污水处理生物脱氮除磷工艺的分析_张雪飞.pdf

清 洗 世 界Cleaning World专论与综述专论与综述专论与综述专论与综述第39卷第3期2023年3月0 引言氮与磷均为生物中的主要营养元素，伴随化肥与农药使用数量的持续增加，天然水体里面的氮元素和磷元素含量在持续提升。水体富营养化增加对水生物与人体健康有很大的危害。在上世纪，相关研究人员提出了脱氮除磷工艺，这是由脱氮工艺改造得来的。现如今，多数污水处理厂均使用传统工艺，去除水里面的有机物，无法去除水里面的氮与磷，造成水体富营养化。伴随污水排放标准提高，污水处理厂开始积极探索与研究去除氮磷的工艺。1 生物脱氮除磷基本原理氮磷需要依托微生物新陈代谢作用在合适的环境中被脱除。过去的生物脱氮关键是采用氨化、硝化以及反硝化方式进行，让氮素通过氮气形式排入大气。于厌氧情况下，细菌、放线菌、真菌把有机氮化合物变成氨氮的过程就是氨化；好氧情况下氨氮于氨氧化细菌作用条件下氧化成亚硝酸盐，接着被亚硝酸氧化菌氧化成硝酸盐的过程就是硝化。硝化细菌都是化能自养型，生长速度慢，平均世代时间是10 h以上，同时很容易被各种外来因素所影响。参加污水硝化过程的细菌关键是亚硝化单细菌以及硝化菌属，比较完整的硝化氮素过程就是铵离子含氮量羟胺亚硝酸盐-氮硝酸盐-氮；缺氧情况下硝酸盐于反硝化细菌下变成氮气，反硝化氮素反应过程就是硝酸盐-氮亚硝酸盐-氮一氧化氮一氧化二氮氮气，反硝化细菌属于 50多个属，比如产检杆菌属于假单胞菌属等。2 污水处理生物脱氮除磷工艺2.1 A2/O 法工艺A2/O 工 艺 全 英 文 名 称 为 Anaerobic-Anoxic-Oxic，即厌氧-缺氧-好氧法，该工艺简称就是AAO 工艺与 AAO 法，这是人们常见的工艺，是此次重点讲述。在污水处理过程中，因为污水需要流经几个不同功能分取，也就是厌氧=缺氧-好氧活性区。这种工艺结合了活性污泥传统工艺，生物除磷工艺与生物硝化和反硝化工艺，构成了生物增强脱氮除磷的双重特点。于厌氧区，聚磷菌释放出了磷、吸收了低分子有机物，同时存储在细胞里面，在缺氧区域，经过反硝化细胞对硝酸盐和可进行生物降解的有机物展开反硝化反应构成氧气溢出，实现脱氮除磷；于好氧区域，污水经过这一区域一面降解有机物，一面把氨氮物质经过生物硝化反应变成硝酸盐。另外，聚磷菌借助污水里面可降解有机物提供生长的能量，吸收环境里面溶解的磷酸盐，使用聚合磷酸盐的模式存储在体中，聚磷菌吸收磷，实现生物除磷。水里面的有机碳通过厌氧和缺氧段时分别被使用，步入好氧段以后浓度降低，利于自养硝化细菌生长，把氨氮硝化后构成硝酸盐。有机碳经过降作者简介：张雪飞（1984-），男，中级职称，大学本科，研究方向：工业与生活水处理工程。收稿日期：2022-08-16。文章编号：1671-8909（2023）3-0093-003污水处理生物脱氮除磷工艺的分析张雪飞（安徽禾美环保集团有限公司，安徽 合肥 230000）摘要：近年来，伴随脱氮除磷工艺持续发展和进步，衍生出了各种各样的新工艺。这部分工艺在处理污水效果方面均很不错。本文首先从生物脱氮除磷基本原理出发，然后分析了污水处理生物脱氮除磷工艺，最后探讨了影响污水处理生物脱氮除磷的因素，以供相关人员参考。关键词：污水处理；生物技术；脱氮除磷；工艺中图分类号：X703 文献标识码：A94第 3 期清 洗 世 界解满足有机物排放标准。A2/O 法工艺每个单元区域分布明确，该工艺和别的工艺比较具有这些优势：第一，运行成本低，结构简单，几个区域交替运行，整体水力停留时间短，避免丝状菌持续生长，不易产生污泥膨胀的情况。第二，系统余留污泥量不多，具备较好的沉降性。第三，脱氮除磷过程中可以去除有机物。第四，系统运行稳定，管理便捷，易于控制。2.2 AB 法工艺A-B 段活性污泥法是由 A-B 段构成的，这两段通过串联运行。由于 AB 法工艺不具备脱氮除磷作用，经过改善以后，把 AB 法中的 B 段设计成生物脱氮除磷工艺，可以有效加强 AB 法。比如，将脱氮作为核心，选择 A+A/O 的工艺；将除磷作为核心，选择 A+AI/O 工艺；假设一并消除氮磷，需要选择 A+A2/O 工艺。经过加强 AB 法处理含有磷的污水，在实现除磷脱氮的情况下，可以科学使用已有设施设备，同时促使改造成本减少。详细的方法就是：在污水处理厂展开试验，原水是粗格栅后的渠道进水，经过贮水箱后微型计量泵把其送入A 段曝气池。接种污泥则是以污水处理厂选择。进水是 3 L/h 左右流量持续流。A 段曝气池设计 HRT 0.5 h。B 段曝气池改造成间歇曝气池，按照 HRT是 6、8、10 h 设计出水口，经过时间继电器控制增氧泵开关，从而实现间歇曝气。再者，把机械搅拌桨设计在 B 段，保证搅拌持续进行。选择竖流式当作中间沉淀池，分别设计 HRT，即为 1.5 h 和4 h。2.3 SHARON 工艺SHARON 工艺作业机理是短程硝化反硝化，这一脱氮除磷工艺是由荷兰研发而成的。这种工艺仅需要将氨氮氧化为二氧化氮以后，就可以立即进行直接反硝化。这一方式经过科学使用亚硝化菌和硝化菌不一样的生物速率，在 3035 的情况下，亚硝化菌生长速度是在硝化菌生长速度之上，亚硝化菌最小停滞时间是在硝化菌之下。短程硝化反硝化工艺在上述两个最小停滞时间范畴以内严格把控系统停留时间，从而提高亚硝化菌浓度，从而促使二氧化氮反应转化，达到反硝化的目的。这一特点是针对活性污泥方法的，其会降低耗氧量，从而实现能源消耗降低的目的。2.4 UCT 工艺所谓 UCT 工艺就是厌氧-缺氧-好氧工艺，这种工艺能够防止硝酸盐进入厌氧阶段，由于回流液是源于缺氧时期并非好氧时期。在缺氧时期，因为好氧时期回流之用，硝酸盐浓度控制在低水平中，在这样的状况之下，可供反硝化作用的硝酸盐相较于预反硝化区域反硝化能力更小一些。而将 UCT改良以后，可以确保硝酸盐不会引进厌氧工艺，就算硝酸盐浓度超过反硝化能力范围。缺氧时期分成2 个区域，将污泥回流至上游，经过好氧回流，借助其下游当作硝酸盐反硝化区。在这种设置下，缺氧时期前端会发挥反硝化之用，避免硝酸盐回流到厌氧区。2.5 SBR 工艺这种工艺就是序批式活性污泥法，属于活性污泥处理技术，能够在间歇曝气中运转。最佳的推流工艺让池内厌氧与好氧相互交替，生化反应能力较大，有机物净化效果较好。作为传统污水活性污泥处理系统，和别的工艺比较，序批式活性污泥法的操作方式更加简单易上手，且价格较低。池内具有残留处理水，有稀释与缓冲污水、抵抗水量和冲击负荷、有机物污染物的影响、较好的控制运行作用，而且还有一定的氮磷消除效果。2.6 CASS 法工艺CASS 法工艺就是指循环活性污泥法工艺，这种工艺主要在外国运用。为了增强其运用效果，相关工作人员研发出了适于我国国情发展的新的污水处理工艺技术。通过大量试验展开完成的系统模拟，分别研究出了循环活性污泥工艺处理常温生活污水、工业废水以及低温生活污水。为详细运用提供了非常宝贵的设计参数以及相关指导经验。研究成果被运用到了生活污水处理与多种工业废水工程实践过程中，同时得到了不错的经济效益、生态环境与社会效益。和其他工艺相比较，这种工艺能够把负荷增长到 12 倍，可以有效节约土地与工程总体投资。2.7 A2N-IC 工艺这种工艺是指双污泥反诱导结晶工艺，有效处理了过去生物脱氮除磷系统里面碳源不充分的问题，实现了硝化菌与聚磷菌在不一样的反应器内单独培养，给硝化菌与反硝化聚磷菌建立了适于各自生存生长的良好环境，而且还有效处理了过去的生物脱氮除磷系统污泥磷矛盾的问题。经过将生物与化学方式相融，提升污水脱氮除磷效率的过程中，回收利用磷。双污泥反诱导结晶工艺存在一定的不足和缺点，工艺流程比较长，投资大，很大几率会发生出水氨氮太高和硝态氮对于厌氧释磷的影响。95第 39 卷张雪飞.污水处理生物脱氮除磷工艺的分析3 影响污水处理生物脱氮除磷的几大因素污水处理生物脱氮除磷关键是经过微生物活动得以实现的，该脱氮除磷效率会直接影响到微生物生存与发展。所以，运行与维持高效率的脱氮除磷系统，需要进一步了解污水处理生物脱氮除磷有关的影响因素，具体如下所述：3.1 pH 值pH 为影响污水处理生物脱氮除磷的重要因素：第一，硝化菌与反硝化菌比较适合的 pH 值范围就是 7.58 与 6.57.5。假设 pH 值超过其对应的范围，该活性会立即下滑，相应的硝化速率与反硝化速率会持续下降。所以，对生物脱氮系统运行过程中的pH 值需要将其严格控制在 6.58 之间。第二，生物除磷 pH 值范围是在 68 之间。大部分研究表示，pH 值对厌氧情况下的 PAOs 释磷发挥着关键作用，同时环境里面的pH值升高益于提升厌氧释磷水平。3.2 溶解氧污水处理因为脱氮除磷是让活性污泥交替处在缺氧、厌氧、好氧条件下富集聚磷菌、反硝化菌以及硝化菌的，所以对各阶段溶解氧浓度提出了差异化的要求：第一，反硝化必须要有一定的缺氧状态，溶解氧浓度应当控制在每升 0.5 mg。这是因为该种细菌兼性厌氧菌，菌体中一些酶组分需要在有氧的情况下方可合成，不过过高的溶解氧浓度会与硝酸盐争夺电子供体，同时分子态氧会阻碍硝酸盐还原酶构成，所以溶解氧浓度避免过高。硝化反应需要在好氧下展开，通常溶解氧浓度控制在 23 mg/L 左右，假设过低会累计很多亚硝酸盐。第二，在生物除磷系统内的厌氧时期对溶解氧浓度有很高的要求，由于这一时期的溶解氧浓度对 PAOs 释磷能力影响较大，还会影响到聚磷菌生长。所以，该时期溶解氧浓度保持在 0.2 mg/L 以内。3.3 有毒物质有毒物质通常是指对污水处理微生物生理活动可以带来抑制效果的一部分无机物质与有机物质，比如重金属离子与非金属离子。所谓重金属离子就是铜、铁、锌等，这些重金属离子对微生物有着一定的毒害性，能够和细胞中的蛋白质融合让其变性与沉淀。银、砷、汞等对于微生物有着相当大的亲和力，能够与微生物酶蛋白-SH 基融合，从而阻碍其代谢。甲醛可以和蛋白质氨基相融，继而让蛋白质变性。酚类化合物会损坏微生物细胞膜，会让菌体蛋白凝固，与此同时酚类会造成细胞不能正常代谢。有毒物质对微生物的毒害作用存在着量的概念，在有毒物质于环境下上升到某一浓度的时候，毒性与抑制性方可显现出，同时有毒物质作用和别的因素息息相关，比如常见的水温和 pH 值。3.4 温度在污水处理微生物活性中的一个主要因素就是温度，其对酶催化反应速率和基质扩散进入细胞中的速率有很大的影响。微生物生长是比较复杂的生化反应过程，该种反应必须要在某一温度下展开。低温会导致细菌代谢发生异常，甚而处在休眠情况下，高温会导致细菌体内的酶变性失去活性致使其死亡。第一，硝化反应适宜温度范围是 30 左右，温度不但对硝化细菌增长情况有影响，也会直接影响到硝化细菌代谢活性。特别是低温情况下，会抑制硝化细菌生长，代谢变弱，继而进入休眠状态。温度在 5 以上，硝化反应速率伴随温度增加而增加，在 30 以上硝化速率会伴随温度增加增幅下降。在温度为 15 以下的时候，硝化速率快速下滑。展开反硝化反应最合适的温度就是 3545，温度对硝化菌影响超过了反硝化菌。当水温不超过10，活性污泥活性下滑。4 结语综上所述，污水里面大量的氮磷为水体富营养化的关键因素。污水脱氮旨在经过微生物新陈代谢从水里消除氮磷，同时严格把控源自于水源的水的富营养化。所以，去除氮磷发展成全球各个国家环境研究共同研究的关键点。此次研究过程中，很多生物脱氮除磷工艺是在传统生物脱氮除磷理论基础上得来的，比如 A2O 法工艺、SBR 工艺等，给污水处理提供了技术上的指导与支持。参考文献：1 杜丽飞，陈礼，任慧波.废水生物脱氮除磷工艺研究进展 J.湖南畜牧兽医，2019(01):7-9.2 王一冰.乙醇外碳源驱动新型生物脱氮除磷工艺对营养盐的去除及其机理探究 J.环境工程，2019,37(01):83-87.3 王磊.城市污水的生物脱氮除磷工艺 J.化工设计通讯，2018,44(12):225.4 刘航.典型抗生素与污水脱氮除磷工艺微生物相互作用机理研究 D.天津大学，2017.