【文章內(nèi)容簡介】 且隊城市供水業(yè)造成嚴重影響，水中藻類不僅堵塞濾池，使制水效率嚴重 下降，而且還使消毒劑用量大增，自來水異味很大，甚至藻類產(chǎn)生的某些物 質(zhì)與消毒劑作用生成 “ 三致 ” 物質(zhì)，對 人群健康構成威脅。與內(nèi)地封閉性水 文獻綜述 域的富營養(yǎng)化問題相對應，我國沿海的赤潮發(fā)生頻率也越來越高，水污染給 漁業(yè)生產(chǎn)帶來損失，使受災漁民生活、生產(chǎn)困難。 工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含氮、磷廢水，人類在生活過程中產(chǎn)生的廢水， 農(nóng)田里氮肥、磷肥隨雨水沖淋流入河道，使水體中含氮、磷量升高。水體中 含氮、磷量升高所帶來的危害性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)磷是微生物生長所必須的元素。水體中含磷量的增加造成水體富 營養(yǎng)化，其結果會使某些種類的藻惡性繁殖，當大量的這些藻類死亡時，會 消耗水中大量溶解氧，從而引起水中魚類的大量死亡，水體質(zhì)量變差。 (2)給水廠制水過程中因水體含氮量高而需增加投氮量，增加了給水 處理的成本。 (3)還原態(tài)氮排入水體因硝化作用耗去水中大量的氮，造成水體黑臭。 (4)水體游離態(tài) NH。存在會對人和水生動物有毒害作用。 (5)水中氨氮對會屬銅腐蝕嚴重。 綜上所述，水體富營養(yǎng)化嚴重降低了水資源的利用價值，對于城市經(jīng) 濟、整治和自然環(huán)境構成了嚴重威脅。 常規(guī)活性污泥法能滿足 COD、 BOD、 SS的去除率，但對氮、磷的去除是 有一定限度的，僅從剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮約 10～ 25％，磷約 12～ 19％，達不到上述要求。因此，必須對污水采用脫氮除磷工藝。 2． 1． 1． 2 污水可生物處理的衡量指標 (1) 可生化性指標 BOD；和COD是污水生物處理過程中常用的兩個水質(zhì)指標，用 BOD；／ COD 值評價污水的可生化性是廣泛采用的一種最為簡易的方法 91，一般情況下， BOD。／ COD 值越大，說明污水可生物處理性越好，綜合國內(nèi)外的研究成果， 可參照表 2． 1． 1． 2 中所列的數(shù)據(jù)來評價污水的可生物降解性能。 表 21 污水可生化性評價參考數(shù)據(jù) 文獻綜述 (2) BOD。／ TN 該指標是鑒別能否采用生物脫氮的主要指標，由于反硝化細菌是在分 解有機物的過程中進行反硝化脫氮的，在不投加外來碳源條件下，污水中必 須有足夠的有機物 (碳源 )，才 ‘ 能保證反硝化的順利進行，一般認為， BOD；／ TN3。 5，即可認為污水有足夠的碳源供反硝化菌利用。 (3) BOD。／ TP 該指標是鑒別能否采用生物除磷的主要指標，一般認為，較高的 BODs 負荷可以取得較好的除磷效果，進行生物除磷的低限是 BOD；／ TP=20，有機 基質(zhì)不同對除磷也有影響。一般低分子易降解的有機物誘導磷釋放的能力較 強，高分子難降解的有機物誘導磷釋放的能力較弱。而磷釋放得越充分，其 攝取量也就越大。 2． 1． 1． 3 生物脫氮除磷原理 (1) 生物脫氮原理 生物脫氮是利用自然界氮的循環(huán)原理，采用人工方法予以控制，首先， 污水中的含氮有機物轉化成氨氮，而后在好氧條件下，由硝化菌作用變成硝 酸鹽氮，這階段稱為好氧硝化。隨后在缺氧條件下，由反硝化菌作用，并有 外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮變成氮氣逸出，這階段稱為缺氧反硝化。整 個生物脫氮過程就是氮的分解還原反應，反應能量從有機物中獲取。在硝化 與反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素是溫度、溶解氧、 PH值以及反硝 化碳源。生物脫氮系統(tǒng)中，硝化菌增長速度較緩慢，所以，要有足夠的污泥 泥齡。反硝化菌的生長主要在缺氧條件下進行，并且要有充裕的碳源提供能 量，才可促使反硝化作用順利進行。 由此可見，生物脫氮系統(tǒng)中硝化與反硝化反應需要具備如下條件 “ ： 硝化階段：足夠的溶解氧， DO 值 2mg／ 1 以上，合適的溫度，最好20 ℃ ，不能低于 10。 C，足夠長的污泥泥齡，合適的 PH條件。 反硝化階段：硝酸鹽的存在，缺氧條件 DO值 0． 2mg／ [左右，充足的碳 源 (能源 )，合適的 PH 條件。生物脫氮過程如圖 2 1 所示。 10 文獻綜述 異養(yǎng)型細菌 硝化細菌 反硝化細菌 +有帆物 含氮有機物 ———— +NHa+一 N—————— ◆N0 ，一 N—————— ◆N ， (氨化作用 ) (硝化作用 ) (反硝化作用 ) 圖 2 1 生物脫氮過程示意圖 (2) 生物除磷原理 磷常以磷酸鹽 (H。 PO。一、 HP04” 和 PO．。 )、聚磷酸鹽和有機磷的形式存 在于廢水中，生物除磷就是利用聚磷菌一類的細菌，在厭氧狀態(tài)，能釋放磷， 在好氧狀態(tài)能從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)貯藏在體內(nèi)，形成高磷污泥， 排出系統(tǒng)，達到從廢水中除磷的效果 3。 生物除磷主要是通過排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少 將對脫磷效果產(chǎn)生影響，一般污泥泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥量較多，可 以取得較高的除磷效果。有報道稱，當泥齡為 30d 時，除磷率為 40％，泥 齡為 17d 時，除磷率為 50％，而當泥齡降至 5d 時，除磷率達87％。 大量試驗觀測資料已經(jīng)證實，在生物除磷工藝中，經(jīng)過厭氧釋放磷酸 鹽的活性污泥， ’ 在好氧狀態(tài)下有很強的吸磷能力，也就是說，磷的厭氧釋放 是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厭氧釋放都能增強污泥的好氧吸 磷能力。磷的厭氧釋放可以分為二部分：有效釋放和無效釋放，有效釋放是 指磷被釋放的同時，有機物被吸收到細胞內(nèi)，并在細胞內(nèi)貯存，即磷的釋放 是有機物吸收轉化這一耗能過程的偶聯(lián)過程。無效釋放則不伴隨有機物的吸 收和貯存，內(nèi)源損耗， PH 變化，毒物作用 引起的磷的釋放均屬無效釋放。 在除磷 (脫氮 )系統(tǒng)的厭氧區(qū)中，含聚磷菌的回流污泥與污水混合后， 在初始階段出現(xiàn)磷的有效釋放，隨著時間的延長，污水中的易降解有機物被 耗完以后，雖然吸收和貯存有機物的過程基本上已經(jīng)停止，但微生物為了維 持基礎生命活動，仍將不斷分解聚磷，并把分解產(chǎn)物 (磷 )釋放出來，雖然 此時釋磷總量不斷提高，但單位釋磷量所產(chǎn)生的吸磷能力將隨無效釋放量的 加大而降低。一般來說，污水污泥混合液經(jīng)過 2h 的厭氧后，磷的有效釋放 己甚微。在有效釋放過程中，磷的釋放量與有機物的轉化量之間存在著良好 的相關性，在有效釋放過程中，磷的厭氧釋放可使污泥的好氧吸磷能力大大 文獻綜述 提高，每厭氧釋放 lmgP，好氧條件下可吸收 2． 0～ 2． 4mgP，厭氧時蒯加長， 無效釋放逐漸增加，平均厭氧釋放 lmgP所產(chǎn)生的好氧吸磷能力將降至lmgP 以下，甚至達到 0． 5mgP。因此，生物除磷系統(tǒng)中并非厭氧時問越長越好， 同時，在運行管理中要盡量避免低 PH 的沖擊，否則除磷能力將大幅度下降， 甚至完全喪失，這主要是由于 PH降低時，會導致細胞結構和功能損壞，細 胞內(nèi)聚磷在酸性條件下被水解，從而導致磷的快速釋放。 一般情況下，厭氧區(qū)的水力停留時間 l’1 ． 5h即可滿足要求。 2． 1． 2 常用的污水生物除磷脫氮工藝 污水的氮、磷去除技術研究在四十年前就開始了。污水脫氮除磷可供選擇 的處理方法通常有生物處理法及物理化學法兩大類。物理化學法，可分為吹脫 法、折點加氯法、離子交換法、電滲析、反滲析和化學加藥等方法，經(jīng)過近階 段的研究和試驗表明，對除磷作用明顯，但對氮的脫除工藝比較繁復，而且這 些方法由于造價及經(jīng)常運行費都高，不太適用于大規(guī)模的污水處理，因此，城 市污水處理中一般不推薦采用物理化學法進行污水脫氮。 一般生物處理方法中又分活性污泥法和生物膜法二種，由于生物處理方法 具有處理效益高，運行穩(wěn)定，運轉經(jīng)驗豐富，操作環(huán)境良好等優(yōu)點，因此對城 市污水進行脫氮除磷，生物處理脫氮除磷的方法是其中的首先方案。生物處理 法是模擬自然界生物對氮、磷降解的方法。氨氮在微生物的作用下產(chǎn)生硝化和 反硝化反應從而達到去除氮的目的。磷在微生物的作用下通過厭氧釋放和好氧 超量吸收，最終以剩余污泥方式從水中去除。 所有生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個不同過程的交替 循環(huán) ““ 。 按照構筑物的組成形式、運行性能以及運行操作方式的不同，又 分為懸浮型活性污泥法和固著型生物膜法兩大類，應用于城市污水廠的懸浮 型活性污泥法污水處理工藝主要有三個系列 ““ ：氧化溝系列、序批式反應 器 SBR 系列、 A／ O 系列。各個系列不斷地發(fā)展、改進，形成了目前比較典型 的工藝有：如 ∥ ／ O 工藝、改良 A2／ 0 工藝、 UCT 工藝、改良 UCT 工藝、VIP 工藝、倒置 A2／ O 工藝、 ORBAL 氧化溝工藝、 CARROUSEL 一 2020 氧化溝工藝、 雙溝式 DE 氧化溝工藝、三溝式 T 型氧化溝工藝、 CAST 工藝、 SBR工藝、 MSBR 文獻綜述 工藝、 UNITANK 工藝等。應用于城市污水處理廠的固著型生物膜法工藝主要 包括 BAF 生物濾池； BIOFOR生物濾池。在國內(nèi)城市污水處理廠，各種生化 處理工藝所占的比例的情況如下表： 表 2— 2 國內(nèi)常見生化工藝在城市污水處理廠的比例 2． 12． 1除磷脫氮活性污泥法 (1) A2／ 0 工藝 A2／ O 工藝的生物反應池由 ANAEROBIC(厭氧 )、 ANOXIC(缺氧 )和 OXIC(好氧 )三段組成。在池體的設計上，厭氰、缺氧和好氧三段在結 構上有墻體分開，通過墻體上所丌的孔洞實現(xiàn)水力連接，界線分明， 功能明確，可以根據(jù)進水條件和出水要求，人為的控制三段的時空比 例和運轉條件。污水經(jīng)過生物反應池厭氧、缺氧和好氧三段的處理， 實現(xiàn)對污水中 BOD、 SS、 T P、 TN 的有效去除。只要碳源充足 (TKN ／ COD≤0 ． 08 或 BOD／ TKN≥4) 便可根據(jù)需要達到比較高的脫氮率 “41 。 A2／ 0 工藝流程如圖 2 2 所示。 圖 2— 2 A2／ O 工藝流程圖 在生物脫氮除磷工藝流程中，厭氧段的功能是使除磷微生物釋放 磷，此時，污水中磷的濃度增高，溶解性有機物被微生物細胞吸收使污 文獻綜述 水中的 BOD 濃度下降， NHLN 因細胞的合成有部分被去除，污水中的 NH4+N 濃度下降， NO。一一 N濃度不變 “6 。 ”’ 。 在缺氧段，反消化菌利用污水中的有機物作碳源，將從好氧段回 流過來的混合液中的 NO。一 N 及 NO。一 N 還原為 N。氣釋放到空氣中，此時， 污水中 BOD的濃度下降， N03N濃度大幅下降。 在好氧段，有機物被微生物降解， BOD 濃度大幅下降，有機氮被硝 化，污水中 NO。一 N 的濃度增高，隨著除磷微生物對磷的過量攝取，污 水中的磷轉移到微生物體 (活性污泥 )中，污水中磷的濃度顯著下降。 A2／ 0 工藝通過以上生物反應池厭氧、缺氧和好氧三段的處理，實 現(xiàn)同時完成微生物對有機物的去除、硝化和反硝化脫氮、磷的過量攝 取而被去除的功能。 (2) 改良 A2／ O 工藝 為了解決 A2／ O 工藝的第一個缺點，即由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的 硝酸鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響，改良 A2／ 0 工藝在厭氧池之前增設厭氧／缺氧 調(diào)節(jié)池，改良 A2／ O 工藝流程見圖 23 所示 “ ，來自二沉池的回流污泥和10％ 左右的進水進入調(diào)節(jié)池，停留時間為 20’30min ，微生物利用約 10％進水中的 有機物去除回流硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池 的穩(wěn)定性。 圖 2 3 改良 A2／ O 工藝 文獻綜述 改良 A2／ O 工藝雖然解決了傳統(tǒng) A2／ O 工藝中 A1段回流硝酸鹽對放磷的 影響，但仍有幾缺點： A．由于缺氧區(qū)位于系統(tǒng)中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而 影響了系統(tǒng)的脫氮效果 B．由于存在內(nèi)循環(huán)，剩余污泥中實際上只有一少部分經(jīng)歷了完整的放 磷、吸磷過程，其余則基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進入好氧區(qū)。 C．增加調(diào)節(jié)池，占地面積及土建費用需相應增加。 (3) UCT 工藝 UCT工藝的流程見圖 2— 4所示，該： 1：藝與 A2／ O工藝的區(qū)別在于，回流 污泥首先進入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厭氧段。通過這樣的 修正，可以避免因回流污泥中的 N03N 回流至厭氧段，干擾磷的厭氧釋放， 而降低磷的去除率。回流污泥帶回的 NO。一 N 將在缺氧段中被反硝化。當入流 污水的 BOD。／ TKN 或 BOD；／ TP 較低時，較適用 UCT 工藝。 內(nèi)回流 I(r=100— 200％ )