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現(xiàn)代污水處理生物脫氮除磷工藝分析

文檔作者：劉躍文檔來源：北京土人城市規(guī)劃設計有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月06日
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現(xiàn)代瀉泳處理生物腕氮除磷工譬分桁
劉躍
(北京土人城市規(guī)劃設計有限公司北京100080)
摘要概述生物脫氮除磷機理．包括生物脫氮、生物除磷機理以及同步脫氮除磷機理、反硝化脫氮除磷機理。分析不同生
物脫氮除磷機理的處理工藝，并闡述了脫氮除磷工藝的發(fā)展趨勢。
關鍵詞脫氮除磷同步脫氮除磷反硝化脫氮除磷
中圖分類號：×505 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2011)04—0120—03
氮和磷能夠使湖泊等緩流封閉或半封閉的水體產生富
營養(yǎng)化．而水體富營養(yǎng)化已成為全球的重大環(huán)境問題?？刂?
水體富營養(yǎng)化和保證水質安全的關鍵就是有效地去除城市
污水中的氮和磷。生物脫氮除磷作為解決水體富營養(yǎng)化的有
效手段成為了污水處理領域的熱點研究方向。隨著研究工作
的逐步深入．人們對生物脫氮除磷的機理有了新的認識。在
原有工藝的基礎上研究開發(fā)出了一系列新型生物脫氮除磷
工藝。
1機理分析
1．1生物脫氮機理
1．1．1傳統(tǒng)生物脫氮機理
傳統(tǒng)生物脫氮包括四個過程：氨化、亞硝化、硝化和反硝
化。首先，有機氮化合物通過氨化作用分解轉化為氨態(tài)氮；然
后．氨態(tài)氮在亞硝化菌的作用下轉化成亞硝酸氮．繼而亞硝
酸氮又通過硝化菌的作用．進一步分解轉化為硝酸氮；最終。
硝酸氮在缺氧條件下通過反硝化細菌的代謝作用．經由兩種
途徑轉化：①同化作用，形成的有機氮化合物成為菌體的組
成部分；②異化作用，終產物是氣態(tài)氮?。過程如圖l所示。
有機氮蒜齋NH4一N 亞硝化細菌No：一N坐
No，一N—星望塑堂N：，N，o，
圈l 生物脫氯過程示意圍
1．1．2同步硝化反硝化
傳統(tǒng)脫氮理論認為：硝化反應只能由自養(yǎng)細菌完成；而
反硝化只能在缺氧和低溶解氧條件下進行。但是，異養(yǎng)硝化
細菌以及好氧反硝化細菌的發(fā)現(xiàn)則打破了這一觀點f2】。硝化
和反硝化可以實現(xiàn)同步進行。同步硝化反硝化技術能夠節(jié)省
占地面積和投資．無需外加碳源【3】。
1．1．3短程硝化反硝化
這一過程的基本原理是利用亞硝化細菌和硝化細菌的
生理差異．創(chuàng)造適宜亞硝化細菌生長的環(huán)境。將硝化過程控
制在亞硝化階段．按照NH廣N—NOrN—N2的過程實現(xiàn)短程
硝化反硝化脫氮c3．m。亞硝化細菌世代時間較短，縮短了硝化
反應時間，因而反應器容積減小，節(jié)省基建投資。但是該法的
出水亞硝酸鹽含量可能較高．運行時需要嚴格控制。
1．1．4厭氧氨氧化
厭氧氨氧化是自養(yǎng)的微生物過程．厭氧狀態(tài)下，微生物
以氨氮為電子供體。以N02_、N0，。作為電子受體，發(fā)生生化反
應。產生氮氣。該工藝不需要外加碳源、減少了化學試劑消耗
[3】o
1．2生物除磷機理
生物除磷原理即：聚磷菌在有氧條件下過量吸收磷，在
厭氧條件下釋放磷。厭氧狀態(tài)下。聚磷菌將體內的有機磷轉
化成無機磷釋放，同時合成聚一$一羥基丁酸(PHB)顆粒；而好
氧狀態(tài)時。聚磷菌則將積貯的PHB降解，釋放出能量。當環(huán)
境中存在溶解狀態(tài)的磷時．聚磷菌可利用降解PHB釋放出
的能量主動吸收磷酸鹽，并以聚磷的形式貯存于細胞內。隨
著剩余污泥的排放．被聚磷菌過量攝取的磷也排出系統(tǒng)，從
而達到除磷的目的【-·剮。
1．3 同步脫氯除磷機理
1．3．1傳統(tǒng)同步脫氮除磷
生物脫氮需要在好氧、缺氧交替的環(huán)境完成，而生物除
磷需要在好氧、厭氧交替的環(huán)境下進行。因此要達到同步除
磷脫氮的目的．就必須創(chuàng)造適宜各種微生物生長所需要的好
氧、缺氧、厭氧三種生存環(huán)境。但是，由于脫氮類細菌和除磷
菌的生理差異．使得氮和磷的同時去除必然存在著生物學上
的矛盾和競爭。無法同時達到高效同步脫氮除磷。
1．3．2反硝化脫氮除磷
通過反硝化除磷菌(DPB)的作用也能夠實現(xiàn)同步脫氮
除磷。在具有脫氮除磷處理能力的活性污泥中可以發(fā)現(xiàn)DPB
的存在，但并不是優(yōu)勢菌種【6l。通過厭氧，缺氧交替運行的環(huán)
境可以富集培養(yǎng)，此類細菌能以O：、N02-、N03_為電子受體，
通過自身的代謝作用完成同時過量吸磷和反硝化的過程，從
而達到同步脫氮除磷的目的m"。DPB的菌屬特性解決了傳
統(tǒng)工藝中的碳源問題以及不同菌種之間的競爭問題。其培養(yǎng)
馴化狀況．會直接影響到污水中氮磷的同時高效穩(wěn)定去除
作者簡介：劉躍(1985。)，男．吉林省東遼縣人，畢業(yè)于吉林建筑工程學院給水排水專業(yè)，主要從事規(guī)冀ll建筑景觀和水處理方面的設計和研究。
2011．No．4． @ 萬方數(shù)據(jù)
2脫氮除磷工藝
2．1脫氮工藝。
不同的生物脫氮機理對應的生物脫氮工藝是有區(qū)別的．
表l中介紹了幾種基于不同生物脫氮機理的脫氮工藝及改
進工藝(四階段B8rdenpho)。
表1 不同脫氮工藝的運行環(huán)境和工藝特點
2．2除磷工藝
生物除磷即是通過除磷菌好氧吸磷，厭氧釋磷實現(xiàn)的。
表2介紹了2種除磷工藝：單獨的生物除磷工藝A扣以及
生物法與化學法的結合工藝Phostrip。
衰2 2種除磷工藝的運行環(huán)境及工藝特點
2．3同步脫氮除磷工藝
當前世界各國對污水排放標準中的氮、磷控制日益嚴
格．為兼顧脫氮除磷的要求．單一的脫氮或除磷T藝正逐步
向脫氮除磷組合工藝方面發(fā)展。表3中涉及了5種具有代表
性的脫氮除磷組合工藝。
2．4反硝化脫氮除磷工藝
目前。反硝化除磷1二藝主要分為2類：單污泥系統(tǒng)．代表
工藝為BCFS；雙污泥系統(tǒng)，代表工藝DephaIlox及A2N(見表
4)。2者的區(qū)別就是DPB、硝化菌等細菌是否共同存在于一
個體系中。雙污泥工藝的出現(xiàn)解決了聚磷菌和反硝化菌對碳
源競爭的問題，但其存在筑物較多，工藝復雜等問題?。
3脫氮除磷工藝發(fā)展趨勢
目前污水處理中應用較為廣泛的脫氮除磷方法主要是
傳統(tǒng)技術，如：A2，o、氧化溝、SBR等．這些工藝出現(xiàn)時間早，
研究應用相對成熟，但是也存在固有的缺陷。因此，新型高效
脫氮除磷工藝的研究顯得尤為重要。
在傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的理論基礎上．重新構架組合新工
2011．N0．4
表3不同同步脫氮除磷工藝的運行環(huán)境及工藝特點
表4不同反硝化除磷工藝運行環(huán)境及工藝特點
工藝運行環(huán)境工藝特點
Bc鵬厭怎鱉氧
Dephm“．厭舞擎
A2N
較UcT工藝增加了2個反應池，
即在厭氧池和缺氧池之間增設接觸池
(充分混合回流污泥和來自厭氧池的
混合液，防止污泥膨脹)；缺氧池和好
氧池之問增設缺氧／好氧交替混合池
(在小影響反硝化或除磷情況F保證
污泥再，￡)，厭氧段設立r化學除磷
段，充分利用DPB實現(xiàn)脫氮除磷，去
除效果好。
該工藝是在A2／0工藝的厭氧和
缺氧池之間增設了沉淀池和固定膜反
應池，沉淀池中進行泥水分離，含氨上
清液進入固定膜反應池進行硝化，污
泥則直接進入缺氧段．完成反硝化和
攝磷。該一r藝避免了菌種對碳源的競
爭；去磷效果穩(wěn)定。
硝化菌獨立于DPB單獨存在于
好氧硝化池中，避免r反硝化菌和
厭氧／缺氧DPB對有機物的競爭，創(chuàng)造了各自最
／好氧佳的生長環(huán)境．有利于系統(tǒng)脫氮除磷
的高效和穩(wěn)定。但是磷的去除效果受
制于缺氧池硝酸鹽的含量5’7。
藝．已經取得了一些進展。CAsT工藝就是在SBR基礎上增
設生物選擇器和內循環(huán)系統(tǒng)形成的．其特殊設計有利于氮、
磷的同時去除。并且抗沖擊負荷．但是除磷效果稍差：在UCT
工藝基礎上改進的MUCT工藝．在進水C／N比適宜的情況
下。能夠實現(xiàn)完全反硝化㈦，1；另外，新型雙污泥反硝化除磷
工藝A硝一SBR就是A2N與SBR的組合工藝．避免了不同微
生物對有機物的競爭．從理論上來說可達到100％的除磷效
率。
膜生物反應器(MBR)作為一種新型污水處理技術在脫
氮除磷方面已有應用研究。與傳統(tǒng)的脫氮除磷t藝相比，還
不成熟。而且常規(guī)MBR脫氮效果良好．但對除磷幾乎沒有效
果。目前，MBR用于脫氮除磷的研究，多是建立在傳統(tǒng)脫氮
@
(下轉第123頁)
萬方數(shù)據(jù)
雨期內渠內液位上升．導致消毒池內液位憋高．而濾池出水
到消毒池進水也是由水位差來產生重力流的。為克服期間的
水頭損失，濾池進、出水口液位也升高，從而導致濾池出水口
處溢水。在整個流程中．每一級都是通過一個液位級差來產
生重力流的．某一個環(huán)節(jié)發(fā)生了變化，都會影響其他環(huán)節(jié)，整
個系統(tǒng)就會重新找到平衡．來維持系統(tǒng)的運行．此處就是流
程的末端發(fā)生了變化而影響了其他環(huán)節(jié)變化．從而最終產生
了溢流。
3結論與反思
(1)濾池進出水除設計時要考慮均勻性外，污水處理廠
在運行維護時也要考慮到工作負荷的均勻性。經現(xiàn)場走訪建
議．不要將遠期的濾池長期擱置．要盡量做到使用均衡．防止
后期濾池一起工作時．某些濾池出現(xiàn)短時間的受水不均．影
響出水水質，甚至出現(xiàn)溢水；濾池清洗完剛開始工作時，聯(lián)通
管處要控制好潔凈濾池的進水流量，延長閥門開啟時間．或
者設定好閥門開啟度．待運行一段時間后再全部開啟．也可
現(xiàn)場試驗后．確定一套簡易開啟流程。
(2)設計濾池出水池的超高可以在原有基礎上增加
O．5m甚至1m．一方面增加蓄水容量，另一方面必要的時候
可提供更高的濾池出水水頭．濾池出水到接觸消毒池的管道
可按理論計算值放大一號．以便短時間內排放較大的瞬間流
量：也預留長期運行后管壁滯留污物消耗的水頭。
(3)重力流流程設計中應全面考慮整個流程的各個環(huán)
節(jié)。在南方暴雨地區(qū)．出水排放口如果有雨水匯集，一定要要
考慮設置緊急排放泵。緊急情況下通過泵提升排出雨水，降
低排放渠內液位．保持出水排放口的液位低于設計液位，使
水順利排出．而不影響上游構筑物正常工作。設置大型排澇
泵時．低液位工作情況下．要保證渠內水位能淹沒泵頭。所以
泵可以多選。但不一定太大。
參考文獻
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1999
(上接第12l頁)
除磷丁藝基礎上的組合工藝。張杰等以自行設計的雙反應器
A20—MBR工藝為研究對象．發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有很強的反硝化除
磷脫氮能力．但是也存在硝酸鹽過量限制厭氧釋磷的現(xiàn)象。
肖景霓等研究了SBR與MBR結合形成的序批式膜生物反
應器(SBMBR)．結果表明系統(tǒng)脫氮除磷能力良好【9】。
針對生物脫氮除磷t藝實際應用中存在的問題進行基
礎性和實驗性研究，并在此基礎上不斷研發(fā)出高效、經濟的
技術將是脫氮除磷研究的發(fā)展趨勢。
4結語
生物脫氮除磷污水處理技術是目前水污染控制領域的
重點研究方向之一。其理論與技術都在迅速發(fā)展。隨著生物
學機理的深入研究以及相關學科的發(fā)展?jié)B透．一些超出傳統(tǒng)
理論的新技術如反硝化除磷等逐漸被人們所認知．生物脫氮
除磷技術得以不斷革新和發(fā)展。當前。生物脫氮除磷技術不
僅僅以滿足排放標準為目的．而且還要考慮到污水處理的資
源化及能源化．朝著剩余污泥產量最小及處理水回用等方向
發(fā)展。
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中國煤炭消費量占全球近一半
目前發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計2011》顯示，20lO年，全球
煤炭消費量為35．56億噸油當量。同比增長7．6％。其中，中國
煤炭消費量占全球消費量的48．2％。全球煤炭消費前10名國
家分別為中國、美國、印度、日本、南非、俄羅斯、德國、韓國、波
蘭、澳大利亞。隨著全球經濟逐漸復蘇，主要地區(qū)煤炭價格呈
現(xiàn)不同的波動。其中，西北歐基準價格為92．50美元，噸，比
2009年上漲了30．9％：美國阿巴拉契亞碳炭現(xiàn)貨價格指數(shù)為
71．63美元，噸。比上年上漲了5．2l％。

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07-06