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第10卷第2期中南工学院学报Vol.10No.21996年12月JOURNALOFCENTRAL一SOUTHINSTITUTEOFTECHNOLOGYeDe.1996AZ/0生物脱氮除磷工艺的探讨姿金生(中南工学院建筑工程系,衡阳,421001)摘要本文阐述了生物脱氮除碑的原理和A,/0工艺流程,并对该工艺流程进行了详细的分析研究,指出了它存在的问题,提出了对A“/O工艺流程的改进措施.对AZ/0生物脱氮除磷工艺的设计与运转具有指导意义.关键词生物脱氮除磷;污水处理;脱氮除磷工艺中图法分类号TU991·2;X78O引言长期以来,城市污水处理均以去除有机物和悬浮物为目的,其工艺为普通活性污泥法.该法对氮、磷等无机营养物去除效果很差.一般来说,氮的去除率只有20%~30%,磷的去除率只有10%一20%.随着大量的化肥、农药、洗涤剂等高浓度氮、磷工业废水的排出,导致城市污水中N、尸浓度急剧增加,从而引起水体中溶解氧降低及水体富营养化,同时影响了处理后污水的复用.所以,要求在城市污水处理过程中不仅要有效地去除BODS和55,而且要有效地脱氮除磷.八十年代以来,生物脱氮除磷工艺已成为现代污水处理的重大课题,特别是以厌氧一缺氧一好氧(Aaneroibc一Anoixc一Oixc,简称AZ/O工艺)系统的生物脱氮除磷工艺〔`〕,因其特有的技术经济优势和环境效益,越来越受到人们的高度重视.1AZ/O工艺生物脱氮除磷原理A“/O工艺中有机碳污染物(BOD)的降解过程与普通活性污泥法相同,而氮和磷的去除机理是目前研究探讨的重点.1.1生物脱氮原理污水生物脱氮是由硝化和反硝化二个生化过程完成的.1.1.1硝化过程硝化过程是在好氧池中,含氮有机物被微生物降解成氨,氨在自养型好氧微生物硝化菌的作用下将氮氮转化为硝酸态氮.硝化过程的总生化反应式:本文于1996年8月28日收到DOI:10.19431/j.cnki.1673-0062.1996.02.007第10卷第2期娄金生:AZ/O生物脱氮除磷工艺的探讨NH犷+1.5602+0.5sgHeo、互直J丝董。由(1)式可知,1gNH梦一N氧化成盐碱度,大约1gNH犷一N需消耗7.14O21C6HSOZN+1.04402+1.881H2CO3+0.982NO歹(1)NO子一N需消耗4.57902,同时要消耗水中重碳酸gcacO3,当水中碱度不足时会引起pH值下降,此时应投加一定量的碱以维持pH在8.0一8.4范围内,确保硝化反应顺利进行.硝化反应动力学公式为:(拜)、一(拜m。、、N〔NH才一N〕KN+〔NH才一N〕(2)式中:(产)N—硝化菌比生长速率d(一’);(产。、)N—硝化菌最大比生长速率d(’`);〔NH才一N〕—好氧池中NH才一N浓度(mmol.L一’);KN—半速率常数(mmol·L一’).由于硝化菌是一类自养型好氧菌,有机物浓度不是它的生长限制因素,所以在废水的硝化处理过程中,含碳有机物浓度不应过高,否则会使生长速率较高的异养菌迅速繁殖,使自养型硝化菌得不到优势,从而降低了硝化速率.好氧池中污泥龄(0c)N应为:(OC)N=KN+〔NH犷一N〕(拜m。二)N〔NH才一N〕(3)式中:(氏)N—污泥龄(d).污泥龄必须大于硝化菌最小世代时间,硝化菌才能在好氧池中生存下来,否则硝化菌的流失率大于净生长率,将使硝化菌从该系统中消失,使硝化过程遭到破坏.一般应取污泥龄(c0)N为硝化菌最小世代时间的3倍以上.1.1.2反硝化过程反硝化菌是一群异养微生物,在溶解氧浓度极低的缺氧池中,利用硝酸盐中的氧作为电子受体,有机物作为碳源及电子供体,提供能量并得到氧化稳定.当利用甲醇作为碳源时,反硝化过程的反应式为:NO歹+1.08CH3OH十0.24HZCO反硝化菌NO牙+0.67CH3OH十0.53H2CO3反硝化菌0.O56C:H:NOZ+0.47N:个+1.68H20十HCO矛(4)0.o4CSH7NOZ+0.O48N:个+1.23H20+HCO孚(5)由(4)(5)式可知,每还原1gNO歹可提供氧量约2.69,还可提供一定的碳酸盐碱度,每还原1gNO歹一N可提供3.47geaeO3.反硝化反应动力学公式为:1一、Jh.才由.{鲤{`、’`(dt)DN{迎{_(dt)DN—反硝化速率,mgNO3一N/(LK`X(6)K’—常数,h一`;X—反硝化菌浓度,mgVss·L一`·当有机碳源充分时,反硝化速率与硝态氮呈零级反应,而只与硝化菌浓度有关.为了充分利用污水中的有机碳源,所以采用前置缺氧脱氮流程,硝态氮由硝化混合液回流提供.中南工学院学报1996年12月同时反硝化菌属兼性厌氧菌,在缺氧条件下进行,与好氧菌在好氧条件下进行的生化反应速率相比,反硝化生长速率较小,反应速度较慢.1.2生物除磷原理A“/O工艺除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸收两个过程完成的`幻.通过活性污泥中的专性好氧不动细菌聚磷菌的聚磷除磷作用,当污泥回流至厌氧池后,聚磷菌处于压抑状态,消耗细胞内贮存的聚磷产生能量,用于维持生命和吸附污水中可快速生物降解的溶解性有机物,并在细胞内把有机物转化成聚月经丁酸贮存起来.同时因聚磷的降解,细胞内多余的磷释放到液体中来.当聚磷菌进入好氧池后,降解体内贮存的聚月经丁酸,产生大量的能量用于细胞合成增殖,聚磷菌更加变本加厉地从污水中吸收磷,细胞内吸收了大量磷的高磷污泥,最后以剩余污泥的形式排出系统,从而完成除磷过程.试验表明,聚磷菌在厌氧池每释放1mg磷,进入好氧池就可从污水中吸收2.0一2.4mg磷.2AZ/O工艺流程2.1生物脱氮除磷工艺在开发研究生物脱氮工艺流程时发现,该流程比普通活性污泥法的除磷效果有提高,因此就逐步建立了同时进行生物脱氮除磷工艺.其中有aBrdenpho工艺〔3〕,它由两级Aonix。/Oixc(A/0)工艺的四个反应池组成,脱氮效果90%~95%,除磷效果85写一90%.但工艺流程长,投资大,管理复杂.为了提高除磷效果,对Bardenpho工艺进行了改进,在其前面再加一个厌氧池,以促进磷的释放,从而保证在好氧池条件下有更强的吸收磷的能力,提高除磷效果,称为Phoredox工艺.但它仍有Bardenph。工艺同样的缺点.为了克服这些问题,研究出的AZ/O工艺则是一种较好的生物脱氮除磷新工艺.2.2AZ/0工艺流程的特性AZ/O工艺由厌氧一缺氧一好氧池组成,见图1.出水一|二沉池乓约万那靓飞了不葫骊刁一于砰氧回流混合液回流污泥剩余污泥图1AZ/住〔艺流程在厌氧段,污水中BODS、COD有一定下降,NH才一N由于细胞的合成而有一定的去除,而NO子一N不变,磷的含量因聚磷菌的释放而上升.在缺氧段,废水中有机物被反硝化菌利用作为合成细胞的碳源,故BODS、COD继续减少,NH才一N变化较小,NO矛一N大幅度下降,被还原成NZ并释放至大气.磷的变化很小.在好氧段,有机物继续降解而减少,NH不-N和P以较快速率下降,NO矛一N则由于硝化作用而上升.上述2A/O的工艺特性如图2所不.第10卷第2期娄金生:AZ/0生物脱氮除磷工艺的探讨原污水动`Aee,中-A一冲一一一一一0.一---冲`-BBBODDD-r一...}}}}}}}}}}}}}个个、、``们咫咫``、``岭岭///fff~.....七``NNNO子NNNPPP、、、、、、、ffflllll、、```、---回流污泥图2AZ/O工艺特性曲线3AZ/O工艺流程分析3.1污水中可生物降解有机物对脱氮除磷的影响生物反应池混合液中能快速生物降解的溶解性有机物对脱氮除磷的影响最大.厌氧段中聚磷菌吸收该类有机物,而使有机物浓度下降,同时使聚磷菌释放出磷,以便在好氧段更变本加厉地吸收磷,从而达到去除磷的目的.如果污水中能快速生物降解的溶解性有机物很少,聚磷菌则无法正常进行磷的释放,导致好氧段也不能更多地吸收磷.经试验研究,厌氧段进水溶解性磷与溶解性BODS之比应小于0.06,才会有较好的除磷效果.缺氧段,当污水中的BODS浓度较高,又有充分的快速生物降解的溶解性有机物时,即污水中C/N比较高,此时NO歹一N的反硝化速率最大,缺氧段的水力停留时间HRT为0.5一1.0小时即可;如果C/N比低,则缺氧段HRT需2一3小时.由此可见,污水中的C/N对脱氮除磷的效果影响很大,对于低BODS浓度的城市污水当C/N较低时,脱氮率不高.一般来说,污水中COD/TKN8时,氮的总去除率可达80%.3.2污泥龄(SRT)的影响AZ/O工艺系统的污泥龄受二方面影响,一方面是受亚硝化菌世代时间的影响,使SRT比普通活性污泥法的污泥龄长一些;另一方面,由于除磷主要是通过剩余污泥排出系统,要求A,/O工艺中SRT又不宜过长.权衡二个方面,AZ/O工艺中的SRT一般为15一20天,与法国研究得出的SRT公式相符.该公式为:SRT~TKNTE+1.5TKN丁E、l+1.094(45一T、入一-一-二厂花二丁万一一一一一U。1艺b(天)(7)式中:TKNTE为出水中总凯氏氧(TKN)浓度mg·L一`3.3AZ/0工艺系统中溶解氧(DO)的影响在好氧段,DO升高,NH犷一N硝化速度会随之增加,但DO2mg·L一`后其增长趋势中南工学院学报1996年12月减缓,如图3所示.因此DO并非越高越好.因为好氧区DO过高,则溶解氧会随污泥回流和混合液回流带至厌氧段与缺氧段,造成厌氧段厌氧不完全而影响聚磷菌的释放和缺氧段的NO歹一N的反硝化.英国学者查列在“不同温度下活性污泥硝化动力学与溶解氧浓度研究报告”中指出,高浓度溶解氧也会抑制硝化菌.所以,好氧段的DO应为2mg·L一’左右,太高太低都不利.0.15,.叫}尸内、上O,100.51.01.52刀2.53.03.DO/呢·L一1图3丈义)浓度对NH才一N氧化速度的影响对于厌氧段和缺氧段,则DO越低越好,但由于回流和进水的影响,应保证厌氧段DO.02mg·L一`,缺氧段DO0.5mg·L一`.4AZ/O工艺流程存在的问题和改进措施.41AZ/0工艺流程存在的问题A“/0工艺流程当脱氮效果好时,除磷效果则较差,反之则亦然.该工艺很难同时取得好的脱氮除磷的效果,其原因是:该流程回流污泥全部进入厌氧段,为了使系统维持在较低的污泥负荷下运行,以确保硝化过程的完成,则要求采用较大的回流比(一般为60%一100%,最低也应在40%以上),这样系统硝化作用良好;由于回流污泥也将大量硝酸盐带回厌氧池,而磷又必须在混合液中存在有快速生物降解的溶解性有机物及在厌氧状态下,才能被聚磷菌释放出来.但当厌氧段存在大量硝酸盐时,反硝化菌会以有机物为碳源进行反硝化,待脱氮完全后才开始磷的厌氧释放,这就使得厌氧段进行磷的厌氧释放的有效容积大为减少,从而使得除磷效果较差,而脱氮效果较好.反之,如果好氧段硝化作用不好,则随回流污泥进入厌氧段的硝酸盐减少,改善了厌氧段的厌氧环境,使磷能充分地厌氧释放,所以除磷的效果较好.但由于硝化不完全,故脱氮效果不佳.所以AZ/0工艺在脱氮除磷方面不能同时取得较好的效果.〔`〕.另外,由于A“/0工艺设备造成厌氧段和缺氧段溶解氧浓度升高,而导致该工艺脱氮除磷效果下降..42AZ/O工艺流程的改进措施针对上述AZ/0工艺存在的问题,应对该工艺的设计和运行作以下改进:1)将回流污泥分二点加入,减少加入到厌氧段的回流污泥量,从而减少进入到厌氧段的硝酸盐和溶解氧.该工艺如图4所示.第10卷第2期娄金生:AZ/O生物脱氮除磷工艺的探讨回流混合液黔虱博犷~.~诵一出水回流污泥剩余污泥图4AZ/0工艺流程的改进在保证总的污泥回流比为60%一100%的情况下,一般到厌氧段的回流污泥比为10%即可满足除磷的需要.而其余的回流污泥则回流到缺氧段以保证脱氮的需要.2)回流污泥提升设备应用潜污泵代替螺旋泵,以减少提升过程中的复氧,使厌氧段和缺氧段的DO最低,以利于脱氮除磷.3)厌氧段和缺氧段的水下搅拌器功率不能过大(一般为3W·m一3的搅拌功率即可),否则会产生涡流,导致混合液D(〕升高,影响脱氮除磷的效果.4)原污水和回流污泥进入厌氧段和缺氧