污水生物脱氮除磷新技术

污水生物脱氮除磷新技术李芬芳1,龙睿2(1.长沙环境保护职业技术学院环境科学系,湖南长沙4100042.湖南省环境监测中心站,湖南长沙410004)摘要:概述了传统生物脱氮除磷原理,分析了传统生物脱氮除磷工艺的不足,并介绍了同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等几种经济、高效的生物脱氮除磷新技术的原理和研究现状。关键词:生物脱氮除磷;同时硝化反硝化;短程硝化反硝化;厌氧氨氧化;反硝化除磷近年来,随着工业化和城市化程度的不断提高,合成洗涤剂、化肥和农药被广泛使用,大量氮、磷营养物进入水体,使水体富营养化日益严重,因此,越来越多的国家和地区开始制定日趋严格的污水排放标准,这就意味着对新建及已建污水处理厂提出了更高的要求。因此研究和开发经济、高效的生物脱氮除磷技术成为当前研究的热点。1传统生物脱氮除磷技术1.1传统生物脱氮除磷原理生物脱氮是在好氧条件下通过硝化反应先将氨氮氧化为硝酸盐,再通过缺氧条件下的反硝化反应将硝酸盐还原成气态氮从水中去除。生物除磷是在厌氧条件下吸收低分子物质,同时将贮存在细胞中的聚合磷酸盐中的磷通过水解而释放出来,提供必需的能量;而在随后的好氧条件下,将所吸收的有机物氧化并提供能量,同时从污水中过量吸收磷并以聚磷酸盐形式贮存在菌体内形成高磷污泥,通过剩余污泥的排放而达到较好的除磷效果。1.2传统脱氮除磷工艺存在的问题基于传统生物脱氮除磷原理发展的生物脱氮除磷工艺有A/O工艺,A2/O工艺,UCT工艺,MUCT工艺,VIP工艺,JHB工艺等。TKN———总凯氏氮A/O工艺———厌氧/好氧工艺A2/O工艺———厌氧/缺氧/好氧工艺UCT、MUCT、VIP、JHB等工艺均为A2/O的改良工艺。这些工艺都是研究者们根据厌氧、缺氧、好氧等池子的排列数量及混合液循环和回流方式的变化开发出的一系列工艺。此外,还有通过对曝气供氧的控制,在空间和时间上形成厌氧与缺氧环境的SBR(序批间歇式活性污泥法)工艺和氧化沟工艺。这些工艺中存在多种问题,制约了工艺的高效性和稳定性。1.2.1微生物的混合培养目前的生物脱氮除磷工艺一般都采用单一污泥悬浮生长系统,在该系统中有多种差别较大的微生物,不同功能的微生物对营养物质和生长条件的要求都有很大的不同,要保证所有的微生物都达到最佳生长条件是不可能的,这就使得系统很难达到高效运行[1]。1.2.2泥龄问题由于硝化菌的世代期长,为获得良好的硝化效果,必须保证系统有较长的泥龄。而聚磷菌世代期较短,且磷的去除是通过排除剩余污泥实现的,所以为了保证良好的除磷效果,系统必须短泥龄运行。这就使得系统的运行,在脱氮和除磷的泥龄控制上存在矛盾。1.2.3碳源问题在脱氮除磷系统中,碳源主要消耗在释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面。其中,释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中易降解的部分,52杭州化工2007.37(2)尤其是挥发性有机脂肪酸的含量关系很大[2]。一般说来,城市污水中所含的易降解的有机污染物是有限的,所以在生物脱氮除磷系统中,释磷和反硝化之间存在着因碳源不足而引发的竞争性矛盾。1.2.4回流污泥中的硝酸盐问题在整个系统中,聚磷菌、硝化细菌、反硝化细菌及其它多种微生物共同生长,并参与系统的循环运行。常规工艺中,由于厌氧区在前,回流污泥不可避免地将一部分硝酸盐带入该区,一旦聚磷菌与硝酸盐接触,就导致聚磷效果下降。这主要是由于反硝化细菌与聚磷菌对底物形成竞争,其脱氮作用造成碳源无法满足聚磷菌的充分释磷所致[3]。近年来,同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等技术的发现和研究,为解决上述问题提供了有效的途径。2生物脱氮除磷新技术2.1同时硝化反硝化技术传统脱氮理论认为,硝化反应在好氧条件下进行,而反硝化在厌氧条件下完成,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(SND)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,如生物膜体系、SBR反应器。SND具有以下优点:(1)能有效保持反应器中pH值稳定,减少碱量的投加;(2)减少传统反应器的容积,节省基建费用;(3)对于仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲,SND能够缩短硝化、反硝化所需时间;(4)能节省曝气量,进一步降低能耗。ChristineHelmer等[4]研究生物膜体系时发现,当溶解氧浓度为1mg/L时,发生了同时硝化与反硝化,并且以NO-2为电子受体。ElisabethvMunch等[5]研究指出,在SBR反应器中,当溶解氧浓度为0.5mg/L时,可发生完全的同时硝化反硝化。HisashiSatoh等[6]研究发现,在单污泥体系中,当O2浓度为10～35μM时,可发生同时硝化反硝化。冯叶成等[7]在培养和富集硝化菌的基础上,在SBR反应器中通过控制溶解氧浓度,观察到同时