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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(lái)源：北京土人城市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shè)計(jì)有限公司北京100080)
摘要概述生物脫氮除磷機(jī)理．包括生物脫氮、生物除磷機(jī)理以及同步脫氮除磷機(jī)理、反硝化脫氮除磷機(jī)理。分析不同生
物脫氮除磷機(jī)理的處理工藝，并闡述了脫氮除磷工藝的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞脫氮除磷同步脫氮除磷反硝化脫氮除磷
中圖分類號(hào)：×505 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)生富
營(yíng)養(yǎng)化．而水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為全球的重大環(huán)境問(wèn)題?？刂?
水體富營(yíng)養(yǎng)化和保證水質(zhì)安全的關(guān)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(yíng)養(yǎng)化的有
效手段成為了污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向。隨著研究工作
的逐步深入．人們對(duì)生物脫氮除磷的機(jī)理有了新的認(rèn)識(shí)。在
原有工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出了一系列新型生物脫氮除磷
工藝。
1機(jī)理分析
1．1生物脫氮機(jī)理
1．1．1傳統(tǒng)生物脫氮機(jī)理
傳統(tǒng)生物脫氮包括四個(gè)過(guò)程：氨化、亞硝化、硝化和反硝
化。首先，有機(jī)氮化合物通過(guò)氨化作用分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮；然
后．氨態(tài)氮在亞硝化菌的作用下轉(zhuǎn)化成亞硝酸氮．繼而亞硝
酸氮又通過(guò)硝化菌的作用．進(jìn)一步分解轉(zhuǎn)化為硝酸氮；最終。
硝酸氮在缺氧條件下通過(guò)反硝化細(xì)菌的代謝作用．經(jīng)由兩種
途徑轉(zhuǎn)化：①同化作用，形成的有機(jī)氮化合物成為菌體的組
成部分；②異化作用，終產(chǎn)物是氣態(tài)氮?。過(guò)程如圖l所示。
有機(jī)氮蒜齋NH4一N 亞硝化細(xì)菌No：一N坐
No，一N—星望塑堂N：，N，o，
圈l 生物脫氯過(guò)程示意圍
1．1．2同步硝化反硝化
傳統(tǒng)脫氮理論認(rèn)為：硝化反應(yīng)只能由自養(yǎng)細(xì)菌完成；而
反硝化只能在缺氧和低溶解氧條件下進(jìn)行。但是，異養(yǎng)硝化
細(xì)菌以及好氧反硝化細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)則打破了這一觀點(diǎn)f2】。硝化
和反硝化可以實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行。同步硝化反硝化技術(shù)能夠節(jié)省
占地面積和投資．無(wú)需外加碳源【3】。
1．1．3短程硝化反硝化
這一過(guò)程的基本原理是利用亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的
生理差異．創(chuàng)造適宜亞硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境。將硝化過(guò)程控
制在亞硝化階段．按照NH廣N—NOrN—N2的過(guò)程實(shí)現(xiàn)短程
硝化反硝化脫氮c3．m。亞硝化細(xì)菌世代時(shí)間較短，縮短了硝化
反應(yīng)時(shí)間，因而反應(yīng)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(yùn)行時(shí)需要嚴(yán)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(guò)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(yīng)。產(chǎn)生氮?dú)狻Ｔ摴に嚥恍枰饧犹荚?、減少了化學(xué)試劑消耗
[3】o
1．2生物除磷機(jī)理
生物除磷原理即：聚磷菌在有氧條件下過(guò)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(nèi)的有機(jī)磷轉(zhuǎn)
化成無(wú)機(jī)磷釋放，同時(shí)合成聚一$一羥基丁酸(PHB)顆粒；而好
氧狀態(tài)時(shí)。聚磷菌則將積貯的PHB降解，釋放出能量。當(dāng)環(huán)
境中存在溶解狀態(tài)的磷時(shí)．聚磷菌可利用降解PHB釋放出
的能量主動(dòng)吸收磷酸鹽，并以聚磷的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)。隨
著剩余污泥的排放．被聚磷菌過(guò)量攝取的磷也排出系統(tǒng)，從
而達(dá)到除磷的目的【-·剮。
1．3 同步脫氯除磷機(jī)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(jìn)行。因此要達(dá)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(zhǎng)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(xì)菌和除磷
菌的生理差異．使得氮和磷的同時(shí)去除必然存在著生物學(xué)上
的矛盾和競(jìng)爭(zhēng)。無(wú)法同時(shí)達(dá)到高效同步脫氮除磷。
1．3．2反硝化脫氮除磷
通過(guò)反硝化除磷菌(DPB)的作用也能夠?qū)崿F(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(shì)菌種【6l。通過(guò)厭氧，缺氧交替運(yùn)行的環(huán)
境可以富集培養(yǎng)，此類細(xì)菌能以O(shè)：、N02-、N03_為電子受體，
通過(guò)自身的代謝作用完成同時(shí)過(guò)量吸磷和反硝化的過(guò)程，從
而達(dá)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(wèn)題以及不同菌種之間的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。其培養(yǎng)
馴化狀況．會(huì)直接影響到污水中氮磷的同時(shí)高效穩(wěn)定去除
作者簡(jiǎn)介：劉躍(1985。)，男．吉林省東遼縣人，畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)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(shè)計(jì)和研究。
2011．No．4． @ 萬(wàn)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(jī)理對(duì)應(yīng)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(jī)理的脫氮工藝及改
進(jìn)工藝(四階段B8rdenpho)。
表1 不同脫氮工藝的運(yùn)行環(huán)境和工藝特點(diǎn)
2．2除磷工藝
生物除磷即是通過(guò)除磷菌好氧吸磷，厭氧釋磷實(shí)現(xiàn)的。
表2介紹了2種除磷工藝：?jiǎn)为?dú)的生物除磷工藝A扣以及
生物法與化學(xué)法的結(jié)合工藝Phostrip。
衰2 2種除磷工藝的運(yùn)行環(huán)境及工藝特點(diǎn)
2．3同步脫氮除磷工藝
當(dāng)前世界各國(guó)對(duì)污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的氮、磷控制日益嚴(yán)
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：?jiǎn)挝勰嘞到y(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(xì)菌是否共同存在于一
個(gè)體系中。雙污泥工藝的出現(xiàn)解決了聚磷菌和反硝化菌對(duì)碳
源競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，但其存在筑物較多，工藝復(fù)雜等問(wèn)題?。
3脫氮除磷工藝發(fā)展趨勢(shì)
目前污水處理中應(yīng)用較為廣泛的脫氮除磷方法主要是
傳統(tǒng)技術(shù)，如：A2，o、氧化溝、SBR等．這些工藝出現(xiàn)時(shí)間早，
研究應(yīng)用相對(duì)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(chǔ)上．重新構(gòu)架組合新工
2011．N0．4
表3不同同步脫氮除磷工藝的運(yùn)行環(huán)境及工藝特點(diǎn)
表4不同反硝化除磷工藝運(yùn)行環(huán)境及工藝特點(diǎn)
工藝運(yùn)行環(huán)境工藝特點(diǎn)
Bc鵬厭怎鱉氧
Dephm“．厭舞擎
A2N
較UcT工藝增加了2個(gè)反應(yīng)池，
即在厭氧池和缺氧池之間增設(shè)接觸池
(充分混合回流污泥和來(lái)自厭氧池的
混合液，防止污泥膨脹)；缺氧池和好
氧池之問(wèn)增設(shè)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(shè)立r化學(xué)除磷
段，充分利用DPB實(shí)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(shè)了沉淀池和固定膜反
應(yīng)池，沉淀池中進(jìn)行泥水分離，含氨上
清液進(jìn)入固定膜反應(yīng)池進(jìn)行硝化，污
泥則直接進(jìn)入缺氧段．完成反硝化和
攝磷。該一r藝避免了菌種對(duì)碳源的競(jìng)
爭(zhēng)；去磷效果穩(wěn)定。
硝化菌獨(dú)立于DPB單獨(dú)存在于
好氧硝化池中，避免r反硝化菌和
厭氧／缺氧DPB對(duì)有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng)，創(chuàng)造了各自最
／好氧佳的生長(zhǎng)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(jīng)取得了一些進(jìn)展。CAsT工藝就是在SBR基礎(chǔ)上增
設(shè)生物選擇器和內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)形成的．其特殊設(shè)計(jì)有利于氮、
磷的同時(shí)去除。并且抗沖擊負(fù)荷．但是除磷效果稍差：在UCT
工藝基礎(chǔ)上改進(jìn)的MUCT工藝．在進(jìn)水C／N比適宜的情況
下。能夠?qū)崿F(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(duì)有機(jī)物的競(jìng)爭(zhēng)．從理論上來(lái)說(shuō)可達(dá)到100％的除磷效
率。
膜生物反應(yīng)器(MBR)作為一種新型污水處理技術(shù)在脫
氮除磷方面已有應(yīng)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(duì)除磷幾乎沒(méi)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(zhuǎn)第123頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
雨期內(nèi)渠內(nèi)液位上升．導(dǎo)致消毒池內(nèi)液位憋高．而濾池出水
到消毒池進(jìn)水也是由水位差來(lái)產(chǎn)生重力流的。為克服期間的
水頭損失，濾池進(jìn)、出水口液位也升高，從而導(dǎo)致濾池出水口
處溢水。在整個(gè)流程中．每一級(jí)都是通過(guò)一個(gè)液位級(jí)差來(lái)產(chǎn)
生重力流的．某一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了變化，都會(huì)影響其他環(huán)節(jié)，整
個(gè)系統(tǒng)就會(huì)重新找到平衡．來(lái)維持系統(tǒng)的運(yùn)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(chǎn)生
了溢流。
3結(jié)論與反思
(1)濾池進(jìn)出水除設(shè)計(jì)時(shí)要考慮均勻性外，污水處理廠
在運(yùn)行維護(hù)時(shí)也要考慮到工作負(fù)荷的均勻性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)走訪建
議．不要將遠(yuǎn)期的濾池長(zhǎng)期擱置．要盡量做到使用均衡．防止
后期濾池一起工作時(shí)．某些濾池出現(xiàn)短時(shí)間的受水不均．影
響出水水質(zhì)，甚至出現(xiàn)溢水；濾池清洗完剛開始工作時(shí)，聯(lián)通
管處要控制好潔凈濾池的進(jìn)水流量，延長(zhǎng)閥門開啟時(shí)間．或
者設(shè)定好閥門開啟度．待運(yùn)行一段時(shí)間后再全部開啟．也可
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后．確定一套簡(jiǎn)易開啟流程。
(2)設(shè)計(jì)濾池出水池的超高可以在原有基礎(chǔ)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(shí)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(jì)算值放大一號(hào)．以便短時(shí)間內(nèi)排放較大的瞬間流
量：也預(yù)留長(zhǎng)期運(yùn)行后管壁滯留污物消耗的水頭。
(3)重力流流程設(shè)計(jì)中應(yīng)全面考慮整個(gè)流程的各個(gè)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(shè)置緊急排放泵。緊急情況下通過(guò)泵提升排出雨水，降
低排放渠內(nèi)液位．保持出水排放口的液位低于設(shè)計(jì)液位，使
水順利排出．而不影響上游構(gòu)筑物正常工作。設(shè)置大型排澇
泵時(shí)．低液位工作情況下．要保證渠內(nèi)水位能淹沒(méi)泵頭。所以
泵可以多選。但不一定太大。
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1999
(上接第12l頁(yè))
除磷丁藝基礎(chǔ)上的組合工藝。張杰等以自行設(shè)計(jì)的雙反應(yīng)器
A20—MBR工藝為研究對(duì)象．發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的反硝化除
磷脫氮能力．但是也存在硝酸鹽過(guò)量限制厭氧釋磷的現(xiàn)象。
肖景霓等研究了SBR與MBR結(jié)合形成的序批式膜生物反
應(yīng)器(SBMBR)．結(jié)果表明系統(tǒng)脫氮除磷能力良好【9】。
針對(duì)生物脫氮除磷t藝實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行基
礎(chǔ)性和實(shí)驗(yàn)性研究，并在此基礎(chǔ)上不斷研發(fā)出高效、經(jīng)濟(jì)的
技術(shù)將是脫氮除磷研究的發(fā)展趨勢(shì)。
4結(jié)語(yǔ)
生物脫氮除磷污水處理技術(shù)是目前水污染控制領(lǐng)域的
重點(diǎn)研究方向之一。其理論與技術(shù)都在迅速發(fā)展。隨著生物
學(xué)機(jī)理的深入研究以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展?jié)B透．一些超出傳統(tǒng)
理論的新技術(shù)如反硝化除磷等逐漸被人們所認(rèn)知．生物脫氮
除磷技術(shù)得以不斷革新和發(fā)展。當(dāng)前。生物脫氮除磷技術(shù)不
僅僅以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)量最小及處理水回用等方向
發(fā)展。
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’—l●-，ⅥI●—‘●¨_一Ⅲo-，m¨rd----一_m●—-■-，咱--，_¨·．，q●IP，啊●¨，‘_“¨，“?-，_--，_hr，q¨¨，Ⅵ●I-，州●I-，唧¨’1¨●r4-h。～●一H～-‘，H_√‘_I_p-州h_—。q'-，_●●F，mm．√_m-，m●“。-’¨'I-一帥p嗍_。“”¨_o_I．I—h·‘，q¨_一一●_-棚●Ip·“Ⅵ∥刪H--棚‰_√H●h一-h，‘Ⅵ_·
中國(guó)煤炭消費(fèi)量占全球近一半
目前發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2011》顯示，20lO年，全球
煤炭消費(fèi)量為35．56億噸油當(dāng)量。同比增長(zhǎng)7．6％。其中，中國(guó)
煤炭消費(fèi)量占全球消費(fèi)量的48．2％。全球煤炭消費(fèi)前10名國(guó)
家分別為中國(guó)、美國(guó)、印度、日本、南非、俄羅斯、德國(guó)、韓國(guó)、波
蘭、澳大利亞。隨著全球經(jīng)濟(jì)逐漸復(fù)蘇，主要地區(qū)煤炭?jī)r(jià)格呈
現(xiàn)不同的波動(dòng)。其中，西北歐基準(zhǔn)價(jià)格為92．50美元，噸，比
2009年上漲了30．9％：美國(guó)阿巴拉契亞碳炭現(xiàn)貨價(jià)格指數(shù)為
71．63美元，噸。比上年上漲了5．2l％。

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