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第11卷第l期1996年3月广州环境科学Vol.11GUANGZHOUHUANnNOKEXUEMar-,No。l199621AZ/O生物除磷脱氮活性污泥法运行控制条件卓奋(广州市环境保护科学研究所)杨丽华(广州市环境监测中,“站)摘要本文根据生物除磷脱氮机理,结合国内外研究以及我国天津纪庄子和广州大坦沙等城市污水处理厂的运行经验,综述了A丫o生物除磷脱氮活性污泥工艺运行控制条件。关键词矿/0工艺活性污泥法生物处理脱磷脱氮运行条件1引言以往的废水生物处理工艺均以去除废水中的有机物(BODs)为主要目标,对于城市污水和一些含氮、磷的工业废水,除磷脱氮效果较差,大量氮、磷排入封闭性水体,导致水体富营养化,刺激藻类过量繁殖,使水体溶解氧耗尽,引起水质恶化。水体富营养化问题,六十年代在国外引起广泛重视,并开始研究废水生物除磷脱氮技术。A,/0生物除磷脱氮活性污泥法是七十年代初由南非和美国等国家研究开发的。由于该工艺在去除废水中有机物的同时,具有良好的除磷脱氮效果,到八十年代在国外得到很快的发展和广泛应用。我国自八十年代初开始尸/o生物除磷脱氮工艺的研究,并在八十年代末成功地应用于城市污水处理,据不完全统计,我国已有16个城市污水处理厂(包括正在设计、施工的)采用生物除磷脱氮工艺,总处理规模达80万吨/日。AZ/0生物除磷脱氮工艺是我国近十年推广使用的废水生物处理新工艺,也是国内目前正在深入研究的课题。本文根据生物除磷脱氮的机理,结合国内外学者的研究以及我国天津纪庄子和广州大坦沙等污水处理厂的运行经验,对A’/0生物除磷脱氮活性污泥处理工艺的运行控制作一综述。2生物除磷脱氮机理.21生物除磷生物除磷是通过厌氧、好氧交替变化的条件进行的。在厌氧环境,聚磷菌受到压抑,将储于体内的聚磷酸盐分解,并以溶触态单磷酸盐的形式释放出来。在聚磷分解、释放过程中伴有能量产生,聚磷菌利用释磷过程产生的大部分能量,将废水中可溶性低分子脂肪酸(发酵产酸菌将大分子有机物降解的产物)吸收,合成PHB(聚声轻基丁酸)后储于体内,使之在厌氧不利条件下得以生存。当聚磷菌进入好氧环境时,又将储于体内的PHB进行好氧分解,释放出能量,以满足其自身繁殖生长和将废水中的溶解性磷吸收、合成聚磷酸盐储于体内所需要的能量。在聚磷菌释磷和聚磷过程中,均伴有有机物的降解反应,废水中的磷通过排放富磷剩余污泥来去除。2.2生物脱氮生物脱氮由硝化与反硝化作用两个生物反应过程组成。硝化作用指在好氧条件下,硝化菌将氨氮氧化成硝态氮(NO动的过程,其反应式为:阳:+1.502卫夔竺塑曳No:+HZo+ZH++84千卡No:机_5oz迪些乌N衡十拐千卡总反应式:NH:+202卫丝遭争No、+HZo+ZH++102千卡硝化菌有强烈的好氧性,且对pH值的变化十分敏感,由以上反应式可以看出,在硝化过程中,要将l克氮完全氧化成硝态氮,需要4.57克氧和7.1克碱度(以CaC仇计)。另外,由于硝化菌是一类自养型菌,与降解有机物广州环境科学1]卷]期(BOD。)的异养型菌相比,繁殖速度较慢,要使其在硝化过程中有良好的生长环境,必须适当降低BoDS负荷,保持较长的污泥龄。反硝化作用是指缺氧化条件下,硝态氮在反硝化菌作用下被还原为氮气的过程,其总反应式为:4No、+se(有机碳)+ZHoz三燮曳2N2+5C02+4OH一反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,在缺氧条件下将硝态氮还原氮气,主要利用废水中的有机碳作为电子供体,因此,在反硝化过程中,废水中必须要提供足够量的有机碳,才能保证反硝化反应的进行。根据反硝化反应式计算,理论上废水的碳(以BODS计)与氮的比值(即BoDS/TN)必须大于2.86,才能满足反硝化菌对碳源的需要。3A,/o工艺的运行控制AZ/0生物除磷脱氮活性污泥法由厌氧、缺氧和好氧三个生物反应过程组成。根据国内外许多学者的研究,以及我国天津纪庄子和广州大坦沙等城市污水处理厂的运行经验,在A,/0工艺的运行过程中,除了要对废水pH值、温度、抑制物质和二沉池运行工况进行必要的控制外,主要控制因素如下:3.1溶解氧(Do)A’/o活性污泥工艺运行过程,溶解氧的控制对系统运行效果十分重要,由于厌氧段、缺氧段及好氧段生物反应所需要的条件不同,因此,它们对溶解氧浓度的控制也不相同。厌氧段的厌氧条件控制很重要。溶解氧浓度偏高,会影响聚磷菌的释磷和PHB的合成,致使其在好氧段的摄磷能力受到影响,降低系统的除磷效率。许多学者通过实验证明,为了保证系统的除磷效果,厌氧段溶解氧应控制在0.2一0.3mg/L以下。缺氧段主要进行硝化反应,溶解氧浓度控制要求低于0.5~0.7mg/L。如果溶解氧浓度过高,反硝化菌则会利用溶解氧作为最终电子受纳体,同硝态氮争夺电子供体(有机碳),阻碍硝化反应的进行,从而影响系统的脱氮效果。好氧段主要进行有机物降解反应和硝化反应,国内外大量研究表明,其溶解氧浓度应控制在1.5~2.smg/L为宜。好氧段溶解氧的控制对系统除磷脱氮及有机物的去除极为重要,溶解氧浓度过低,不仅影响硝化反应和有机物的降解,而且也影响到聚磷菌在好氧条件下盯摄磷能力,使系统运行效果受到影响。反之,若溶解氧浓度过高,则会使厌氧段和缺氧段溶解氧浓度偏高,降低系统的除磷脱氧效果。3.2废水中营养物的比例废水中营养物的比例是影响系统生物除磷脱氧的主要因素之一。在厌氧条件下,聚磷菌能够维持生存,主要靠其释磷和合成PHB。要使其聚磷菌合成足够的PHB,保持良好的生长状况,就必须要求废水中有足够多的有机物(BoD:)。实验证明,废水的碳、磷比(即BOsD/TP)必须大于20一30,才能保证系统获得较高的除磷效果。在反硝化反应过程中,硝态氮在反硝化菌的作用下,能被还原为氮气,主要靠利用废水中的有机碳作为电子供体。许多研究表明,废水的碳、氮比(即BODS/T’N)须大于3~5,才能使系统获得良好的脱氮效果,否则,反硝化过程会因碳源不足受到影响,使脱氮效率降低。如广州大坦沙污水处理厂,污水总氮(TN)去除率平均仅为34.4%,这与污水碳源不足(Bon。/TN为2.25)有很大关系。3.3BoD:负荷在AZ/0工艺运行过程中,好氧段OBD。负荷对系统除磷脱氮的影响也是非常重要的。在好氧段,自养型硝化菌与降解有机物的异养型好氧菌的生长,始终处于相互竟争状态,由于硝化菌繁殖速度较慢,要使其在生长过程中保持一定的优势,就必须降低好氧段的BoD、负荷。oBD、负荷越低,对反硝化反应越有利,系1]卷l期卓奋等:矿/0生物除磷脱氮活性污泥法运行控制条件统脱氮效率越高,但BODS负荷过低,会使污泥因缺乏营养而生长不良,耗氧速率下降,导致厌氧段溶解氧浓度偏高,影响系统除磷效果。实践证明,为保证系统除磷脱氮效果,好氧段BoDS负荷应控制在0.1~0.ZkgBoDS(kgM比s·d)为宜。3.4硝态氮(No了)AZ/0工艺运行过程中,厌氧段NO矛浓度的控制,直接影响到系统的除磷效果。在厌氧条件下,废水中的高分子有机物,在气单胞菌的作用下可发酵生成乙酸等低分子脂肪酸,OBidrch等人的研究证实,在生物除磷过程中,气单胞菌一发酵产酸一除磷之间存在连锁关系。气单胞菌属兼性异养菌,可利用No了作为电子最终受体进行反硝化反应,当有No牙存在时,有机物的发酵产酸作用将受到抑制,使聚磷菌的释磷和PHB的合成受到影响,从而降低系统的除磷效率。有研究表明,A’/0工艺运行过程中,厌氧段NO矛浓度应控制在ZmgL/以下,否则会影响除磷效果。当废水碳、氮比(即BoDs/TN)大于12.5时,No于对系统除磷的影响较小。.35污泥龄系统污泥龄越短,污泥含磷量越高、剩余污泥量越多,而通过剩余污泥排放的磷便越多,系统除磷效果越好。但是,由于硝化菌最小世代时间较长,要使其生长繁殖并保持一定的数量,要求系统泥龄有足够长,否则,会影响脱氮效果。可见,在尸/o工艺运行过程中,除磷与脱氮对系统泥龄的要求是相互矛盾的,应根据废水状况及其处理目标来控制相对合理的污泥龄。4结语A,/O生物除磷脱氮活性污泥技术是我国近年积极推广使用的废水处理新工艺,虽然在工程中已得到应用,但仍然缺乏成熟的运行经验,如何掌握最佳运行控制,仍然是今后要深入研究的课题。5参考文献【1」秦麟源.废水生物处理.上海:同济大学出版社,1989:307~339〔2〕钱易,米祥友.现代废水处理技术.北京:中国科学技术出版社,1993【3〕刘玉生等.A/0和A丫。法除磷脱氮工艺影响因素及除磷动力学的研究.环境科学研究,1992;5(2):59~64〔月忱耀良等.废水生物除磷工艺中聚磷菌的作用机制及运行控制要点.环境科学与技术,1995;(2):11~165[〕徐亚同等.采用A/0系统处理废水的试验研究·中国环境科学,1986;6(3):36~41口〕宗官功.污水除磷脱氮技术.北京:中国环境科学出版社,1987:130~155【7〕张中和等.给水与废水处理国际会议论文集.北京:中国建筑工业出版社,199峨;377~382DiseussiononOPerationalConidtionofBiologiealRemovalOfNitrogenandphosphorusbyA,/0AeitvatedsludgerTeatmentZ触刃风叨I恤9乙ih翻ThisPapeTdescri加5theoperationeonidtiosnofb1Olog溉1removalofnitrogenandhPosPhorusf:omrnuneip一esewasebyA艺/0aetivat比sxudgetraemtentbas叻ontheme由an治mofbiologcallremovalofnit、osenandhP佣Phorus,eom玩ndewithdomesiteandabrcadre沈arehandtherunningex件rieneeofJ坛huangzimuniciplesewaseplant(TianJing)andDaatns加municiPlesew铭ePlanr(Guanghzou).Keywor山A:/0biologicaltreatmentactivateds一ud,treatmentdenitrsf湘itondePhosPhorylationOPerationalcondition