反硝化除磷理论\影响因素
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摘要:简述反硝化除磷技术的基本理论及其运行过程中的影响因素。
关键词:反硝化除磷;影响因素
中图分类号:F407.7 文献标识码:B文章编号:1009-9166(2009)011(c)-0067-01
在厌氧/缺氧交替运行的条件下,具有一类能在缺氧条件下实现同时反硝化并过度摄磷的兼性厌氧微生物,即反硝化除磷(DPB)。反硝化除磷工艺即主要通过反硝化除磷菌(DPB)的代谢作用达到除磷脱氮目的的工艺。摄磷和脱氮过程的结合不仅节省了脱氮对碳源的需要,而且摄磷在缺氧区内完成可缩小曝气区的体积(也可节省曝气量),且可减少剩余污泥量。
一、反硝化除磷技术原理
DPB可以利用O2或NO3-作为电子受体,其基于体内的聚-β-羟基丁酸盐(PHB)和糖原质生物代谢原理与传统A/O法中的聚磷菌(PAO)极为相似。在厌氧条件下,COD可被降解为醋酸(HAc)等低分子脂肪酸,被DPB吸收以PHB形式储存于细胞内。此转化过程中的还原能力来源于DPB体内转换贮存的糖元质为PHB时形成的NADH2。所需的能量(ATP)被用于来源于聚磷酸盐的水解,从而也使活性污泥中正磷酸盐浓度降低。在缺氧条件下,DPB以NO3-作为氧化PHB的电子受体。降解PHB产生的能量(ATP)被用于聚磷菌的生长、在细胞体内以聚磷酸盐的形式贮存磷和合成糖元质。反硝化除磷技术与传统脱氮除磷技术比较不仅具有如下优点:①避免了反硝化菌和聚磷菌之间对有机物的竞争;②可缩小曝气区的体积(可减少约30%的曝气量),节省了能耗;③减少约50%的污泥量,节省了污泥处理费用;但在缺氧条件下,每单位NADH2所产生的ATP要比好氧条件下每单位NADH2产生的ATP少40%左右,低ATP/NADH2比值导致生物产量的降低。
二、反硝化除磷的影响因素
1、COD/N和COD/P值。反硝化系统要求提供给厌氧段足够的可降解COD,其越充足则合成的PHB越多。缺氧条件下的吸磷率、反硝化率是聚磷菌体内PHB储存的函数,即缺氧条件下的吸磷率、反硝化率与PHB储量存在一定的线性关系。由此可见,厌氧段提供的COD的量直接影响缺氧段反硝化聚磷的进行,进而影响N、P的去除效率。
2、溶解氧(DO)。厌氧段的溶解氧浓度应严格控制在0.2mg/L以下。因为氧的存在不仅影响DPB的释磷能力及利用有机底物合成PHB的能力。而且由于氧的存在,促进了非聚磷菌的生长消耗有机底物,从而使DPB的生长受到抑制。实际运行中因污泥或污水回流以及厌氧段未在封闭条件下运行常会将氧气带入厌氧段。为此,可在原工艺基础上前置一个厌氧段实现厌氧段封闭运行来解决这个问题。缺氧段的溶解氧浓度应严格控制在0.5mg/L以下。因为分子态氧不仅与硝酸盐竞争成为电子受体,而且会抑制硝酸盐还原酶的合成和活性。
3、NO3-和NO2-。只要厌氧段存在NO3-则反硝化菌就能优先利用碳源进行反硝化反应从而抑制聚磷菌的释磷和PHB的合成。但缺氧段的吸磷量与硝酸盐投量有关。Merzouki等在考虑硝酸盐投量对A2NSBR工艺除磷效果的影响时发现:系统的除磷效果主要依赖于缺氧段所投加的硝酸盐量及SRT。设定SRT为15d,当硝酸盐浓度从100mg/L升高到120mg/L时,磷的去除率从63%升高到93%;当硝酸盐浓度达到140mg/L时除鳞率接近100%,但这会导致硝酸盐的过量。Keren Jespersen在研究固定生物膜反应器与其厌氧/缺氧交替运行条件下释磷、吸磷实验时发现:当缺氧段的硝酸盐浓度增高时容易造成亚硝酸盐的积累。系统中的硝酸盐耗尽时,即使系统中还存在大量的亚硝酸盐,吸磷停止开始放磷。这说明一次性大量投加的硝酸盐相当一部份未被还原为氮气而处于亚硝酸盐阶段。所以硝酸盐应连续或分批投加以免造成亚硝酸盐的积累。Jens Meinhold利用BIODENIPHO生物除磷系统污泥进行批式试验发现:NO2-对反硝化聚P产生抑制的临界浓度与试验和污泥条件有关。亚硝酸盐浓度较低时(≤4mgNO2--N/L)时其可作为DPB的电子供体;但当浓度较高时(≥8mgNO2--N/L)时亚硝酸盐会对DPB缺氧吸磷起抑制作用。NO2-在抑制浓度范围内时,它对NO3-型的反硝化吸磷总量和吸磷速率不会产生明显的影响,但由于NO2-的介入,将会减少反硝化吸磷时对NO3-的使用量。
4、碳源。在厌氧段投加乙酸等易降解的低分子有机物来提高微生物的释磷量,增加其体内有机物贮存,可以为缺氧阶段的大量吸磷创造条件。但是碳源只有投加在厌氧段才能使出水的磷含量减少,如将碳源投加缺氧段则其会优先支持反硝化而使出水硝酸盐和亚硝酸盐的浓度降低却不发生吸磷反应。
5、MLSS。通常系统中MLSS越大,说明DPB含量越多。则系统在厌氧段的释磷效果越好,并且在缺氧段的吸磷率随之提高。但MLSS过大会导致反硝化吸磷反应后期出现磷的二次释放,也将带来污泥处理费用增加的问题。
6、污泥停留时间(SRT)。反硝化除磷系统的最佳SRT值与温度变化范围、工艺组合方式和工艺运行要求等有关,应通过实验获得。反硝化除磷脱氮系统中,存在着硝化菌和聚磷菌不同龄之争。泥龄越长,硝化作用越明显。泥龄对除磷有重要影响,泥龄短,除磷效果好。双污泥系统中硝化菌独立于DPB而单独存在于固定膜生物反应器或好氧硝化SBR反应器中,硝化和反硝化聚磷各系统的SRT可根据实际运行要求来选定。避免单污泥系统中硝化SRT较长情况下,聚磷菌体内相当一部份PHB因长时间的曝气而被消耗掉,从而导致后续反硝化所需碳源不足的情况。
7、pH。DPB在厌氧段的释磷量和pH的大小有关。Kuba等在不同pH下对DPB在厌氧段的释磷量和HAc消耗量进行研究得出,pH的大小对HAc的消耗量没有影响;但随pH值增大则P/C比值(放磷/HAc消耗量)也随之提高(即消耗单位乙酸将会有更多的磷释放)。pH为8时,P/C值降低,因此时出现磷酸盐沉淀,所得P/C值比理论计算值少20%。DPB厌氧状态释磷的适宜pH值范围是6.0-7.5。
8、温度。反硝化除磷的温度在18-37℃范围内为宜,且在这个范围内,反硝化除磷速率随温度升高而提高。
作者单位:武汉理工大学市政工程系
参考文献:
[1]P.M.J.Janssen等著;祝贵兵,彭永臻译.生物除磷设计与运行手册[M].北京建筑工业出版社,2005
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