水质特性与Dephanox工艺脱氮除磷_马华辉

摘 要 : 结合 Dephanox 工艺的流程及特点 , 从基质类型和 C/ N 比 及 C/ P 比两 方面对 Dephanox 工艺 脱氮除 磷效果 进行 了分析 , 对 Dephanox 工艺存在的问题进行 了探讨 , 提出该工艺有待解决的研究课题 。 关键词 : Dephanox 工艺 , 生物脱氮除磷 , 反硝化聚磷 中图分类号 : T U 992. 3 近年来一些研 究表 明 , 通过 厌氧环 境和 缺氧环 境的 交替 , 某 些聚磷菌可以进行反硝化聚磷 [ 1] , 即所谓的 反硝化聚磷 菌。这类 菌被证明和厌氧 / 好氧交替环境下的 聚磷菌有极 为相似的 代谢特 - 4] 征[ 2 和强化生物除磷性能。 针对生物脱氮 和除 磷的 泥龄、 硝酸 盐和碳 源问 题 , 结合 反硝 化聚磷理论 , Wanner( 1991 年 ) 和 Jenicek 等 ( 1993 年 ) 率先提 出双 泥反硝化 聚 磷 工 艺 , 此 工 艺 后 被 Bortone 等 ( 1996 年 ) 称为 De phano x 工艺。 K uba[ 1] 也提 出 了与 Dephanox 工艺 相近 的 A2 N 脱 氮除磷工艺。它们都是建立在典型的反硝化聚磷基础上的生物脱 氮除磷工艺 , 力图解决传统生物脱氮除磷工艺中的碳源等问题。 文献标识码 : A 争 NO3 -- N , 将导致吸 磷不 完全 而使 出水 的磷 含量 较高 ; 若 C/ N 值较低 , 则有可能因 N O3 - N 过量 而造 成反 硝化不 彻底 , 从 而使 出水 NO 3-- N 浓度偏高。
与传统的单泥生物脱氮除磷系统相比 , Dephanox 工艺力图 : 1) 通过 一碳两用 , 可以避免生 物聚磷和生 物脱氮对 有机底 物的竞争 , 在污水 COD/ T KN 比低时 , 来保证良好的除磷效果 ; 2) 解决 了同一活性污 泥中 要世代 时间 短的 有机营 养菌 与世 代时间长的硝化细菌共存的矛盾 , 使 得自养硝化 菌和异养 的聚磷 菌、 脱氮菌都能在各自最佳的泥龄下生长。
收稿日期 : 2007 -04 -21
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作者简介 : 马华辉 ( 1979 - ) , 女 , 西安建筑科技大学环境与市政工程学院环境工程专业硕士研究生 , 陕西 西安 袁林江 ( 1966 - ) , 男 , 教授 , 西安建筑科技大学环境与市政工程学院 , 陕西 西安 710055
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C/ N 比实 际 上 就 是 控 制 了 系 统 中 反 硝 化 菌 和 反 硝 化 除 磷 菌 ( DPB) 这两类菌的优势生长。
1 双泥反硝化生物脱氮除磷工艺
Dephanox 流程见图 1。进水和回流 污泥首 先进入 厌氧池 , 反 硝化聚磷菌 ( DPB) 释放磷并吸收 VFAs, 在细胞内把 VFAs 转化为 PHB; 随后混合液进 入中 间沉淀 池进 行泥水 分离 , 上 清液 则 进入 生物膜硝化 池 , 污 泥则 进入 缺氧 池 ; 在缺 氧池 , 污 泥中 的 DPB 以 来自生物膜硝化池硝化液中的 N O3- - N 为电子受体 , 以其 自身细 胞内的 PHB 为电子供体 , 进行脱氮并超 量摄取 污水中 的磷 , 在细 胞内再重新合成聚磷。缺 氧池 的混合 液再 进入 短时快 速曝 气池 内 , 残留的氨、 有机物和磷被进一步氧化和摄取 , 保证出 水水质。
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V ol. 33 N o. 28 O ct. 2007
文章编号 : 1009 -6825( 2007) 28 -0020 - 02
水质特性与 Dephanox 工艺脱氮除磷
马华辉 袁林江
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2. 2 对氮磷去除的影响
在双泥反硝化 脱氮 除磷工 艺中 , 要 实现氮 磷的 同时去 除 , 关 键是在 厌氧阶段反硝化聚磷菌能够获得污 水中的有 机物 , 然后在 缺氧段以此有机 物为供氢 体还 原硝酸 盐获 得能量 来摄 取磷 酸盐 来合成 聚磷。对 磷的 去除 , 实 际上 是利 用 D PB 内源 反硝 化聚 磷 的 , 进水水质包括碳源种类以及碳氮 磷比都对该 工艺脱氮 聚磷效 果有重大影响。 1) 基质种类。 生物除磷程度同低分 子基质量直接有关 , 这类基质 是常规微 生物在 厌氧条件下不能利用的发酵终产物 , 但它 们却能被 贮磷微 生物在 厌氧状态吸 收和 贮存。 R abinow ing 发现 磷的 释放 量和 释 放速率受基质类型的 影响。每 一种基 质可 以释放 的磷 量按 递减 次序排列为 : 乙酸钠、 丙酸、 葡萄糖、 乙酸、 丁酸。根据 基质与 贮磷 微生物混合后出现的响应方式 , G erber 等 人把能诱导 磷释放 的基 质划分 成三类 : A 类 : 乙酸、 甲酸 和丙酸等低 分子有机 酸 ; B 类 : 乙 醇、 柠檬酸、 甲醇和葡萄糖 等 ; C 类 : 丁 酸、 琥珀酸 等。这三类 基质 都属于快速生物降解 CO D。 - 4] 研究表明 , 反硝化聚磷菌和一般的好 氧聚磷菌性 质类似 [ 2 。 有研究表明 , 以 乙酸钠、 丁 酸、 葡萄糖 和甲醇四种易生物 降解的有 机物为碳源 , 在以厌氧 / 缺氧 SBR 方式运行的条件下 , 乙酸钠释磷 量最大 , 丁酸吸收磷效果最好。有些有机物如甲醇转 化为 A 类基 质的速率比较慢 , 释放 磷量 也较少 , 但 后续 的缺氧 段氮 的去 除可 能很好 , 因为甲醇是一种较理想的反硝化碳源物质 。 2) C/ N 和 C/ P 比。 同厌氧/ 好氧生物除磷相类似 , 厌氧段 可降解的 CO D 的 充足 与否对 Dephanox 工艺反硝化除 磷的效 果有很大影 响。李 勇智等 在研究厌氧 / 缺氧 SBR 时发现 , 当进水磷酸盐磷浓度为 9. 12 mg/ L , 缺氧 阶 段 投加 硝 态 氮 浓度 为 44. 2 mg/ L, 进 水 COD 浓 度 小 于 180 mg/ L 时 , 进水 CO D 浓度越高 , 除磷效率越好 ; 但当进 水 COD 浓度大于 180 mg/ L 时 , 磷的去除效果变差。 丁彩娟等的研究表明 , 当缺 氧段进 水硝 态氮为 20 mg / L 时 , 进水 COD 浓度在 220 mg/ L ~ 300 mg/ L , 可以获得很好的 除磷效 果。从上面的研 究可以发现 : 对 Dephanox 工艺 来说 , 在其他 条件 一定的情况下 , 当 COD 浓度小于某 个范围 , 此浓度越 大除磷 效果 越好 ; 超过这个范围 , 除磷效果反而变差。 因为 Dephanox 工艺中反硝化除磷包括厌 氧释磷 和缺氧 吸磷
2 双泥反硝化生物脱氮除磷工艺对氮磷的去除与影响 2. 1 对氮磷的去除
一般来说 , 对 NH 4 - N 的去除取决于硝 化情况。在实 际运行 中发现即使硝化情 况很 好 , 缺氧 池 NH 4 +- N 浓度仍 可能 很高 , 导 致出水 NH 4+ - N 浓度难以降 低。经研 究发 现出 水 NH 4 +- N 浓度 不仅与硝化池的硝 化能 力有 关 , 还与超 越污 泥比、 污泥 沉降 性有 很大关系。超越污 泥比 大 , 进入 缺氧池 的 N H 4+- N 浓度 就高 , 出 水 NH 4 +- N 浓 度 也 不低。 而 N O3- - N 在缺 氧 池 的 去 除 效 果 受 C/ N 的影响。若 C/ N 比 较高 , 常 规反 硝化 菌和 反硝 化聚 磷菌 竞
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两个过程 , 所以 厌氧区 磷的释 放量和 CO D 的 变化量 与其去 除磷 的效果有一定的关系。研 究者 们对厌 氧区 内乙 酸盐与 磷释 放的 关系进行 了一 些 研究。 K errn - Jespersen 等 ( 1994 年 ) 在研 究固 定 生物膜反应 器厌氧 / 缺 氧交 替运 行条件 下的 释磷、 吸磷 情况 时发 现 : 厌氧阶段消耗 1 mg 乙酸盐可释放 0. 52 mg 磷酸盐磷。 Wachtmeister 等 ( 1997 年 ) 在研 究反 硝化 除磷 污泥 特性 时发 现: 以厌氧 / 缺氧方式运行 , 在厌氧段消耗 1 g 乙酸盐可释放 0. 43 g 磷酸盐磷。由于很 多因 素的影 响 , 厌氧 区 COD 的变 化和 释 放磷 的量关系很难达到一致。但从上面的结 果可以看出 , 在其 他条件 不变的情况下, 易生物降解的 COD 浓度越大 , 合成的 PHB 越多 , 释 磷量越多 , 但是释磷量越多并不意味着磷的去除效果越好。 上面所说的都是关于厌氧段 COD 量 与磷的释 放量之间 的关 系及其对磷去除效果的影响。实际上 , Dephanox 工艺反硝 化脱氮 除磷效果还与缺氧 段的硝 酸盐 量、 聚磷菌 体内 存储 的 PHB 有很 大联系。 Kerrn - Jespersen 等 ( 1994 年 ) 的 研究表明 : 缺 氧条件 下的 吸磷 率、 反 硝 化 率 是 聚 磷 菌 体 内 PHB 储 量 的 函 数 ; HA c 的 消 耗 量 ( PHB 量 ) 与缺氧段的反硝化率及吸磷率存在一定的 线性关系 ; 缺 氧条 件 下 的 吸 磷 率 是 PHB 的 一 阶 方 程 , 得 到 缺 氧 段 可 吸 收 2. 0 mg PO 4 - P / mg N O3 - N。 陈坚试验得出硝酸 盐的消耗量和吸磷量 基本呈线性关系 , 吸 收的磷量与消耗的硝酸盐量为 1. 51 。进水水质、 污 泥浓度及系统 内反硝化聚磷菌的数量都会影响硝酸盐量 与吸磷量 的比值 , 所以 此比值很难达到一个定值。 Kuba 等 ( 1996 年) 考察了双污泥 SBR 工艺的运行特征时发现: 在 进水 COD( 乙酸盐 ) 浓度为 400 mg/ L, T P 浓 度为 15 mg / L , N H 4+- N 浓度为 119 mg/ L, 容积交换比为 71. 4% , 总磷 去除率 为 99% , 氨 氮去除率为 88% , 出 水中 有机 物、 硝氮、 亚 硝态 氮浓 度几 乎都 为 零。试验得到 C/ N 比值 为 3. 4, COD/ P 的比 值 不 应小 于 26. 7 。 如果把出水中剩余 NH 4+ - N 考虑在内 , 在 COD 浓度 为 400 mg/ L 条件下 , 能把氮和 磷完全 去除 的 CO D/ N 临 界比 值是 3. 8。 王亚 宜等 ( 2004 年 ) 的 研 究 表明 , Dephanox 适 合 于 处理 CO D/ T N 为 4~ 7 的生活污水。李相昆等以生活 污水为 进水 , 研 究 C/ N , 超越 污泥回流比 ( BF R) , 后置 曝气吹 脱段停 留时间 ( PAH RT ) 对 A2 N 工 艺脱氮除磷的影响。结果表明 : 最佳 C/ N 比为 4~ 5 。 从上面的研究 可以 得出 : Dephanox 工艺 在处 理 C/ N 处 于较 低范围内的 生活污水有优势 , 可能达 到较好 的效果 ; 当 C/ N 小于 这个范围 , 有可能导致反硝化聚磷菌 与普通异养 菌之间的 比例有 所降低 , 从而对脱 氮除 磷效 果有 影响 ; 当 C/ N 大 于这 个范 围 , 因 为碳源充足 , 所以氮的 去除 效果 可能很 好 , 但磷 的去除 效果 会变 差 , 因为 CO D 的量超出了反硝化聚磷合成 PHB 所需的量 , 过剩的 一部分 CO D 会随着 超越污 泥进 入缺 氧池。由于 营 养物 质过 剩 , 常规反硝化菌会优 先利用 CO D 和 硝态 氮进行 反硝 化而 不吸 磷 , 这样就由于硝态氮的 不足从 而导 致除磷 效果 变差。所 以对 工艺 来说 , C/ N 比对反硝化脱氮 除磷 系统的 运行 效果影 响很 大 , 控制