污水除磷脱氮与磷回收技术_唐志坚
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agriculture. But the wastewater which contains a lot of phosphorus has some bad influence on environment.
Wastewater treatment with the technologies of phosphorus and nitrogen removal can make phosphorus recovery ef-
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cess) 活性污泥法是一种强化生物除磷脱氮工艺,是 对 A2/O 工艺的改进,改进之处为污泥回流到缺氧区
而不是厌氧区,在缺氧区和厌氧区之间提供了第二 套混合液回流。其流程图见图 4。
图 4 UCT 工艺简易流程图 Fig.4 Flow chart of UCT process
UCT 工艺中的活性污泥直接回流到缺氧池,在 缺氧池中能充分去除回流污泥中的硝酸盐,然后再 回流到厌氧池,这样就能降低厌氧池内硝态氨的负 荷,使厌氧池释放磷的效率大大提高,厌氧区的功 效得到最大发挥,从而强化了系统的除磷效果。 1.2.4 SBR 工艺 该工艺是一种间歇运行的循环 式活性污泥法,通过改变运行方式,合理分配曝气 阶段和非曝气阶段的时间,创造交替运行的厌氧好 氧条件,实现生物除磷脱氮。
图 3 五阶段 Phoredox 工艺流程图 Fig.3 Flow chart of five phase Phoredox process
Phoredox 工艺在 Bardenpho 工艺缺氧池前增设 厌氧池保证了磷的释放,从而保证在好氧条件下有 更强的吸收磷的能力,提高了除磷的效率。最终好 氧段为混合液提供短暂的曝气时间,会降低沉淀池 出现厌氧状态和释磷的可能性。且该工艺的泥龄较
2.2 磷回收技术
2.2.1 沉淀法 生物除磷的基本原理是利用聚磷 菌过量摄取废水中的磷,以聚磷酸盐的形式积累于 细胞内,然后作为剩余污泥排出。因此,在除磷过程 中,能产生高浓度溶解性磷酸盐的污泥。在生物除 磷脱氮的污水处理厂内,浓缩池和消化池等存在厌 氧状态的构筑物内富磷上清液的含磷浓度每升能 达 到 几 十 毫 升 ,通 过 添 加 铝 盐 、铁 盐 、镁 盐 和 石 灰 等,生成鸟粪石、Ca(3 PO4)2、AlPO4、磷溶酸铁等沉淀 从而将磷分离出来。
好氧池:通过采用较高污泥负荷和较短泥龄, 使好氧池内的硝化反应不完全,同时也创造了适合
聚磷菌生长的环境,经好氧处理后出水中基本为少 量溶解性的难生物降解有机物。
曝气生物滤池:沉淀池出水中有机物含量很 低,因而滤池内硝化细菌的浓度较高,同时硝化细 菌因处于专性好氧状态而大大增强了硝化效果。同 时,曝气生物滤池具有一定的过滤作用,从而改善 了出水水质。
本工艺是最简单的同步除磷脱氮工艺,总的水
力停留时间较小;在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条 件下,丝状菌难于繁殖,避免了污泥膨胀的产生; SVI 值一般小于 100,利于处理后泥水的分离;运行 中在厌氧和缺氧段只需轻缓搅拌,运行费用低。由 于厌氧、缺氧和好氧 3 个区严格分开,有利于不同 微生物菌群的繁殖生长,因此,除磷脱氮效果较好[4]。 1.2.2 Bardenpho、Phoredox 工 艺 Bardenpho 工 艺 循环利用内碳源,又称 A/O- A/O 工艺,常用的主要 有四阶段 Bardenpho 工艺和改进后的五阶段 Phoredox 工艺。
2 磷的回收及方法
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2.1 磷回收的意义
自然界的物质循环中,P 和 N 最大的不同在于 P 是不可再生资源。大部分 P 通过土壤流失、动物排 泄、人类生活及代谢活动、动植物尸体腐烂等作用, 最终会汇集到河流、湖泊和海洋,部分以磷酸盐的 形式沉淀下来,形成底泥。P 的流失从资源上来说是 一种浪费,如果不采取回收措施,最终会造成磷矿 枯竭;从环境保护上来说,P 的流失会加重自然环境 的负担,最终会破坏环境。
fectively; also can solve the problem of the waterboby eutrophication.
Key words: removal of phosphorus and nitrogen;PAOs;phosphorus recovery
磷作为一种不可再生的资源,在物质循环和社 会发展中起着重要的作用。但污水中磷的过量排放 会引起水体富营养化问题。因此,世界各国为保护 有限的水资源,不断研究和开发高效、经济的污水 生物除磷脱氮工艺。同时,选择合适的方法,有效回 收磷资源,越来越受到世界各国学者与政府的高度 重视。
本工艺称为厌氧 - 缺氧 - 好氧法。其流程见图 1。
进水 厌氧池
缺氧池
好氧池
沉淀池
出水
混合液回流
活性污泥回流 图 1 A2/O 流程简图 Fig.1 Flow chart of A2/O process
污水和从沉淀池排出的含磷污泥一同进入厌 氧池,在厌氧池中主要进行磷的释放以及将部分有 机物进行氨化。从厌氧池出来的混合液进入缺氧反 应器,本反应器的首要功能是脱氮,硝态氨是通过 混合液回流由好氧反应器送来的。最后一阶段为好 氧反应器 - 曝气池,在此反应器中主要进行去除 BOD,硝化和磷的吸收。反应后,混合液中含有 NO3- N,污泥中含有过剩的磷,而污水中的 BOD (COD)则得以去除。
长,从而增加了碳氧化的能力;但由于污泥回流携 带硝酸盐回到厌氧池会对除磷有明显的不利影响, 且受水质影响较大,对于不同的污水除磷效果不稳 定[5 ]。 1.2.3 UCT 工艺 UCT(University of Cape Town Pro-
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SBR 工艺性能良好,操作灵活。但传统的 SBR 工艺用于生物的同时脱氮、除磷时,效果并不理想。 主要由于传统 SBR 工艺在考虑了进水基质浓度及 有毒有害物质对处理效果的影响时,采用了比较灵 活的进水方式,如非限量曝气等。这不仅影响到磷
的释放,还将影响硝态氨的反硝化作用而影响脱氮 效果。所以对除磷脱氮效果不好。 1.2.5 双污泥系统 传统的除磷脱氮工艺大多采 用的是单污泥系统,但存在硝化和除磷泥龄之间的 矛盾,为了解决这一问题,近年来,研究出一种新的 除磷脱氮工艺 - 双污泥除磷脱氮工艺(PASF)。
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然后在好氧阶段聚磷菌进行有氧呼吸,利用
被氧化分解所获得的能量,大量吸收在厌氧阶段释
放的磷和原污水中的磷,完成磷的过渡积累和最后
的过量吸收,在细胞体内合成聚磷酸盐而储存起来,
从而达到去除磷的目的。
1.2 除磷脱氮工艺
1.2.1 A- A- O 工艺 也称 A2/O 工艺,从实质来讲,
图 5 双污泥除磷脱氮工艺流程图 Fig.5 Flow chart of PASF process
厌氧池:主要进行有机物的吸附或降解及反硝 化聚磷菌的厌氧释磷。
缺氧池:反硝化聚磷菌 (DPB) 利用体内的聚 β-羟基丁酸酯(PHB)进行反硝化,同时利用回流 污水中的 NO3- 为电子受体进行吸磷,PHB 被 DPB 同时用于反硝化和吸磷作用,从而提高了易降解有 机物的利用率,改善了除磷脱氮效果。
生物除磷法是利用聚磷菌一类的微生物,能够 过量地从外部环境中摄取磷,并将磷以聚合的形态 贮藏在菌体内,形成高磷污泥,排出系统外,达到从 污水中除磷的效果[ 1 ]。其基本过程是[ 3 ]:
首先,活性污泥处于短时间的厌氧状态,此时 聚磷菌把储存的聚磷酸盐进行分解,提供能量,释 放磷(即聚磷菌体内的 ATP 水解,放出 H3PO4 和能 量,形成 ADP),使污水中磷含量升高。
四阶段 Bardenpho 工艺(图 2)中污水首先进入 第一缺氧池主要完成反硝化脱氮和污泥对磷的释 放;第一好氧池进行 BOD 去除、硝化及聚磷菌对磷 的吸收。此段除氮可占总去除量的 70%左右;第二 缺氧池反硝化菌利用混合液中的内源代谢物进一 步反硝化脱氮,并再次释放磷;第二好氧池进一步 完成吸磷过程,并吹脱反硝化产生的 N2,从而改善 污泥沉降性能。四阶段 Bardenpho 工艺脱氮效率很 高(90%~95%),但缺氧池内释磷受抑制,除磷效果 不明显[5 ]。
问题。
关键词:除磷脱氮;聚磷菌;磷回收
中图分类号:X703.1
文献标识码:A
Technologies of phosphorus and nitrogen removal from wastewater and phosphorus recovery
TANG Zhi-jian,XU Zhi,ZHU Bu-zhou,XU Guo-fu,ZHANG Lei
文章编号:1002-1124(2009)06-0047-04
综
污水除磷脱氮与磷回收技术
述 唐志坚,徐 智,朱步洲,徐国富,张 磊
(解放军理工大学 工程兵工程学院,江苏 南京 210007)
摘 要:磷作为一种不可再生资源,在现代工农业生产中起着重要的作用。但污水中大量 P 元素的排放,
对环境造成了一定的影响。采用除磷脱氮工艺处理污水,不但可以有效回收磷,而且可以解决水体富营养化
(Engineering Institute of Engineer Corps,PLA Univ. of Sci. & Tech.,Nanjing 210007,China)
Abstract: Phosphorus is a kind of unrenewable resource, it plays an important part in modern industry and
其流程图见图4uct工艺中的活性污泥直接回流到缺氧池在缺氧池中能充分去除回流污泥中的硝酸盐然后再回流到厌氧池这样就能降低厌氧池内硝态氨的负荷使厌氧池释放磷的效率大大提高厌氧区的功效得到最大发挥从而强化了系统的除磷效果
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化学工程师 Chemical Engineer
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水体中的磷主要来源于生活污水、工业废水。 因此,为控制水体的富营养化,污水处理厂必须采 用相应的除磷工艺。
收稿日期:2009-02-23 作者简介:唐志坚(1964-),男,湖南人,副教授,毕业于解放军理工
大学工程学院,主要从事污水处理研究工作。
1.1 污水除磷原理
污水除磷法分为化学除磷法和生物除磷法。前 者主要是使磷成为不溶性的固体沉淀物,从污水中 分离出去;后者是使磷以溶解态为微生物所摄取,与 微生物成为一体,并随同微生物从污水中分离出去。
双污泥系统是活性污泥法与生物膜法的一种 结合。前段为活性污泥法,主要由厌氧池、缺氧池、 好氧池和沉淀池组成;后段为生物膜法,主要采用 曝气生物滤池。系统中污水回流是将生物滤池中的 出水回流至缺氧池内,以保证脱氮效果;污泥回流 是沉淀池内的污泥部分回流到厌氧池,其余富含磷 的污泥排掉[6]。其工艺流程图见图 5。
1 污水除磷脱氮工艺分析
随着城市人口的集中和工农业的发展,水体的 富营养化问题日益突出。磷是引起水体富营养化的 主要因素, 水体中 TP 浓度大于 0.02mg·L-1 时,水中 的藻类就会疯长,即被视为富营养化水体。富营养 化状态下的水体不仅水味难闻,而且水中的藻类能 分泌、释放有毒物质,威胁到动物和人类的健康。富 营养水体作为水源时,会给净水厂带来一系列问题, 影响其供水水质和增加制水成本。
化学除磷法主要是通过投加混凝剂与废水中的 磷酸盐生成难溶沉淀物,将磷分离去除,同时,形成 的絮凝体对磷也有吸附作用。常用的混凝剂有石灰、 明矾、氯化铁等[ 1 ]。
化学除磷法的优点是除磷效率较高,且稳定可 靠,不易造成二次污染,但运行费用高,产泥量大, 不利于后期的污泥处理。然而,生物除磷法可避免 化学除磷法中出现的大量化学污泥,减少活性污泥 的膨胀现象,且运行费用较低,还可在除磷同时除 去废水中有机物。因此,生活污水常用生物除磷法 进行除磷[2 ]。
改进后的五阶段 Phoredox 工艺是在 Bardenpho 工艺第一缺氧池前增加了一个厌氧池,工艺流程如 图 3 所示。这样污泥回流至厌氧池,混合液回流至第 一缺氧池,因而厌氧池内聚磷菌在此顺利完成释磷。
图 2 四阶段工艺流程图 Fig.2 Flow chart of four phase Bardenpho process