶解氧，造成了水體質量惡化和水生生態(tài)環(huán)境結構破壞，這就是所謂的水體富營養(yǎng)化。

氮、磷污染的環(huán)境效應及現狀

一般認為，當水體中含氮量超過0.2~0.3mg/L，磷含量大于0.01~0.02mg/L，BOD5大于10mg/L，在pH值7~9的淡水中細菌總數每毫升超過10萬個，表征藻類數量的葉綠素-α含量大于10μg/l時，水體就發(fā)生了富營養(yǎng)化。

氮、磷污染的環(huán)境效應及現狀

水體富營養(yǎng)化是繼需氧型污染后我國又一嚴重的水環(huán)境污染問題，尤其是在太湖、滇池、巢湖及眾多湖泊水庫等緩流水體中，由于藻類生長旺盛，嚴重影響了水體功能，破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)，甚至污染和危害了飲用水水源地。

第一節(jié)生物脫氮原理及影響因素氮在水中的存在形態(tài)與分類N

無機NNOx--N(硝態(tài)氮)TKN(凱氏氮)總N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有機N〔尿素、氨基酸、蛋白質〕生物脫氮原理1、有機氮通過氨化作用轉變?yōu)榘钡?、氨氮通過好氧硝化作用轉變成硝態(tài)氮〔包括NO2-、NO3-〕。3、硝態(tài)氮通過厭氧反硝化作用轉變?yōu)榈獨狻?、氨化作用在未經處理的原廢水中，含氮化合物主要以有機氮如蛋白質、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在，此外還含有局部氨態(tài)氮如NH3和NH+4-N。在細菌的作用下，有機氮化合物分解、轉化為氨態(tài)氮。以氨基酸為例，反響式為：RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3在活性污泥和生物膜系統(tǒng)內，氨化作用能較完全地發(fā)生。2、硝化反響過程硝化反響是在好氧狀態(tài)下，將氨氮轉化為硝酸鹽氮的過程。硝化反響是由一群自養(yǎng)型好氧微生物完成的，它包括兩個根本反響步驟，第一階段是由亞硝酸菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽，稱為亞硝化反響，亞硝酸菌中有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺旋桿菌屬和亞硝化球菌屬等。第二階段那么由硝酸菌將亞硝酸鹽進一步氧化為硝酸鹽，稱為硝化反響，硝酸菌有硝酸桿菌屬、螺菌屬和球菌屬等。亞硝酸菌和硝酸菌統(tǒng)稱為硝化菌，均是化能自養(yǎng)菌。這類菌利用無機碳化合物如CO2、CO32-、HCO3-等作為碳源，通過與NH3、NH4+、NO2的氧化反響來獲得能量。廢水中的氨氮在硝化細菌的作用下，進一步氧化為硝態(tài)氮。此過程包括兩個根本反響步驟：由亞硝酸菌〔Nitrosomonas〕參與的將氨氮轉化成亞硝酸鹽〔NO2-〕的反響；由硝酸菌〔Nitrobacter〕參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽〔NO3-〕的反響。其中亞硝酸菌有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺桿菌屬和亞硝酸球菌屬等；硝酸菌有硝酸桿菌屬、硝酸螺菌屬和硝酸球菌屬等。2、硝化反響過程亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，它們利用CO2、CO32-和HCO3-等作為碳源，通過NH3、NH4+或NO2的氧化獲得能量。硝化反響過程需在好氧條件下進行，以氧作為電子受體。其反響過程可用下式表示：亞硝化反響：NH4++O2+HCO3-NO2-+H2O+H2CO3+亞硝酸菌〔13-2〕2、硝化反響過程硝化反響：NO2-+NH4++H2CO3+HCO3-+O2NO3-+H2O+硝酸菌〔13-3〕總反響：NH4++O2+HCO3-NO3-+H2O+H2CO3+微生物細胞〔13-4〕2、硝化反響過程表13-1列出了亞硝化菌和硝化菌的根本特征。由表可見，亞硝化菌和硝化菌的特征根本相似，但亞硝化菌的生長速率較快，世代期較短，較易適應水質水量的變化和其它不利環(huán)境條件，但水質水量的變化或不利環(huán)境條件較易影響硝化菌。因而當硝化菌的生長受到抑制時，易在硝化過程中發(fā)生NO2-的積累。2、硝化反響過程表13-1亞硝化菌和硝化菌的特征項目亞硝化菌硝化菌細胞形狀橢球或棒狀橢球或棒狀細胞尺寸（μm）1×1.50.5×1.0革蘭氏染色陰性陰性世代期（h）8~3612~59自養(yǎng)性專性專性需氧性嚴格好氧嚴格好氧最大比增長速率（μg/h）0.04~0.080.02~0.06產率系數Y（mg細胞/mg基質）0.04~0.130.02~0.07飽和常數Ks（mg/L）0.6~3.60.3~1.7硝化菌的特點：①硝化菌——亞硝酸菌和硝酸菌的統(tǒng)稱;②硝化菌屬于——化能自養(yǎng)菌，革蘭氏染色陰性，可生芽孢的短桿狀細菌.世代周期長。生物脫氮的硝化過程是在硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉化為硝酸氮。硝化菌是化能自養(yǎng)菌，其生理活動不需要有機性營養(yǎng)物質，它從CO2獲取碳源，從無機物的氧化中獲取能量。而生物脫氮的反硝化過程是在反硝化菌的作用下，將硝酸氮和亞硝酸氮復原為氣態(tài)氮。反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌，它只能在無分子態(tài)氧的情況下，利用硝酸和亞硝鹽離子中的氧進行呼吸，使硝酸復原，所以，環(huán)境因素對硝化和反硝化的影響并不相同。二、生物脫氮過程的影響因素2.1硝化反響的影響因素1．有機碳源硝化菌是自養(yǎng)型細菌，有機物濃度不是它的生長限制因素，故在混合液中的有機碳濃度不應過高，一般BOD值應在20mg/L以下。如果BOD濃度過高，就會使增殖速度較高的異養(yǎng)型細菌迅速繁殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢而不能成為優(yōu)占種屬，嚴重影響硝化反響的進行。2.1硝化反響的影響因素2．污泥齡為保證連續(xù)流反響器中存活并維持一定數量和性能穩(wěn)定的硝化菌，微生物在反響器的停留時間。即污泥齡應大于硝化菌的最小世代時間，硝化菌的最小世代時間是其最大比增長速率的倒數。脫氮工藝的污泥齡主要由亞硝酸菌的世代時間控制，因此污泥齡應根據亞硝酸菌的世代來確定。實際運行中，一般應取系統(tǒng)的污泥齡為硝化菌最小世代時間的三倍以上，并不得小于3~5d，為保證硝化反響的充分進行，污泥齡應大于10d。3．溶解氧氧是硝化反響過程中的電子復體，所以反響器內溶解氧的上下必將影響硝化的進程。一般應維持混合液的溶解氧濃度為2~3mg/L，溶解氧濃度為0.5~0.7mg/L是硝化菌可以忍受的極限。有關研究說明，當DO＜2mg/L，氨氮有可能完全硝化，但需要過長的污泥齡，因此，硝化反響設計的溶解氧濃度≥2mg/L。2.1硝化反響的影響因素3．溶解氧對于同時去除有機物和進行硝化反硝化的工藝，硝化菌約占活性污泥的5%左右，大局部硝化菌將處于生物絮體的內部。在這種情況下，溶解氧濃度的增加將會提高溶解氧對生物絮體的穿透力，從而提高硝化反響速率。因此，在污泥齡短時，由于含碳有機物氧化速率的增加，致使耗氧速率增加，減少了溶解氧對生物絮體的穿透力，進而降低了硝化反響速率；相反，在污泥齡長的情況下，耗氧速率較低，即使溶解氧濃度不高，也可保證溶解氧對生物絮體的穿透作用，從而維持較高的硝化反響速率。所以，當污泥齡降低時，為維持較高的硝化速率，那么相應地提高溶解氧的濃度。2.1硝化反響的影響因素4．溫度溫度不但影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝化菌的活性。硝化反響的適宜溫度范圍是20~30℃。在5~35℃的范圍內，硝化的反響速率隨溫度的升高而加快。但到達30℃時增加幅度減少,因為當溫度超過30℃時,蛋白質的變性降低了硝化菌的活性。當溫低于5℃時，硝化細菌的生命活動幾乎停止。2.1硝化反響的影響因素5．pH值硝化菌對pH值的變化非常敏感，最正確pH值范圍內為7.5~8.5，當pH值低于7時，硝化速率明顯降低，低于6和高于9.6時,硝化反響將停止進行。由于硝化反響中每消耗1g氨氮要消耗堿度7.14g，如果污水氨氮濃度為20mg/L，那么需消耗堿度143mg/L。一般地，污水對于硝化反響來說，堿度往往是不夠的，因此應投加必要的堿量，以維持適宜的pH值，保證硝化反響的正常進行。2.1硝化反響的影響因素6．C/N比在活性污泥系統(tǒng)中，硝化菌只占活性污泥微生物的5%左右，這是因為與異養(yǎng)型細菌相比，硝化菌的產率低、比增長速率小。而BOD5/TKN值的不同，將會影響到活性污泥系統(tǒng)中異養(yǎng)菌與硝化菌對底物和溶解氧的競爭，從而影響脫氧效果。一般認為處理系統(tǒng)的BOD負荷低于0.15BOD5/(gMLSS·d)，處理系統(tǒng)的硝化反響才能正常進行。2.1硝化反響的影響因素7．有害物質對硝化反響產生抑制作用的有害物質主要有重金屬，高濃度的NH4+-N、NOX--N絡合陽離子和某些有機物。有害物質對硝化反響的仰制作用主要有兩個方面：一是干擾細胞的新陳代謝，這種影響需長時間才能顯示出來；二是破壞細菌最初的氧化能力，這在短時間里即會顯示出來。一般來說，同樣的毒物對亞硝酸菌的影響比對硝酸菌的影響強烈。2.1硝化反響的影響因素7．有害物質對硝化菌有抑制作用的重金屬有Ag、Hg、Ni、Cr、Zn等，毒性作用由強到弱，當pH值由較高到低時，毒性由弱到強。而一些含氮、硫元素的物質也具有毒性，如硫脲、氰化物、苯胺等，其他物質如酚，氟化物、CIO4、K2CrO4、三價砷等也具有毒性。一般情況下，有毒物質主要抑制亞硝酸菌的生長，個別物質主要抑制硝酸菌的生長。2.1硝化反響的影響因素3、反硝化作用反硝化反響是由一群異養(yǎng)性微生物完成的生物化學過程。它的主要作用是在缺氧〔無分子態(tài)氧〕的條件下，將硝化過程中產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽復原成氣態(tài)氮〔N2〕。反硝化細菌包括假單胞菌屬、反硝化桿菌屬、螺旋菌屬和無色桿菌屬等。它們多數是兼性細菌，有分子態(tài)氧存在時，反硝化菌氧化分解有機物，利用分子氧作為最終電子受體。在無分子態(tài)氧條件下，反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N5+和N3+作為電子受體。O2-作為受氫體生成H2O和OH-堿度，有機物那么作為碳源及電子供體提供能量，并得到氧化穩(wěn)定。反硝化過程中亞硝酸鹽和硝酸鹽的轉化是通過反硝化細菌的同化作用和異化作用來完成的。異化作用就是將NO2-和NO3-復原為NO、N2O、N2等氣體物質，主要是N2。而同化作用是反硝化菌將NO2-和NO3-復原成為NH3-N供新細胞合成之用，氮成為細胞質的成分，此過程可稱為同化反硝化。3、反硝化作用硝酸鹽復原酶亞硝酸鹽復原酶氧化復原酶

氧化亞氮復原酶

NO3-NO2-NON2O

N2〔13-5〕3、反硝化作用反硝化包括異化反硝化和同化反硝化，以異化反硝化為主,反硝化菌在DO濃度很低的環(huán)境中，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機物作為碳源及電子供體而得到降解。當利用的碳源為甲醇時：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-反硝化反響可使有機物得到分解氧化，實際是利用了硝酸鹽中的氧，每復原1gNO3--N所利用的氧量約2.6g。3、反硝化作用當缺乏有機物時，那么無機物如氫、Na2S等也可作為反硝化反響的電子供體〔1〕反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在缺氧條件下，進行厭氧呼吸，以NO3-—O為電子受體，以有機物的氫為電子供體?！?〕反硝化過程中，硝酸態(tài)氮有二種轉化途徑—同化反硝化〔合成細胞〕和異化反硝化〔復原為N2↑〕，但以異化反硝化為主?！?〕反硝化反響的條件3、反硝化作用反硝化作用是在反硝化細菌參與的條件下，將硝化過程產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽復原成N2的過程。反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物，其反響需在缺氧條件下進行。反硝化過程中反硝化菌利用各種有機基質作為電子供體，以硝態(tài)氮為電子受體而進行缺氧呼吸。從NO3-復原為N2的過程經歷了4步連續(xù)的反響：3、反硝化作用反硝化過程中，反硝化細菌需要有機碳源〔如甲醇〕作為電子受體，利用NO3-中的氧進行缺氧呼吸。其反響過程可表示如下：NO3-+CH3OH+H2CO3N2+H2O+HCO3-+微生物細胞〔13-6〕NO2-+CH3OH+H2CO3N2+H2O+HCO3-+微生物細胞〔13-7〕3、反硝化作用硝化、反硝化反響中氮的轉化表1硝化過程中氮的轉化

表2反硝化反響中氮的轉化氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羥胺NH2OH0+Ⅰ硝?；鵑OH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ

氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ

羥胺NH2OH0N2+Ⅰ

硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—反硝化反響的條件DO<0.5mg/L，一般為0.2～0.3mg/L〔處于缺氧狀態(tài)〕，如果DO較高，反硝化菌利用氧進行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3--O成為電子受體而使N難復原成N2↑。但是反硝化菌體內的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的環(huán)境中生活為宜。BOD5/TN≥3～5，否那么需另投加碳源，現多采用CH3OH，其分解產物為CO2+H2O，不留任何難降解的中間產物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有機碳源一般利用原污水中的有機物。復原1g硝態(tài)氮能產生3.57g堿度，而在硝化反響中，1gNH3-N氧化為NO3--N要消耗7.14g堿度，在缺氧-好氧中，反硝化產生的堿度可補償硝化消耗堿度的一半左右。反硝化過程的影響因素：〔a〕碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有以下三類：一是原污水中所含碳源，對于城市污水，當原污水BOD5/TKN>3~5時,即可認為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇〔CH3OH〕，因為甲醇被分解后的產物為CO2和H2O，不留任何難降解的中間產物；三是利用微生物組織進行內源反硝化?！瞓〕pH：對反硝化反響，最適宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率將大為下降。反硝化過程的影響因素：〔c〕溶解氧濃度：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧同時存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進行呼吸，使硝酸鹽復原。另一方面，反硝化菌體內的某些酶系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反響宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進行，溶解氧應控制在0.5mg/L以下。〔d〕溫度：反硝化反響的最適宜溫度是20~40℃，低于15℃反硝化反響速率最低。為了保持一定的反硝化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時間；降低負荷率；提高污水的水力停留時間。在反硝化反響中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有機碳的多少及其可生化程度。由上述生物脫氮的經典理論可知，含氮化合物的價態(tài)從-3到+5價，經歷了8個電子價位的變化，可涉及9種氮化合物，其中4種為氣態(tài)，5種為離子態(tài)。在電子價位如此廣泛的變化范圍中，假設不同價態(tài)化合物間存在歧化反響，那么可縮短生物脫氮的歷程。由巴茨〔Barth〕開創(chuàng)的傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝為三級活性污泥法流程，它是以氨化、硝化和反硝化3個生化反響過程為根底建立的。其工藝流程如下圖。三、生物脫氮工藝1、傳統(tǒng)生物脫氮工藝傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝〔三級活性污泥法流程〕該工藝流程將去除BOD5與氨化、硝化和反硝化分別在三個反響池中進行，并各自有其獨立的污泥回流系統(tǒng)。第一級曝氣池為一般的二級處理曝氣池，其主要功能是去除BOD、COD，將有機氮轉化為NH3-N，即完成有機碳的氧化和有機氮的氨化功能。第一級曝氣池的混合液經過沉淀后，出水進入第二級曝氣池，稱為硝化曝氣池，進入該池的污水，其BOD5值已降至15~20mg/L的較低水平，在硝化曝氣池內進行硝化反響，使NH3--N氧化為NO3--N，同時有機物得到進一步離解，污水中BOD5進一步降低。硝化反響要消耗堿度，所以需投加堿，以防pH值下降。硝化曝氣池的混合液進入沉淀池，沉淀后出水進入第三級活性污泥系統(tǒng)，稱為反硝化反響池，在缺氧條件下，NO3--N復原為氣態(tài)N2，排入大氣。因為進入該級的污水中的BOD5值很低，為了使反硝化反響正常進行，所以需要投加CH3OH〔甲醇〕作為外加碳源，但為了節(jié)省運行本錢，也可引入原污水充作碳源。為了減少處理設備，根據去除BOD和硝化反響都需在曝氣好氧條件下進行，故可以將三級活性污泥法脫氮工藝中的去除BOD為目的的第一級曝氣池和第二級硝化曝氣池相合并，將BOD去除和硝化兩個反響過程放在統(tǒng)一的反響器內進行，于是就產生了兩級生物脫氮系統(tǒng)。2、二級活性污泥生物脫氮工藝3、缺氧/好氧〔A1/O〕生物脫氮工藝流程為了克服傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程的缺點，根據生物脫氮的原理，在20世紀80年代初開創(chuàng)了A1/O工藝流程，如下圖。生物脫氮工藝將反硝化反響器放置在系統(tǒng)之前，所以又稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有機物作為碳源，將回流混合液中的大量硝態(tài)氮〔NOX--N〕復原成N2，而到達脫氮目的。然后再在后續(xù)的好氧池中進行有機物的生物氧化、有機氮的氨化和氨氮的硝化等生化反響。A1/O工藝主要優(yōu)點：流程簡單，構筑物少，只有一個污泥回流系統(tǒng)和混合液回流系統(tǒng)，基建費用可大大節(jié)省。反硝化池不需外加碳源，降低了運行費用。A1/O工藝的好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機污染物得到進一步去除，提高出水水質。缺氧池在前，污水中的有機碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機負荷。同時缺氧池中進行的反硝化反響產生的堿度可以補償好氧池中進行硝化反響對堿度的需求的一半左右。A1/O工藝的主要缺點：脫氮效率不高，一般為70%~80%。此外，如果沉淀池運行不當，那么會在沉淀池內發(fā)生反硝化反響，造成污泥上浮，使處理水水質惡化。盡管如此，A1/O工藝仍以它的突出特點而受到重視，該工藝是目前采用比較廣泛的脫氮工藝。該工藝可以將缺氧池與好氧池建成合建式曝氣池，中間隔以擋板，前段為缺氧反硝化，后段為好氧硝化。該形式特別便于對現有推流式曝氣池進行改造。合建式A1/O工藝生物除磷主要由一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物完成。該類微生物均屬異養(yǎng)型細菌，能在細胞內貯存聚β羥基丁酸(PHB)和聚合磷酸鹽(Poly-p)。聚β—羥基丁酸酯(簡稱PHB)是一種由微生物在不平衡生長條件下存儲于細胞內的一種天然高分子聚合物，廣泛存在于自然界許多原核生物中。第二節(jié)生物除磷原理及影響因素一、生物除磷原理擬態(tài)弧菌的二個聚-β羥丁酸鹽〔PHB〕顆粒聚磷菌在厭氧池中為優(yōu)勢菌種，構成了活性污泥絮體的主體，它將貯存在細胞中聚合磷酸鹽〔Poly-p〕中的磷通過水解而釋放出來，并提供必需的能量，活性污泥在厭氧階段比其他微生物能更有效地攝取有機底物，并貯存為PHB物質。COD主要在厭氧期間內得到去除，而PHB的含量也在同一時刻到達最高點。而在隨后的好氧池中，聚磷菌所吸收的有機物將被氧化分解，并提供能量，同時能從污水中不斷地、過量地攝取磷，在數量上遠遠超過其細胞合成所需的磷量，將磷以聚合磷酸鹽的形式儲藏在菌體內而形成高磷污泥，并且通過剩余污泥系統(tǒng)排出，因而可獲得相當好的除磷效果。在好氧階段，積累的PHB被作為碳源和能源物質利用來合成細胞物質或者為降解體外有機物質提供能量。聚磷菌的作用機理聚磷菌在厭氧-好氧交替運行的系統(tǒng)中有釋磷和攝磷的作用，使得它在與其他微生物的競爭中取得優(yōu)勢，從而使磷得到有效的去除。因為聚磷菌在厭氧條件下能夠將其體內儲存的聚磷酸鹽分解，以提供能量這樣使之在與其他微生物競爭中，其他微生物可利用的基質減少，從而不能很好地生長。二、生物除磷影響因素1．溶解氧和氧化態(tài)氮溶解氧分別對攝磷和放磷過程影響不同。〔1〕在厭氧區(qū)中必須控制嚴格的厭氧條件，既沒有分子態(tài)氧，也沒有化合態(tài)氧。溶解氧的存在，將抑制厭氧菌的發(fā)酵產酸作用和消耗乙酸等低分子脂肪酸物質；硝態(tài)氮的存在，影響聚磷菌的代謝，也會消耗局部乙酸等低分子脂肪酸物質而發(fā)生反硝化作用，都影響磷的釋放，從而影響在好氧條件下對磷的吸收?！?〕在好氧區(qū)中要供給足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌對PHB的分解和攝磷所需。一般厭氧段的溶解氧應嚴格控制在0.2mg／L以下，而好氧段的溶解氧控制在2.0mg／L左右。2．污泥齡由于生物脫磷系統(tǒng)主要是通過排除剩余污泥去除磷的，因此剩余污泥量的多少將決定系統(tǒng)的脫磷效果。一般污泥齡較短的系統(tǒng)產生較多的剩余污泥，可以取得較高的脫磷效果。短的泥齡還有利于好氧段控制硝化作用的發(fā)生而利于厭氧段的充分釋磷，因此，僅以除磷為目的的污水處理系統(tǒng)中，一般宜采用較短的泥齡。研究說明，當污泥齡為30天時，除磷率為40％，污泥齡為17天時，除磷率為50%，污泥齡降至5天時，除磷率可提高到87%。3．BOD負荷和有機物性質一般認為，較高的BOD負荷可取得較好的除磷效果，有人提出BOD/TP＝20是正常進行生物除磷的低限。不同有機物為基質對磷的厭氧釋放及好氧攝取也有差異。一般低分子易降解的有機物易被聚磷菌吸收、誘導磷釋放的能力較強，而高分子難降解的有機物誘導磷釋放的能力較弱。4．溫度溫度對除磷效果的影響不如對生物脫氮過程的影響明顯，因為在高溫、中溫、低溫條件下，不同的菌群都具有生物除磷的能力，在5～30℃的范圍內，都可以得到很好的除磷效果，但低溫運行時厭氧區(qū)的停留時間要低一些。5．pH值pH值在6～8的范圍內時，磷的厭氧釋放比較穩(wěn)定。pH值低于6時生物除磷的效果會大大下降。廢水生物除磷的工藝流程一般由厭氧池和好氧池組成。A/O〔厭氧—好氧生物除磷〕工藝Phostrip〔旁流除磷〕工藝是兩種根本的生物除磷工藝。三、生物除磷工藝1、厭氧/好氧〔A2/O〕生物除磷工藝A2/O除磷工藝由前段厭氧池和后段好氧池串聯組成；前段為厭氧池，城市污水和回流污泥進入該池，并借助水下推進式攪拌器的作用使其混合。回流污泥中的聚磷酸在厭氧池可吸收去除一局部有機物，同時釋放出大量磷。然后混合液流入后段好氧池，污水中的有機物在其中得到氧化分解，同時聚磷菌將不斷地、超量地攝取污水中的磷，然后通過排放高磷剩余污泥而使污水中的磷得到去除。好氧池在良好的運行狀況下，剩余污泥中磷的含量在2.5%以上，整個A2/O工藝的BOD5去除率大致與一般活性污泥法相同，而磷的去除率為70%~80%，處理后出水的磷濃度一般都小于1.0mg/L。A2/O除磷工藝流程圖A2/O生物除磷工藝的主要特點1、工藝流程簡單。2、厭氧池在前、好氧池在后，有利于抑制絲狀菌的生長?；旌弦旱腟VI小于100，污泥易沉淀，不易發(fā)生污泥膨脹，并能減輕好氧池的有機負荷。3、在反響池內，水力停留時間較短，一般厭氧池的水力停留時間為1~2h，好氧池的水力停留時間為2~4h，總共為3~6h。厭氧池/好氧池的水力停留時間之比一般為1:〔2~3〕。A2/O生物除磷工藝的主要特點4、剩余活性污泥含磷率高，一般為2.5%以上，故污泥肥效好。5、除磷率難于進一步提高。當污水BOD濃度不高或含磷量高時，那么P/BOD5比值高，剩余污泥產量低，使除磷率難于提高。6、當污泥在沉淀池內停留時間較長時，那么聚磷菌會在厭氧狀態(tài)下產生磷的釋放，從而降低該工藝的除磷率，所以應注意及時排泥和使污泥回流。2、Phostrip除磷工藝Phostrip工藝是由Levin在1965年首先提出的。該工藝是在回流污泥的分流管線上增設一個脫磷池和化學沉淀池而構成的。該工藝將A2/O工藝的厭氧段改造成類似于普通重力濃縮池的磷解吸池，局部回流污泥在磷解吸池內厭氧放磷，污泥停留時間一般為5~12h，水力外表負荷應小于20m3/〔m2·d〕。經濃縮后污泥進入缺氧池，解磷池上層清液含有高濃度的磷〔可高達100mg/L以上〕，將此上層清液排入石灰混凝沉淀池進行化學處理生成磷酸鈣沉淀，該含磷污泥可作為農業(yè)肥料，而混凝沉淀池出水應流入初沉池再進行處理。Phostrip工藝不僅通過高磷剩余污泥除磷，而且還通過化學沉淀除磷。該工藝具有生物除磷和化學除磷雙重作用，所以Phostrip工藝具有高效脫氮除磷功能。Phostrip工藝流程圖Phostrip工藝受外界條件影響小，工藝操作靈活，脫氮除磷效果好且穩(wěn)定。但該工藝存在流程復雜、運行管理麻煩、處理本錢較高等缺點。1、Bardenpho工藝Bardenpho工藝是在A1/O脫氮工藝的根底上又增設了一個缺氧段Ⅱ和好氧段Ⅱ，所以該工藝又稱四段強化脫氮工藝。增設的缺氧段Ⅱ能對從好氧段Ⅰ流入的混合液中的NO3--N在反硝化菌作用下進行反硝化脫氮，使該工藝的脫氮率高達90%~95%，而增設的好氧段Ⅱ能提高出流混合液中的DO濃度，防止在沉淀池內因缺氧產生反硝化，干擾污泥的沉降，從而改善了沉淀池中污泥的沉降性能。第三節(jié)廢水同步脫氮除磷工藝Bardenpho工藝流程圖原污水進入缺氧池Ⅰ，從好氧池Ⅰ流出的含硝態(tài)氮的混合凝回流至缺氧池Ⅰ，回流污泥也流入缺氧池Ⅰ，在此進行反硝化脫氮。然后厭氧池流出的混合液進入好氧池Ⅰ，在此主要進行BOD去除與氨氮的硝化。由于好氧池Ⅰ的BOD濃度還比較高，硝化菌受到異養(yǎng)微生物的抑制，故硝化程度較低，產生的NO3--N較少。另外由于NOX--N沒有得到有效的去除，所以，攝磷的效果也不會太好?；旌弦哼M入缺氧池Ⅱ，在該池進行脫氮，然后再進入好氧池Ⅱ進行硝化，同時進一步去除BOD。最后混合液流入沉淀池進行泥水別離，上層清液被排放，沉淀下來的高磷污泥一局部作為回流污泥回流至厭氧池Ⅰ，另一局部作為剩余污泥排出。由此可見，BOD去除、硝化、反硝化等生化反響在該工藝流程中都反復進行了二次或二次以上，所以，Bardenpho工藝的脫氮效果好，但除磷效果差，同時這種工藝還存在反響池多、工藝與運行復、處理本錢高等缺點。2、Phoredox脫氮除磷工藝〔改進Bardenpho工藝〕四段Berdenpho工藝脫氮率高，但除磷效果差，為了提高除磷率，Phoredox工藝在Bardenpho工藝的根底上，在第一個缺氧池前增加了一個厭氧段。Phoredox工藝流程圖Bardenpho工藝本身也具有同時脫氮除磷的功能，但Phoredox工藝在缺氧前增設了一個厭氧池，保證了磷的釋放，從而保證了在好氧條件下有更強的吸收磷的能力，提高了除磷的效率。最終，好氧段〔Ⅱ〕為混合液提供短暫的曝氣時間，也會降低二沉池出現厭氧狀態(tài)和釋放磷的可能性。Phoredox工藝的泥齡較長，一般設計值取10~20d，為到達污泥穩(wěn)定，泥齡值還可取得更長，從而增加了碳氧化的能力。Phoredox工藝的缺點是污泥回流攜帶硝酸鹽回到厭氧池會對降磷有明顯的不利影響，且受水質影響較大，對于不同的污水，除磷效果不穩(wěn)定。3、厭氧—缺氧—好氧生物脫氮除磷工藝〔A2/O工藝〕A2/O工藝是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文縮寫，它是厭氧—缺氧—好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱，A2/O工藝于70年代由美國專家在厭氧-好氧除磷工藝〔A2/O工藝〕的根底上開發(fā)出來的，該工藝同時具有脫氮除磷的功能。該工藝在厭氧-好氧除磷工藝〔A2/O工藝〕加一缺氧池，將好氧池流出的一局部混合液回流至缺氧池前端，以到達硝化脫氮的目的。A2/O生物脫氮除磷工藝流程圖在首段厭氧池主要是進行磷的釋放，使污水中P的濃度升高，溶解性有機物被細胞吸收而使污水中BOD濃度下降；另外NH3--N因細