反硝化除磷机理及典型工艺

2021-09-04 08:42:30 13

利用厌氧—缺氧间歇式反应器(A2SBR)所富集的兼具反硝化能力和除磷能力的兼性厌氧微生物,此类微生物被称为反硝化聚磷菌(DPAO)。

反硝化除磷机理与传统的厌氧/好氧除磷机理基本相似,在厌氧段,DPAOS利用来自于糖原和聚磷水解的能量,将污水中的挥发性有机酸(VFAS)转化为内碳源物质聚羟基脂肪酸酯(PHA)储存起来,同时将磷酸盐释放到水中;好氧段,DPAOS利用硝酸盐(NO3)代替氧气作为电子受体,氧化内碳源物质PHA,为自身的细胞生长、磷酸盐吸收、糖原的补充提供能量,完成同时缺氧吸磷并将NO3反硝化,在缺氧段实现了碳源同时脱氮和除磷的目的,即“一碳两用”。



反硝化除磷脱氮工艺主要分为两类,即单污泥和双污泥系统。单污泥系统典型的工艺有UCT(University of Cape Town)工艺和BCFS(Biologische Chemische Fosfaat Stikstof Verwijdering)工艺。双污泥系统最典型的工艺为Dephanox工艺和A2N(Anaerobic-Anoxic-Nitrification)工艺。



UCT工艺是由南非开普顿大学基于厌氧—缺氧—好氧生物脱氮除磷工艺(A2/O工艺)基础上,通过改变污泥回流方式,避免硝酸盐对厌氧释磷的影响,从而强化生物除磷效果。其工艺流程如图1所示。

UCT工艺的设计并不是基于反硝化除磷原理,而这种工艺流程无意间强化了厌氧缺氧交替的环境,为DPAOS的生长提供了有利条件。UCT工艺缺点在于反硝化聚磷菌、硝化细菌和普通的反硝化异养菌共存,共同经历厌氧、缺氧和好氧交替环境,反硝化聚磷菌与其它脱氮除磷功能菌都存在着不同程度的竞争。

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BCFS工艺BCFS工艺将Carrousel氧化沟与UCT工艺有机结合,从工艺角度本身出发最大程度地提供DPB富集条件的一种变型UCT工艺。工艺流程如图2所示,BCFS工艺由5个功能独立的反应池和3个循环系统组成。

该工艺在设计上摒除了回流污泥携带硝酸盐对厌氧释磷的影响,缺氧选择器的设置可吸附厌氧残留的化学需氧量(COD),同时迅速反硝化来自污泥回流中的硝酸盐,因此具有抑制污泥膨胀的作用。BCFS工艺的缺点在于其缺氧、好氧混合池(氧化沟)单元占整个系统的1/3体积,占地面积较大。

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Dephanox工艺Dephanox双污泥反硝化除磷脱氮工艺工艺流程如图3所示。Dephanox工艺的最显著特点在于好氧硝化细菌附着在生物膜上生长,不暴露在缺氧环境下,可解决聚磷菌和硝化细菌在污泥龄上的矛盾。

缺点在于进水氮磷比经常不能满足缺氧吸磷的要求,限制了Dephanox工艺反硝化除磷在工程上的应用。Dephanox工艺可用于处理C/N较低的城市污水,当进水COD浓度很高时,缺氧池无法实现完全除磷,此时可通过好氧池进一步去除剩余的磷。



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A2N工艺A2N双污泥系统(如图4所示)将反硝化除磷菌和硝化细菌在不同的污泥系统中培养,各自沉淀之后只交换上清液,来实现硝化和反硝化除磷,解决了反硝化细菌和聚磷菌对基质的竞争以及硝化细菌和聚磷菌污泥龄矛盾的问题。

该工艺尤其适用于低C/N比的水质。该工艺的缺点在于当缺氧段硝酸盐不足时将影响缺氧吸磷效果,硝酸盐过量又使得剩余硝酸盐随回流污泥进入厌氧段,干扰厌氧释磷和聚羟基丁酸酯(PHB)的合成;未经硝化过程直接和DPB污泥一起进入缺氧段,无法实现反硝化脱氮,往往导致出水的氨氮浓度较高。



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研究者通过在原有厌氧好氧工艺法(A/O工艺)基础上,在A/O工艺前端增加了一个厌氧选择器和一个缺氧选择器,开发了一种两级生物选择反硝化除磷脱氮工艺—BBSNP工艺(Bi-Bio-Selector for Nitrogen and Phosphorus removal process),为有效解决低C/N比城市生活污水同步除磷脱氮提供了新的思路。

BBSNP工艺(如图5所示)在设计上解决了前置反硝化型工艺硝酸盐回流对厌氧释磷的影响,亦可抑制污泥膨胀,对低C/N比城市生活污水处理具有独特的现实意义。


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我国很多城市的已建和拟建的污水处理厂都面临着同步脱氮除磷的问题,寻求一种经济高效、环境友好、易于操作的生物除磷脱氮工艺迫在眉睫。

由于目前我国大多数污水处理厂采用A/O和A2/O工艺,仅靠生物除磷却往往难以实现出水磷达标,常常需要辅以化学除磷,增加了污水处理的成本,同时污泥产量高且脱水性不好,为后续的污泥处理带来很大的干扰。

因此,以A/O和A2/O工艺为基础研发的BBSNP工艺,为解决我国城市生活污水同步除磷脱氮问题提供了技术支持,针对BBSNP工艺的运行参数优化尚需更加深入的研究,以便为反硝化除磷工艺的实际应用提供可靠的运行参数。



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