反硝化除磷理论、工艺及影响因素

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型的 双 污 泥 系 统 是 ! , . / 0 1 2工艺和 3 ( $ # %工 4 艺， 单污泥系统的代表是 5 6 7 工艺。 ! " ! 生物膜反硝化除磷脱氮工艺 有关学者对生物膜法除磷进行了深入细致的研 究。 8 9 9 :年， ; , < < 0*= , > , < > , 0 等考察固定生物膜 反应器除磷效果时首次发现， 通过厌氧 （4. ） 缺氧 ! （ ） 交替环境可培养出富集 ! :. " # 的反硝化生物 + * 膜， 且在厌氧段可释放 ? ， @ ’ 4A " ) ! A & 3 C B B : *"
+ * * 在缺氧段可吸收 4 ， 而 @ ?A " ) ! A ( ) B B : *" + *( ［ ］ F 剩余干污泥中磷的含量已达到 D 该试 E "8 ? E ，
就能优先利用碳源进行反硝化反应而抑制聚磷菌的
［ ］ D 释磷和 " 缺氧段的吸磷 & # 的合成 。但另一方面， ［ ］ 9 量和硝酸盐投量有关 。O , < R 1 S I T等在考察硝酸
* 研究表明， 的积累对 除 磷 会 起 到 抑 制 作 ( ) 4 用。; , < , 0 * = , > , < > , 0 在研究固定生物膜反应器厌 -
验为用生物膜法实现反硝化除磷提供了依据。随
［ ］ L 后， （ G / H I , 0 J 1 K J 4 ? ? ?年， 4 ? ? 8 年） 等进行了生物滤 池反硝 化 除 磷 的 小 试 研 究， 试验中培养出了富集
万方数据
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中国给水排水
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反硝化除磷脱氮反应器有单污泥和双污泥系统 之分。在单污泥系统中， 、 硝化菌及非聚磷异养 ! " # 菌存在于同一悬浮污泥相中， 共同经历了厌氧、 缺氧 和好氧环境； 而在双污泥系统中， 硝化菌则独立于 ! " # 而单独存在于固定膜生物反应器或好氧硝化 双污泥系统中 ! $ # % 反应器中。虽然在单、 " # 都可 利用由硝化产生的硝酸盐作为电子受体在缺氧环境 中实现反硝化除磷， 但后者运行更稳定、 处理效果也 更好， 其原因是双污泥系统为硝化菌和反硝化除磷 菌创造了最佳的生长环境， 且硝化和反硝化聚磷各 系统的 ! （硝化的 " # 可根据实际运行要求来选定 主要原因是聚磷菌 ! " # 较长不利于反硝化和除磷， 体内相当一部分 " & # 会因长时间的曝气而被消耗 ［ ］ ’ ） 。进一 掉， 从而导致后续反硝化所需碳源的不足 步说， 在双污泥系统中可采用生物膜反应器进行硝 * 化来提供 ( 电子受体， 这样不仅给生长速率较 ) + 慢的硝化菌创造了稳定的生长环境， 增加了系统中 硝化菌量， 提高了硝化率， 也可减少水力停留时间和 反应器体积； 同时在无需大规模污泥回流的前提下
［ ］ 9 不发生吸磷反应 。
（ 在考察 ; ! * * G年） / H > I 工艺的运行特征时发现 1 ， 此时除磷率几乎达到 ! 其最佳 C " / 值为9 J + K K L。 当C （硝酸盐量不足） 可在缺氧段 " / 值高于此值时 后引入一个短时曝气 （以 0 作为电子受体） 将残留 1 的磷去除； 当C " / 值低于此值时可通过外加碳源来 去除 过 量 的 硝 酸 盐。! * * * 年， MJ > ’ @ N ’ % #在对 D # & 7 % ’ O和 A : > 两工艺进行对比试验中得到两者 B 在不同 C 继之作者利用 " " / 值时的除磷率， 7 N " 3 7 F 2 H $ E ( $ % P建立的模型对大量的不同 ! " # " $ % & 9 2 和$ 的进水进行了模拟试验， 发现即 % & " = 0 + 2= 9 2 使! 值很高 （电 " # " $ % & 值很低、 $ % & " = 0 + 2= 子受体数量在缺氧吸磷段不受限制） ， D # & 7 % ’ O工 B 艺的除磷效率仍维持在* K L以上。 （’ ! " $ 污泥停留时间 ( $） 反硝化除磷脱氮工艺的双、 单污泥系统由于硝 化段设 置 方 式 的 不 同， 其对 ’ ( $ 的 要 求 也 不 同。 在Q C R工艺中最小泥龄须优先 考 虑 硝 化 菌 而 非 ： 在常温下虽然 Q D = > C R 工艺中 = ; 0 " D = > 的最小 H 但可将 D ’ ( $ 小于硝化菌的最小’ ( $， = > 的最小 污泥龄和硝化菌的最小泥龄视为相同； 但如果出现 温度较低情况 （冬季） 时， 由于 = ; 0 " D = > 对低温很 H 敏感， 故它们的最小泥龄大于硝化菌的最小泥龄。 而; 只需注意 / 工艺就不用考虑硝化菌的 ’ ( $， 1 （ 在对 Q D = >的 ’ ( $。: ; 0 1 K K !年） C R和 ; /工 1 艺基于 动 力 学 模 型 基 础 上 的 评 价 时 发 现： 当进水 若要达到 $ $ &SG 4" 3、 =S* " 3 时， & !! K . . 、 的排放标准， 则 工艺在 " 3= # !" 3 Q C R $S . . 、 ( $ S! ,) $ S1 K T时的最小 ! KT 时 的 最 小 ’ ； 对于 ; （好氧硝化段的 ’ ’ ( $# ! K) / 工艺 ( $固 1 定为9 ， 这里讨论的为 D ， 由于硝化 K) = >的 ’ ( $） 污泥和 D 所以它能获得较稳定的 = > 污泥是独立的， 脱氮率， 且出水 $ 但为了获得磷浓度 & #! K" 3， . 较低的出水， 在 $ S, T 时 D = >的 ’ ( $ 需延长至 （此时 Q ） 。由模拟试验结 9 1) C R 所需 ’ ( $S 1 ,) 果可知， 当温度较低时 （如 $ S, T） = ; 0 " D = >需 H 要较长的 ’ 并且 ; ( $ 才能在系统中存活， / 工艺 1 的反硝化率受温度影响较大， 而D = > 污泥的泥龄变 化对反硝化率没有大的影响； 当’ 、 ( $" ! ,) $" ! K （ Q C R 工艺的脱氮率最高。" # @ U ’ E P $ 1 K K ! 年） T时， 等人报道： H > I 反硝化除磷系统的 ’ ( $ 为! ,) 时 对除磷更有利 （此时的除磷率比 ’ ( $ SV J ,) 时高
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体， （ 和M （ 等分别利 K E 2 L L 2 ! $ 0 )年） C L C ; 4 6 < ! $ $ / 年） 用 厌 氧—缺 氧 N （C ’ O 3 C 2 6 < B 4 D ! C 3 < P 4 DN ’ O，简 称 系统和固定生物膜反应器进行了试验研究。 J N ’ O） / , 结果表明， 作为氧化剂 H 和氧气在除磷系统中 G * 起着相同的作用， 而且通过创造厌氧、 缺氧交替的环
并获得了较好的除磷脱氮效果。 ! " # 的生物膜， 在生物膜系统中扩散程度的不同将导致沿生物 膜纵向生长的微生物种类的不同， 因此研究生物膜 的除磷机理必须考察底物的扩散作用和生物膜的层 状分布 （这两者直接关系到厌氧段释磷率和缺氧段 的吸磷率， 并将最终影响除磷脱氮效果） 。鉴于生物 膜除磷工艺的高度复杂性， 在考察该工艺的实际运 行能力时有必要利用 3 M 5 3 $ N O 计算机程序进行 模型模拟研究。计算机模型模拟试验可以深入研究
作为电子受体， 而另一类则既能以氧气又能以硝酸 盐作为电子受体， 因此它们在吸磷的同时能进行反
［ ］ * 即在生物除磷系统中只存 硝化； #一类菌属学说 ， 在一类 & 它们在一定 程 度 上 都 具 有 反 硝 化 能 J G，
缺氧这种交替 力， 其能否表现出来的关键在于厌氧 !
基金项目：国家自然科学基金项目 （ ） ； 北京市自然科学基金项目 （ ） " # ! * 0 # ! # 0 # # / # # "
, 就H 是否可作为生物除磷过程的电子受 G *
反硝化除磷是用厌氧 缺氧交替环境来代替传 ! 统的厌氧 好氧环境， 驯化培养出一类以硝酸根作为 ! 最终 电 子 受 体 的 反 硝 化 聚 磷 菌 （1 2 3 4 5 6 4 7 4 3 ; < = > 8 9: ， 简称 % ） 为优势菌种， 通 ; < 6 ? = 6 2 @ < A 4 3 C D 5 2 6 4 C & ’ : 9B 过它们的代谢作用来同时完成过量吸磷和反硝化过 程而达到脱氮除磷的双重目的。应用反硝化除磷工 艺处理城市污水时不仅可节省曝气量， 而且还可减 少剩余污泥量， 即可节省投资和运行费用。 ! 反硝化除磷理论 在对除磷脱氮系统的研究过程中发现， 活性污 泥中的一部分聚磷菌能以硝酸盐作为电子受体在进 行反硝化的同时完成过量吸磷。 ! $ $ * 年荷兰 % 2 E 7 5 ［ ］ ! 大学的 F 在厌氧 缺氧交替 ? B C在试验中观察到 ： ! 的运行条件下， 易富集一类兼有反硝化作用和除磷 作用 的 兼 性 厌 氧 微 生 物， 该微生物能利用 G 或 / 且其基于胞内 & H G 作为电子受体， I ’ 和糖原质 的生物代谢作用与传统 J （& ! G 法中的聚磷菌 J G）
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中国给水排水
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［ ］ ! 量 ， 亚硝酸盐的积累是由缺氧段初期过高的硝酸
盐浓度造成的。所以， 在实际研究中硝酸盐应分批、 数次、 小剂量投加， 或使好氧时间尽量长来达到完全 硝化反应， 以免造成亚硝酸盐的积累。但 " # $ % & ’ ( ) （ 持不同观点， 他认为当亚硝酸盐浓度不是 ! * * *年） 很高 （! 时其可作为吸磷的电 +!,/ 0 " 3） . 1 2/ 子受体； 但当浓度较高时 （ "4亚硝 / 0 " 3） . 1 2/ 酸盐才会对缺氧吸磷完全起抑制作用。 ! " ! 碳源种类 研究表明， 释磷菌在利用不同基质的过程中对 磷的释放率存在着明显的差异。5 （ 等 6 7 % 8 ! * 4 9 年） 学者的试验结果表明， 在厌氧段投加丙酸、 乙酸、 葡 萄糖等简单有机物能诱发磷的释放， 但以乙酸的效 果为最佳。因此， 可以在厌氧段投加乙酸等易降解 的低分子有机物来提高微生物的释磷量， 增加其体 内有机物贮存， 为缺氧阶段的大量吸磷创造条件。 值得注意的是， 碳源只有投加在厌氧段才能使出水 的磷含量减少， 如将碳源投加在缺氧段则会优先支 持反硝化而使出水硝酸盐和亚硝酸盐的浓度降低却