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同步脫氮除磷的矛盾及對策,！

閱讀：638        發(fā)布時(shí)間：2023-8-29
同步脫氮除磷工藝是具有同步脫氮、除磷為目的工藝,，例如我們常用的AAO,、氧化溝等工藝，但是,，在實(shí)際運(yùn)行過程中,，同步脫氮除磷技術(shù)還存在一些問題。

一,、泥齡問題 



作為硝化過程的主休,，硝化菌通常都屬于自養(yǎng)型專性好氧菌。這類微生物的一個(gè)突出特點(diǎn)是繁殖速度慢,，世代時(shí)間較長,。在冬季，硝化菌繁殖所需世代時(shí)間可長達(dá)30d以上,；即使在夏季,，在泥齡小于5d的活性污泥中硝化作用也十分微弱。聚磷菌多為短世代微生物,，為探討泥齡對生物除磷工藝的影響,，Rensink等(1985年)用表1歸納了以往的研究成果，并指出降低泥齡將會(huì)提高系統(tǒng)的除磷效率,。

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由表1可見聚磷微生物所需要泥齡很短,。泥齡在3.0d左右時(shí),，系統(tǒng)仍能維持較好的除磷效率。此外,，生物除磷的wei一渠道是排除剩余污泥,。為了保證系統(tǒng)的除磷效果就不得不維持較高的污泥排放量，系統(tǒng)的泥齡也不得不相應(yīng)的降低,。顯然硝化菌和聚磷菌在泥齡上存在著矛盾,。若泥齡太高，不利于磷的去除,；泥齡太低,，硝化菌無法存活，且泥量過大也會(huì)影響后續(xù)污泥處理,。針對此矛盾,，在污水處理工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，一般所采用的措施是把系統(tǒng)的泥齡控制在一個(gè)較窄范圍內(nèi),，兼顧脫氮與除磷的需要,。這種調(diào)和，在實(shí)踐中被證明是可行的,。

為了能夠充分發(fā)揮脫氮與降磷兩類微生物的各自優(yōu)勢,，可采取的其它對策大致上有兩類。

第一類是設(shè)立中間沉淀池,，搞兩套污泥回流系統(tǒng)使不同泥齡的微生物居于前后兩級(jí)(見圖1),，第一級(jí)泥齡很短，主要功能是除磷,；第二級(jí)泥齡較長,，主要功能是脫氮。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成功地把兩類泥齡不同的微生物分開,。但是,，這類工藝也是存在局限性。第一,，兩套污泥回流系統(tǒng),，再加上中間沉淀池和內(nèi)循環(huán)，使該類工藝流程長且比較復(fù)雜,。第二,，該類工藝把原來常規(guī)A2/O(見圖25)工藝中同步進(jìn)行的吸磷和硝化過程分離開來，而各自所需的反應(yīng)時(shí)間又無法減少,，因而導(dǎo)致工藝總的停留時(shí)間變長,。第三，該工藝的第二級(jí)容易發(fā)生碳源不足的情況，致使脫氮效率大受影響,。此外,，由于吸磷和硝化都需要好氧條件，工藝所需的曝氣量也可能有所增加,。

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第二類方法是在A2/O工藝好氧區(qū)的適當(dāng)位置投放填料,。由于硝化菌可棲息于填料表面不參與污泥回流，故能解決脫氮除磷工藝的泥齡矛盾,。這種作法的優(yōu)點(diǎn)是既達(dá)到了分離不同泥齡微生物的目的，又維持了常規(guī)A2/O工藝的簡捷特點(diǎn),。

但是該工藝也必須解決好以下幾個(gè)問題：①投放填料后必須給懸浮性活性污泥以優(yōu)先的和充分的增殖機(jī)會(huì),，防止生物膜越來越多而MLSS越來越少的情況發(fā)生；②要保證足夠的攪拌強(qiáng)度,，防止因填料截留作用致使污泥在填料表面間大量結(jié)團(tuán),；③填料投放量必須適中，投放量太少難以發(fā)揮作用,，太多則難免出現(xiàn)對污泥的截留,。此外，填料的類型和布置方式都應(yīng)作慎重考慮,。

二,、碳源問題


碳是微生物生長需要要最大的營養(yǎng)元素。在脫氮除磷系統(tǒng)中,，碳源大致上消耗于釋磷,，反硝化和異養(yǎng)菌正常代謝等方面。其中釋磷和反硝化的反應(yīng)速率與進(jìn)水碳源中的易降解部分,，尤其是揮發(fā)性有機(jī)脂肪酸(VFA)的數(shù)量關(guān)系很大,。一般來說，城市污水中所含的易降解COD的數(shù)量是十分有限的,，以VFA為例,，通常只有幾十mg/L。所以在城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)的釋磷和反硝化之間,，存在著因碳源不足而引發(fā)的競爭性矛盾,。 

解決這一問題一般需要從兩個(gè)方面來考慮。一是從工藝外部采取措施,，增加進(jìn)水易降解COD的數(shù)量,，例如取消初沉池，污泥消化液回流,，將初沉池改為酸化池等都有一定作用,，還可考慮外加碳源的方法。二是從工藝內(nèi)部考慮，權(quán)衡利弊,，更合理地為反硝化和釋磷分配碳源,，常規(guī)脫氮除磷工藝總是優(yōu)先照顧釋磷的需要，把厭氧區(qū)放在工藝的前部,，缺氧區(qū)置后,。這種作法當(dāng)然是以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提。但是,，釋磷本身并不是脫氮除磷工藝的最終目的,。就工藝的最終目的而言。把厭氧區(qū)前置是否真正有利,，利弊如何,，是值得進(jìn)一步研究的。根據(jù)對厭氧有效釋磷可能并不是好氧過度吸磷充分必要條件的新認(rèn)識(shí),，倒置A2/O工藝(見圖3)將缺氧區(qū)放在工藝最前端,，厭氧區(qū)置后。經(jīng)過這種改變,，脫氮菌可以優(yōu)先獲得碳源,，反硝化速率得到大幅度提高。同時(shí),，原來困擾脫氮除磷工藝的硝酸鹽問題不存在了,，所有污泥都將經(jīng)歷完整的釋磷和吸磷過程，除磷能力不僅未受影響,，反而有所增強(qiáng),。這種新的碳源分配方式對脫氮除磷工藝的實(shí)踐和機(jī)理研究都有重要意義。
 
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三,、硝酸鹽問題 


在常規(guī)A2/O工藝中,，由于厭氧區(qū)在前，回流污泥不可避免地將一部分硝酸鹽帶入該區(qū),。硝酸鹽的存在嚴(yán)重影響了聚磷蓖的釋磷效率,，尤其當(dāng)進(jìn)水中VFA較少，污泥的含磷量又不高時(shí),，硝酸鹽的存在甚至?xí)?dǎo)致聚磷菌直接吸磷,。所以在常規(guī)A2/O工藝框架下，如何避免硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)干擾釋磷一度成為研究熱點(diǎn),，并圍繞這一問題產(chǎn)生了諸如UCT工藝,，JHB工藝，EASC工藝等,，其中最著名的應(yīng)屬UCT工藝(如圖4) ,。

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解決硝酸鹽問題的關(guān)鍵是如何在回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)之前,，設(shè)法將其攜帶的硝酸鹽消耗掉。一種方法是在回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)之前,，先進(jìn)處一個(gè)附設(shè)的缺氧池,，在這個(gè)缺氧池中回流污泥攜帶的硝酸鹽利用污泥本身的碳源反硝化。由于沒有外加碳源,，這種反硝化實(shí)際上多屬內(nèi)源代謝,，因此反硝化速率不高。作為對第一種方法的改進(jìn),，另一種方法通過投加外加碳源或引入一部分污水來提高附設(shè)缺氧池的反應(yīng)速率,。

UCT工藝另辟蹊徑，把常規(guī)A2/O工藝的缺氧區(qū)分為前后兩個(gè)部分(如圖4),。內(nèi)循環(huán)1將硝化液從好氧區(qū)(O)回流至缺氧區(qū)(A2),，內(nèi)循環(huán)2將A2區(qū)前部的混合液循環(huán)至A1區(qū)，回流污泥不是直接進(jìn)入A1區(qū),，而是先進(jìn)入A2區(qū)前部。這種作法實(shí)際上是劃出一個(gè)小的缺氧區(qū)專門消耗回流污泥中的硝酸鹽,，故避免了回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)的沖擊,，改善了聚磷菌的釋磷環(huán)境。但是,，進(jìn)入A2區(qū)前部的回流污泥實(shí)際上只有一小部分由內(nèi)循環(huán)2運(yùn)至A1區(qū),，其余大部分未經(jīng)釋磷直接進(jìn)入后續(xù)工藝。也就是說,，在所排除的剩余污泥中只有一小部分經(jīng)歷了完整的釋磷,、吸磷全過程，其實(shí)際除磷效果可能因此而大受影響,。常規(guī)A2/O工藝實(shí)際上也存在類似缺陷,。 
 

四、系統(tǒng)的硝化和反硝化容量問題 




硝化和反硝化是生物除磷脫氮系統(tǒng)密不可分的兩個(gè)過程,。硝化不充分,，出水氨氮必然升高，反硝化能力也發(fā)揮不出來,；反硝化不充分出水硝酸鹽就會(huì)上升,。怎樣配置恰當(dāng)?shù)南趸头聪趸萘浚浞职l(fā)揮它們的潛力,，是脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行的一個(gè)重要問題,。系統(tǒng)的硝化和反硝化能力首先是決定于各自相應(yīng)區(qū)域的水力停留時(shí)間(或有效容積)。對于城市污水來說,，一般夏季的反硝化和硝化分別需要1~2h和3~4h,，考慮冬季低溫的影響通常確定反硝化時(shí)間為2~3h，硝化時(shí)間為5~6h。決定硝化和反硝化能力的第二個(gè)因素是工藝布置形式,。例如和常規(guī)A2/O工藝相比,，缺氧區(qū)前置的倒置A2/O工藝可明顯提高系統(tǒng)反硝化能力。而在好氧區(qū)適當(dāng)投放填料則會(huì)提高系統(tǒng)的硝化能力,。

通過改變運(yùn)行參數(shù)也可以對系統(tǒng)的硝化和反硝化能力進(jìn)行調(diào)整,。延長泥齡，加強(qiáng)曝氣和攪拌,，有利于提高好氧區(qū)的硝化能力,；適當(dāng)縮短泥齡，降低溶解氧水平,，則有利于提高系統(tǒng)的反硝化能力,。
 
對于前置反硝化來說，內(nèi)循環(huán)比是十分重要的運(yùn)行參數(shù),，對硝化,、反硝化以及釋磷、吸磷都有重要影響,。表面上,，內(nèi)循環(huán)是把硝化液從硝化區(qū)回流至反硝化區(qū)。在一定范圍內(nèi),，內(nèi)循環(huán)比越大,，出水硝酸鹽越少。但是,，內(nèi)循環(huán)給系統(tǒng)帶來的一個(gè)不可忽視的問題是,，硝化液中的溶解氧對缺氧環(huán)境具有破壞作用。當(dāng)存在溶解氧時(shí),，脫氮菌總是優(yōu)先利用游離氧作為電子受體氧化有機(jī)物,，反硝化過程因而被阻礙。而且,，隨著內(nèi)循環(huán)加大,，系統(tǒng)中的短流現(xiàn)象也會(huì)越來越明顯。所以即使不考慮動(dòng)力消耗,，內(nèi)循環(huán)比也不宜過大,。此外，對于常規(guī)A2/O工藝,，若內(nèi)循環(huán)比過大,，則參與釋磷吸磷過程的污泥比例將會(huì)嚴(yán)重減少，影響除磷效率,。因此,，對于一定的工藝系統(tǒng),，內(nèi)循環(huán)比應(yīng)有一個(gè)恰當(dāng)?shù)姆秶㈦S水質(zhì),、水量和溫度的變化而適當(dāng)調(diào)整,。





5、釋磷與吸磷的容量問題 

釋磷和吸磷是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)過程,。一般認(rèn)為,，聚磷菌只有經(jīng)過充分的厭氧環(huán)境并釋磷才能更好地吸磷，而且,，也只有吸磷良好的聚磷菌才會(huì)在厭氧或缺氧條件下大量釋磷,。關(guān)于釋磷、吸磷的機(jī)理至今還有許多方面尚未研究清楚,。對于運(yùn)行良好城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)來說,，一般夏季的釋磷和吸磷時(shí)間分別需要115~215h和2~3h，冬季低溫環(huán)境下兩者所需的時(shí)間均應(yīng)適當(dāng)延長,。

在A2/O工藝中,，吸磷和硝化是同步進(jìn)行的，而硝化時(shí)間較長,，故吸磷容量通常不成問題,。從系統(tǒng)的角度看，微生物的厭氧釋磷過程似更為關(guān)鍵,。以往關(guān)于厭氧釋磷過程時(shí)間的確定，多是就釋磷本身以釋磷曲線為依據(jù)進(jìn)行研究的,。但是,，釋磷并不是處理系統(tǒng)的最終目的，當(dāng)把釋磷和吸磷過程以及最終的除磷效果聯(lián)系起來進(jìn)行考察時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn),，單純按照上述方法來確定厭氧區(qū)的HRT是不充分的,。根據(jù)有關(guān)厭氧歷時(shí)對除磷效率影響的研究表明：在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)延長厭氧反應(yīng)時(shí)間,，降低厭氧區(qū)氧化還原電位,，可以明顯提高系統(tǒng)的除磷效率。因此,，脫氮除磷工藝厭氧區(qū)的HRT還應(yīng)進(jìn)一步延長,，例如夏季采用2~3h，冬季采用3~4h,。



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