生物脱氮除磷技术的研究及应用

生物脱氮除磷技术的研究与应用

【摘要】 生物脱氮除磷技术是技术上可行、经济上合理的新的水处理技术，其在城市生活污水和工业废水处理中得到推广使用。重点介绍了生物脱氮除磷的基本理论及其影响因素，并对近年来我国生物脱氮除磷技术在城市生活污水处理、工业废水处理、中水回用方面的应用进展进行了综述。

关键词生活污水处理;生物脱氮除磷;机理

1.生物脱氮除磷技术的特点

生物脱氮除磷技术的工艺流程共有3种类型,即A;/O,AZ/O 与A/A/o 。由于其能

脱氮除磷,且技术经济合理,而得到国内外广泛地重视.近年来,随着排放标准的产格化,

工业废水的脱氮也成为排水工程界的热点,并迅速在焦化废水、石油化工废水、印染废水的 处理中得到应用。生物脱氮除磷技术具有如下主要特点:

(l)污水、废水经A/O 或A/A/9工艺处理后,能达到同时去除C 有机,N,P 等污染

物,出水水质可达三级处理标准。

(2)产生的剩余污泥量较一般生物处理系统少,且污泥沉降性能好,易于脱水.

(3)与一般二级处理加脱氮除磷系统相比,基建投资少、能耗低、用药少、占地面积

小。

(4)能提高难生物降解有机物的去除率,并能抑制丝状菌,利于运行和管理.

(5)它们是在一般生物处理技术上发展起来的一种水处理新技术,其设计规模可大可

小,进水浓度可高可低,并能移植或推广到那些老的生物处理污水厂的改造和扩建上.

2. 生物脱氮除磷的基本原理

2.1 生物脱氮的基本原理

生物脱氮通过氨化、硝化、反硝化三个步骤完成。

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:

RCHNH2COOH+O2−−

→−氨化菌

RCOOH+CO2+NH3 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(NH4+)转化为亚硝酸氮,亚硝酸氮在硝酸菌的作用下,进

一步转化为硝酸氮。硝化反应的总反应式为:

NH+4+2O2NO-3+H2O+2H+

2.1.3 反硝化反应

反硝化反应是指硝酸氮(NO-3—N)和亚硝酸氮

(N0-2—N)在反硝化菌的作用下,被还原为气态氮(N2)的

过程。

2.2生物除磷的基本原理

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。

3.生物脱氮除磷工艺研究新方向

传统的生物脱氮除磷工艺如:生物除磷:A /0,A2/O、

Bardenpho、UCT、Phoredox、AB等除磷工艺。生物脱氮:A / O、A2/O、Bardnpho、UCT、Phoredox、改进的AB、TETRA深度脱氮、SBR、氧化沟等脱氮工艺。

现有的生物脱氮除磷组合工艺主要是建立在传统生

物脱氮除磷理论基础上进行构架组合的。传统生物脱氮

除磷工艺中,具有较大差别的微生物在同一系统中相互影

响,制约了工艺的高效性和稳定性;较多的工艺流程中包

含多重污泥和混合液的回流,增加了系统的复杂性,提高

了基建和运行费用;脱氮除磷过程中对能源(如氧、COD)

消耗较多;剩余污泥富含磷,处理量较大。这些都不符合

环境的可持续发展的要求。近年来,同时硝化反硝化现

象、反硝化除磷现象、短程硝化反硝化脱氮工艺、厌氧氨氧化工艺等的发现和研究,为解决上述问题提供了有效的途径。

3·1 同时硝化反硝化技术的研究

传统脱氮理论认为硝化反应在好氧条件下进行,而反

硝化反应在厌氧条件下完成,两者不能在同一条件下进

行。然而,近几年许多研究者发现存在同时硝化反硝化现象,尤其是有氧条件下的反硝化现象,确实存在于不同的

生物处理系统中。如氧化沟、SBR工艺、间歇曝气反应器工艺[2]。研究者对此进行了广泛的研究,提出了一些新的

见解。其中,认为微生物的存在是其最主要的原因。如某

些反应器流态上的特征,为同时硝化反硝化创造了可能的

环境条件;另外,从微生物发展的角度看,存在着目前尚未

被认识的微生物菌种(如好氧条件下的反硝化细菌)能使

同时硝化反硝化现象发生,但对其机理的认识还未统一,

尚处于探索阶段。

已有一些研究者利用其成果改进脱氮工艺,如F Fdez—Polanco等[3]在流化床反应器中实现了同时硝化和反硝化。该技术不但仅可节省占地面积和投资,而且由于

没有硝酸盐的影响,对厌氧段聚磷菌释磷也十分有利。目

前在荷兰、丹麦、意大利等已有污水厂在利用同时硝化和反硝化脱氨工艺运行。但该工艺还有许多问题有待进一步解决,因此,离投入工程运行还有一定距离。

3.2 短程硝化反硝化技术的研究

传统的硝化一反硝化原理是:氨氮在亚硝化菌的作用

下氧化生成NO-2,然后被硝化菌进一步氧化成NO-3,最后通过异养反硝化菌的作用将NO-3还原成N2。而许多实验证明可以按照氨氮一亚硝酸盐一氮气的过程实现短程硝化反硝化脱氨,即将氨氮氧化控制在亚硝化阶段,然后

进行反硝化。由于亚硝酸菌世代时间比硝酸菌短,泥龄也短,缩短了硝化反应时间,从而减小反应器容积,节省基建

投资。该过程还可以减少硝化中的产酸量,减少投碱量;

减少污泥生成量;节省O2、碳源和动力消耗,可用于处理含氮量较高的废水。

3.3反硝化除磷技术的研究

近年来研究者发现了一种“兼性厌氧反硝化除磷细

菌”(DPB),可以在缺氧条件下,利用硝酸盐作为电子受体氧化胞内贮存的PHA,并从环境中摄磷、实现同时反硝化和过度摄磷,与传统的好氧吸磷相比,在保证硝化效果的

同时,系统对COD需求可减少5O%,氧的消耗和污泥产

量可分别下降30%和50%。COD消耗的减少,一方面为解决处理含高氮磷工业废水存在碳源不足的问题提供了