生物脫氮除磷新工藝及發展趨勢

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作　　者：金杭;王淑梅;發表時間：　　 環境污染和水體富營養化問題的尖銳化迫使越來越多的國傢和地區制定嚴格的氮磷排放標準，這也使污水脫氮除磷技術一度成為污水處理領域的熱點和難點。因此，研究和開發高效、經濟的生物脫氮除磷工藝成為當前城市污水處理技術研究的熱點。 1 生物脫氮新技術 　　污水生物脫氮的基本原理是：在好氧條件下通過硝化反應先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過缺氧條件下的反硝化反應將硝酸鹽異化還原成氣態氮從水中去除。由此而發展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區和好氧區分開，形成分級硝化反硝化工藝，以便硝化與反硝化能夠獨立進行。 　　近年來，一些研究者在研究中陸續觀察到一些超出傳統生物脫氮理論的新現象。比如將好氧硝化過程控制在亞硝酸鹽階段，然後在缺氧條件下直接反硝化的亞硝酸型生物脫氮；在一定的條件下,硝化和反硝化可以在同一個反應器內同時完成；異養硝化以及厭氧氨氧化等。這些現象可以從微環境理論和生物學角度進行解釋。微環境理論主要從物理學角度研究活性污泥和生物膜的微環境中各種物質(如DO、有機物、NO3--N 和NO2--N等)傳遞的變化、各類微生物的代謝活動及其相互作用，從而導致的微環境中物理、化學和生物條件或狀態的改變。在宏觀環境中微好氧狀態時，由於氧擴散的限制，微生物絮體內產生瞭溶解氧梯度，也就形成瞭不同的微環境。生物學角度的解釋不同於傳統理論，微生物學傢發現瞭異養硝化菌和好氧反硝化菌，它們甚至可在完全厭氧的條件下發生硝化作用。有些好氧反硝化菌同時也是異養型硝化菌，它們能夠在好氧條件下直接將氨轉化為最終的氣態產物。以上這些現象的發現為研究者研究新的生物脫氮理論和開發新的生物脫氮工藝指引瞭方向，使他們不斷開發出瞭許多新型脫氮工藝。如：SND(同時硝化反硝化工藝)、SHARON(Single reactor high activity ammonia removal over nitrite，亞硝化反應器)工藝、OLAND(Oxygen-limited autotrophic nitrification-denitrification，氧限制自氧硝化—反硝化)工藝、厭氧氨氧化工藝以及短程硝化-厭氧氨氧化組合工藝等。　　SHARON工藝是由荷蘭Delft技術大學開發的脫氮新工藝。該工藝的核心是利用亞硝酸菌要求的最小SRT小於硝酸菌及在高溫(30℃～35℃)下亞硝酸菌的生長速率明顯高於硝酸菌的生長速率的特性來控制系統的SRT在硝酸菌和亞硝酸菌的最小SRT之間，從而使亞硝酸菌具有較高的濃度而硝酸菌被自然淘汰，同時對系統內的溫度和pH進行嚴格控制，維持穩定的亞硝酸積累。SHARON工藝主要用於處理城市污水二級處理系統中污泥消化的上清液和垃圾濾出液等廢水。荷蘭已建成兩座利用該工藝的廢水生物脫氮處理廠，證明瞭亞硝酸型生物脫氮的可行性(見圖1)。由於這些廢水本身溫度較高，屬高氨高溫水，有利於進行短程硝化反硝化，可使硝化系統中亞硝酸的積累達100%。但大量的城市污水，一般都屬於低氨低溫水，要使水溫升高並保持在30℃～35℃很難實現。　　1990年，荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室開發出厭氧氨氧化工藝，即在厭氧條件下，微生物直接以NH4+做電子供體，以NO2-為電子受體,將NH4+或NO2-轉變成N2的生物氧化過程。由於厭氧氨氧化過程是自養的，因此不需要另加COD來支持反硝化作用，與常規脫氮工藝相比可節約100%的碳源。而且，如果把厭氧氨氧化過程與一個前置的硝化過程結合在一起，那麼硝化過程隻需要將部分NH4+氧化為NO2--N，這樣的短程硝化可比全程硝化節省62.5%的供氧量和50%的耗堿量。Sharon-Anammox(亞硝化—厭氧氨氧化)工藝被用於處理厭氧硝化污泥分離液並首次應用於荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水處理廠，其工藝流程如圖2所示。由於剩餘污泥濃縮後再進行厭氧消化，污泥分離液中的氨濃度很高(約1200～2000mg/L)，因此，該污水處理廠采用瞭Sharon-Anammox工藝，並取得瞭良好的氨氮去除效果。　　污水生物除磷是通過厭氧段和好氧段的交替操作，利用活性污泥的超量吸磷特性，使細胞含磷量相當高的細菌群體能夠在處理系統的基質競爭中取得優勢，剩餘污泥的含磷量為3%～7%。　　反硝化除磷菌應用的代表性工藝是荷蘭DelfT大學開發的BCFS(Biologisch-Chemische-Fosfaat-Stikstof Vervijdering，反硝化及生物—化學沉淀除磷組合工藝)工藝(見圖3)。據報道，該工藝中50%的磷均由DPB去除。該工藝由5個功能相對專一的反應器組成，通過控制反應器之間的3個循環來優化各反應器內細菌的生存環境。其充分利用瞭DPB的缺氧反硝化除磷作用，實現瞭磷的完全去除和氮的最佳去除；充分利用瞭磷細菌對磷酸鹽的親和性，將生物攝磷與富磷上清液(來自厭氧釋放)離線化學沉淀有機結合，使系統在穩定的SVI(SVI<120mL/g)下能獲得良好的出水水質(總磷<0.2mg/L,總氮<5mg/L)。3 生物脫氮除磷技術的發展趨勢　　(1)開展對生物脫氮除磷更深入的基礎研究和應用開發，優化生物脫氮除磷組合工藝，開發高效、經濟的小型化、商品化脫氮除磷組合工藝。 　　(2)發展可持續污水處理工藝，朝著節約碳源、降低CO2釋放、減少剩餘污泥排放以及實現氮磷回收和處理水回用等方向發展。 　　(3)大力開發適合現有污水處理廠改造的高效脫氮除磷技術。　 Tags:禮品,souvenir,贈品,文具,紀念品,環保,環保袋批發,禮品訂造,筆,餐具,帆布袋,canvas bag,獎座,毛巾,水樽