废水的生物脱氮除磷新工艺的设想

收稿日期:2002—10—03

作者简介:付春平(1975—),女,黑龙江肇州人,重庆大学2001级在读硕士,研究方向为水污染控制理论与技术。

废水的生物脱氮除磷新工艺的设想

付春平1,钟成华2,邓春光2

(1.重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;2.重庆市环境科学研究院,重庆400020)

摘　要:结合废水生物脱氮除磷机理和影响因素,在对几种典型脱氮除磷工艺氮、磷去除率进行比较的基础上,解析了一些典型工艺除氮除磷不足之处。根据重庆城市污水水质实际情况和地形的特点,设想一种新的生物脱氮除磷工艺,从而弥补传统工艺的不足。可望提高系统的脱氮和除磷效率,达到更好的脱氮除磷的目的,减少对水体的污染。

关键词:生物脱氮除磷;新工艺;设想

中图分类号:X 522 文献标识码:A 文章编号:1001-2141(2003)-0039-04

随着工业的发展,人民生活水平的提高,城市污水产生量逐日增加,由于城市排水系统的不完善,成分较为复杂的城市综合污水,造成环境污染。重庆地处长江三峡库区,氮磷等营养元素大量入库,将对库区的生态环境造成威胁。因此,探讨和研究适合三峡库区的脱氮除磷实用技术,防止水库富营养化,是十分必要的。

1　水体富营养化状况评价指标

通常水体富营养化指标主要是氮、磷、叶绿素、透

明度、高锰酸钾等指数。一般认为水体中氮、磷为主要控制因素,当总磷浓度高于0.02m g L ,总氮浓度高于0.2～0.5m g L ,即被视为水体富营养化。

2　生物脱氮除磷的基本原理及其影响因素

2.1　生物脱氮的基本原理2.1.1　氨化反应

有机氮化合物在氨化细菌的作用下分解,转化为

氨态氮,这一过程称为“氨化反应”。以氨基酸为例,其反应式为:

RCHN H 2COOH +O 2

氨化菌

RCOOH +CO 2+

N H 3

2.1.2　硝化反应

在硝化细菌的作用下,氨态氮进一步分解、氧化,

就此分两个阶段进行。首先,在亚硝化细菌的作用下,使氨(N H +4)转化为亚硝酸氮,反应式为:

N H +

4+3

2O 2亚硝化菌

NO -2+2H 2O +2H +

-∃F

(∃F =278.42KJ )

亚硝酸氮在硝酸菌的作用下,进一步转化为硝酸氮,其反应式为:

NO -2+1

2O 2硝化菌

NO -3-∃F

(∃F =72.27KJ )

硝化反应总反应式为:

N H +

4+2O

2NO -3+H 2O +2H +

-∃F

(∃F =351KJ )

2.1.3　反应正常进行应保持的环境条件

①耗氧条件,满足“硝化需氧量”的要求并保持一定的碱度。

②混合液中有机底物含量不应过高,BOD 5值应在15～20m g l 以下。2.1.4　进行硝化反应应当保持的各项指标

①溶解氧:在进行硝化反应的曝气池内,溶解氧含量不能低于1m g L 。

②温度:硝化反应的适宜温度是20～30℃以下,15℃时硝化速度下降,5℃完全停止。

③pH 值:最佳pH 值为8.0～8.4。④生物固体平衡停留时间:一般对(Ηc )N 的取值,至少为硝化菌世代时间的2倍以上,温度低,(Ηc )N 取值应明显提高。

⑤重金属及有害物质:重金属,高浓度的N H +4-N ,NO -x N 有机物及络合阳离子等对硝化反应产生抑

制作用。

2.1.5　反硝化

反硝化反应是指硝酸氮(NO -3-N )和亚硝酸氮(NO -2-N )在反硝化菌的作用下,被还原为气态氮(N 2)的过程。

第25卷　第2期

重　庆　环　境　科　学

2003年2月

2.1.6　影响反硝化反应的环境因素

①碳源:一般认为当废水中BOD 5 T -N 值>3～5时,反硝化反应速率较高。

②pH 值:反硝化反应pH 值控制在6.5～7.5,在这个pH 的条件下,反硝化速率最高。③溶解氧:反硝化反应易在厌氧、好氧交替的环境条件下进行,溶解氧应控制在0.5m g l 以下。

④温度:反硝化反应的适宜温度是20～40℃。2.2　生物除磷基本原理及影响因素

所谓生物除磷,

是利用聚磷菌一类的微生物,能够过量地、在数量上超过其生理需要的、从外部环境摄取磷,并将磷以聚合物的形态贮藏在菌体内,形成富磷污泥。排出系统外,达到废水中除磷的效果。2.2.1　聚磷菌磷的过剩摄取

在好氧条件下,聚磷菌营有氧呼吸,不断的氧化体内储存的有机底物。同时也不断从外部环境向其体内摄取体内有机底物,由于氧化分解,又不断的放出能量。能量为AD P 所获得,并结合H 3PO 4而合成A T P (三磷酸腺苷)。即:

AD P +H 3PO 4+能量

A T P +H 2O

H 3PO 4除一小部分是聚磷菌分解其体内聚磷酸盐

而取得的外,大部分是聚磷菌将外部环境中的H 3PO 4摄入体内的。摄入的H 3PO 4一部分用于合成A T P ,另一部分则用于合成聚磷酸盐。2.2.2　聚磷菌磷的释放

在厌氧的条件下,聚磷菌体内的A T P 进行水解,放出H 3PO 4和能量,形成AD P ,即:

A T P +H 2O AD P +H 3PO 4+能量

这样,聚磷菌具有在好氧条件下,过剩摄取H 3PO 4,在厌氧条件下释放出H 3PO 4的功能。2.2.3　影响因素

①溶解氧:厌氧段的DO 的浓度及硝酸盐的浓度对磷的厌氧释放影响很大,当DO <0.15m g L 时,就会出现磷释放现象;当DO <0.3m g L 时,释放效果较好;当硝酸盐浓度低于2.0m g L 以上时,对磷的释放影响不大;当DO 达到0.8～1.0m g l 以上时,才会出现较好的吸收效果。

②pH 值:对于生产实际来说,厌氧的pH 值可以保持在6.5以上。

③释放效果对吸收的影响:一般认为,释放效果越好,吸收效果越好,但这种释放必须是在有效释放为前提。

④其它影响因素:温度,有毒物质等因素对除磷也有影响。

3　传统生物脱氮除磷工艺

3.1　几种典型的脱氮除磷工艺

生物除磷:A O ,A 2

O 、B ardenpho 、U CT 、

Pho redox 、A P 等除磷工艺。

生物脱氮:A O 、A 2 O 、B ardnpho 、U CT 、

Pho redox 、改进的AB 、T ETRA 深床脱氮、SBR 、2000型氧化沟等脱氮工艺。

3.2　几种典型脱氮除磷工艺氨、磷去除率的比较见表1。

表1　典型脱氮除磷工艺氮、磷去除率比较

脱氮除磷工艺

T P 去除率TN 去除率备 注

A O 76%

75%出水含磷难于达标A 2 O 80%～95%61%产生污泥释磷现象

Bardenpho 97%

90%～95%

工艺复杂,成本高,运行繁琐

U CT 由A 2 O

改进运行成本高于A 2 O

Pho redox 70%～

80%

82%～97%污泥含磷高,产生二次污染

A P

由A O

改进

运行成本高于A O

改进AB

70%

80%需加药剂

T ETRA 深床

脱氮

未检出

90%运行烦琐,水温要求严格SBR

65%55%要求自动化程度高

2000型氧化沟

60%～80%

80%

脱氮除磷有待进一步研究

3.3　脱氮除磷率低的原因简析

3.3.1　回流污泥中携带的硝酸盐抑制了厌氧条件下

磷的释放。

由于聚磷菌,硝化菌,反硝化菌及其他多种微生物共同生长在一个系统内,并在整个系统内循环。使得从好氧段回流的污污中含有大量的硝酸盐,造成厌氧段中反硝化菌与聚磷菌对底物形成竞争。使聚磷菌无法得到足够的短链脂肪酸(SCFA S )进行充分释磷,从而除磷效率会降低。

3.3.2　脱氮与除磷之间存在矛盾

产生这一矛盾的原因是实现不同功能的微生物均不能在各自最佳的生长条件下生长。由于不同的微生物均参与到系统的循环中,因此在系统内要达到所有微生物的最佳生长条件是不可能的事。好氧段中要实现硝化作用,必然维持较高的硝化菌数量,要求在较长泥龄下运行。而除磷是通过排泥实现,这就要求采用短泥龄来增加剩余污泥排放量。因此短泥龄下运行时可以获得较高的除磷效率。在运行泥龄上,各种工艺在脱氮与除磷之间存在矛盾。

3.3.3　硝化与反硝化,有机物降解之间存在矛盾

4　重　庆　环　境　科　学 25卷