强化吸附生物除磷工艺的探讨.doc

1 强强强强化吸附生物除磷工化吸附生物除磷工化吸附生物除磷工化吸附生物除磷工艺艺艺艺的探的探的探的探讨讨讨讨 2 专 业： 给排水工程 目录 1. 课题概述3 3 2. 课题研究的意义3 3. 文献综述5 4. 强化吸附法进行生物除磷实验20 5. 实验结论24 4 1 课题概述 生物除磷是近二十年来发展很快的一种工艺，它对水体富营 养化的防治有很大的意义。我国最新颁布的污水排放标准 “gb9781996”规定排入、类水体的磷酸盐含磷量分别不得 5 超过 0.5 和 1.0mg/l。强化吸附作用原理即在传统的生物除磷工艺 a/o 工艺流程厌氧池的前面加一个小的厌氧池，此小的厌氧池的 停留时间比比原厌氧池短的多（小于 30min），称之为吸附池。此 工艺是根据微生物的生理特性和厌氧好氧除磷的原理而设计 的。其作用原理即在处理流程首断增加一个生物选择器，以改善 污泥性能，促使微生物对有机物的吸收。曾有学者将强化吸附用 于生物脱氮工艺，取得良好效果。从理论上分析，它对于生物除磷 效果也应有促进作用。 2 课题研究的意义 一、富磷给水体所造成的危害 用好氧活性污泥处理法处理废水，主要是去除废水中含碳的 有机污染物（bod），在好氧处理过程中，活性污泥微生物有增长。 由于氮、磷等营养元素是构成微生物细胞的主要组分之一（氮通 常占污泥干重的 12.5%，磷占干重的 1.52.0%），因此通过同化 合成微生物细胞，并以剩余污泥形式排放可以去除废水中的一部 分氮、磷营养物。但是，出水中磷含量常常会超过 0.51.0mg/l 的 排放标准，成为藻类生长的营养来源，可因此造成水体的富营养 化，导致溶解氧降低，出现厌氧消化，变黑发臭，对水产养殖、饮 用水质量等造成严重危害。 二、生物除磷的意义 6 由于水体中生长着固氮微生物、固氮蓝藻，它们能固定大气 中的分子氮，供藻类生长所需。磷浓度的高低将成为控制湖泊中 藻类生长丰度最重要的因子。据计算，水体中如含磷水平低于 0.5mg/l(以 po43-计)，就能控制藻类的过盛生长，如低于 0.05mg/l(po43-),则藻类几乎停止生长。因此目前世界各国对控制 水体中的磷含量都十分重视。 长期以来，各国大多采用化学法除磷。化学法除磷简便易行， 适合于水量小、水质成分波动大的含磷废水处理。然而，化学法除 磷沉淀后污泥量大、并难以处置；所有物化法除磷成本均很昂贵， 对处理量大的污水厂往往难以承受。 在六十年代，环境工程学家发现好氧活性污泥处理厂在某 些运行条件下污泥中磷含量特别高。因此通过排放剩余污泥而去 除的磷量也大大增加，此现象后来被众多学者研究和开发成各种 各样的生物除磷工艺。据 gilbert 等人(1965)介绍，生物除磷法有 许多突出的优点： 、1) 除磷效果高; 、2) 可减少化学污泥量; 、3) 可减少活性污泥的膨胀现象、改进污泥沉降性能、污泥易 脱水、肥效高; 、4) 动力消耗低，日常运行费用省; 、5) 操作方便; 、6) 适合于现有污水处理厂的改建。 7 三、进行生物除磷是新城市污水处理厂面临的实际问题 最新颁布的城市污水处理厂排放标准 gb9781996 对 1998 年 1 月 1 日之后建成的污水处理厂排放水质提出了新的更高的国 家标准。它规定排入 i、ii类水体和 iv、v 类水体中的氨氮含量不 应高于 15 和 20 毫克/升，磷酸盐磷含量分别不高于 0.5 和 1.0 毫 克/升。其中磷的含量达到了发达国家的排放标准。传统的活性污 泥法不能达到上述排放标准。而用化学法除磷不但投资大，运行 费用也相应增加，并且会产生大量化学污泥。但目前对生物除磷 可靠性没有把握。因此需要研究有效的、投资节省的生物除磷方 法，使之能尽快得到实际应用。 四、强化吸附法生物除磷理论设想 介于传统的生物除磷工艺的除磷效率还有待提高，而强 化吸附法生物除磷工艺是在传统的生物除磷工艺流程厌氧池的前 面加一个小的厌氧池，此小的厌氧池的停留时间比比原厌氧池短 的多（小于 30min），称之为吸附池。在这样一个小环境中，集磷菌 可以利用充分的营养使之以 phb 的形式储存在菌体内，并使产 酸、发酵过程得以继续进行，到下一个厌氧池得以更进一步的放 磷，从而为以后的好氧吸磷创造了充分的条件。此工艺是根据微 生物的生理特性和厌氧好氧除磷的原理而设计的。其作用原理 即在处理流程首断增加一个生物选择器，以改善污泥性能，促使 微生物对有机物的吸收。曾有学者将强化吸附用于生物脱氮工艺， 取得良好效果。从理论上分析，它对于生物除磷效果也应有促进 作用。推断其除磷效果较其它常见生物除磷工艺要好，近而作了 实验研究。 8 3 文献综述 一、生物除磷机制假一、生物除磷机制假说说的的发发展展 早在 1955 年，greenberg 等报导了活性污泥可吸收超过微 生物正常生长所需的磷量。srinath(1959)和 alarcon(1961)首先报 导了污水处理厂污泥生物除磷的现象，但他们均未解释其原因。 对活性污泥过量除磷的系列研究始于六十年代中期， shapiro 等对此进行了大量研究，他们肯定了曝气对污泥吸磷的作 用，在不曝气时，可发现磷释入溶液。当 ph 低时也有磷释放现象 发生。 比较有代表性的解释污泥能过量积累并去除磷的假说有两 个，一是生物诱导的化学沉淀作用；二是生物积磷作用。 1、生物、生物诱导诱导的化学沉淀作用的化学沉淀作用 这一假说的核心是由于污泥微生物的代谢作用，导致微环境 发生变化，结果使废水中的溶解性磷酸盐化学性地沉积于污泥上， 并随剩余污泥的排放一起去除。 （1）menar 和 jenkins 的假说 1969 年 menar 提出，污泥的过量积磷是由于磷酸钙的沉淀 和重新溶解的结果。废水中的磷被化学性地沉淀并结合在活性污 泥中，随剩余污泥而去除。 9 他们的论点是：在推流式曝气池的进水端，回流污泥与进水 混合，由于废水中有机基质含量丰富，因此污泥活性强、代谢和好 氧速率高、co2产量高。结果污水的 do 降低，ph 也下降，使污泥 中可能存在的磷酸钙沉淀部分溶解，加上污泥对废水中有机磷和 脂肪酸钙盐的降解，使溶解性磷酸盐浓度升高。随着污泥混合液 在曝气池中向前推进，可利用的有机基质减少，污泥的呼吸速率 和 co2产率减少。若供氧速率不变，溶解氧将会增加。co2产率的 减少和曝气对 co2的吹脱，使 ph 上升，导致出现磷酸钙沉淀。 （2）借助 ph 微环境变化的化学沉淀作用 除了在大环境 ph 改变的影响下发生磷酸钙沉淀假说外，有 人提出了与之相似的假说，即在污泥絮体内部 ph 微环境变化所 导致的化学沉淀。 2、生物、生物积积磷作用磷作用 生物积磷假说认为污泥中某些微生物在某些环境条件下，有 过量积聚磷酸盐的作用，并通过剩余污泥的排放从系统中除磷。 当细菌细胞生活在营养丰富的环境里开始大量繁殖即将进入对数 生长期时，因细菌为大量分裂作准备，细胞能从外界大量吸收可 溶性磷酸盐，在体内合成多聚磷酸盐并积累起来，供对数生长期 合成磷酸耗磷之需。另外，当细菌经过对数生长期时，环境中的一 些营养物质，如碳源、氮源或硫源等已消耗殆尽，成为其生长繁殖 的限制因子。这时大部分细胞已停止繁殖，核酸的合成也已停止， 对磷的需要量已经很低，若环境中的磷源仍然有余，细胞又有一 定的能量，便能从外界吸收磷素，以多聚磷酸盐的形式积贮于细 胞内。 10 许多学者对细菌体内积磷的机理和去除环境中磷的途径进 行了更深入的研究。其中许多人认为细菌的积磷是通过“过度积 累” 和“贪婪吸收”两种不同的机制进行的。 （1）过度积累 所谓过度积累是指微生物暂时处于缺磷条件之后，若再进入 含有大量磷素和其他合适营养的环境，这时细菌就能大量的吸磷。 （2）贪婪吸收 所谓贪婪吸收是指细菌处在必要的营养元素受限制，但磷不 受限制的条件下，若这时细菌有足够的能量可供利用，它们即可 将磷吸收并主动转移至细胞内贮藏起来。这个条件相当于处在内 源呼吸期或静止生长期，只能在细菌大量生长后营养已接近用尽 的情况下发生。在污水处理厂中相当于曝气池末端的活性污泥所 处的条件。这种状况下的细菌，当进入厌氧压抑条件时，体内积累 的聚磷酸盐可大量释放出来。 二、生物除磷的原理二、生物除磷的原理 贪婪吸收和过度积累现象只是部分的解释了生物过量除磷 的机理，还留下一些问题没有解决。例如厌氧压抑对贪婪吸收磷 酸盐似乎没起什么作用。 1、对生物除磷细菌的研究 在七十年代初，arizona 大学的一个研究组发现假单胞菌黄单 胞菌群去磷的能力高，而埃希氏菌气单胞菌群去磷能力低。在 11 污水基质中添加葡萄糖可诱导提高后一类菌的吸磷数量。这是第 一次探索污泥中的积磷细菌。后来人们发现不动杆菌莫拉氏菌 群具有吸放磷和过量积贮磷的能力。到目前为止已发现了许多在 活性污泥中能过量积累聚磷酸盐的微生物。 2、积磷细菌在除磷污泥中的发展 经过进一步的研究，人们总结了厌氧/好氧系统中有机基质 的利用情况和生物除磷的机理。 废水中的有机物进入厌氧区后，在发酵性产酸菌的作用下转 化成乙酸。积磷菌在厌氧的不利环境条件下（压抑条件），可将贮 积在菌体内的聚磷酸盐分解。在此过程中释放出的能量可供积磷 菌在厌氧压抑环境下存活之用；另一部分能量可供积磷菌主动吸 收乙酸、h+、和 e、，使之以聚合羟基-、- 丁酸（以 phb 表示）形式 贮藏在菌体内，并使产酸发酵过程得以继续进行。聚磷分解后的 无机磷盐释放出积磷菌体外，此即观察到的积磷细菌厌氧放磷现 象。进入好氧区后，积磷菌即可将积贮的 phb 好氧分解，释放出 的大量能量可供积磷菌的生长、繁殖。当环境中有溶磷存在时，一 部分能量可供积磷菌主动吸收磷酸盐，并以聚磷的形式贮积在体 内，此即为积磷菌的好氧吸磷现象。这时，污泥中非积磷的好氧性 积磷细菌虽也能利用废水中残存的有机物进行氧化分解，释放出 的能量可供它生长繁殖；但由于废水中的大部分有机物已被积磷 菌吸收、贮藏和利用，所以在竞争中得不到优势。可见厌氧、好氧 交替的系统仿佛是积磷细菌的“选择器”，使它能够一支独秀。 三、生物除磷三、生物除磷动动力学力学 12 1、不同种类碳源对污泥厌氧放磷的影响 许多研究者都观察到磷的释放与厌氧区内溶解性可快速生 物降解有机基质 sbs密切相关。malnon 等（1984）、hascoet 等 （1985）进一步提出磷的释放基本上取决于进水中碳源的性质，而 不是厌氧状态本身。gerber等（1987）除了同意这一观点外，还进 一步将诱导放磷的有机基质划分为三类，它们都属于 sbs类基质： a 类：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有机酸； b 类：乙醇、甲醇、柠檬酸和葡萄糖等； c 类：丁酸、乳酸和琥珀酸等。 郑兴灿等（1992）对此作了详细研究，他们认为 a 类基质 （sa）存在时放磷速率较大，污泥初始线性放磷系由 a 类物质诱导 所致，放磷速率与 sa浓度无关，仅与活性污泥的浓度和微生物组 成有关，可以认为 sa类基质诱导的厌氧放磷呈零级动力学反应。 b 类基质（sb）必须在厌氧状态下转化成 a 类物质后才能被 积磷菌利用，从而诱发磷的释放。因此，sb诱导的放磷速率主要 取决于 sb类基质转化成 sa类基质的速率。sb诱导的厌氧放磷曲 线可近似地用 monod 型方程式表示之。 c 类基质（sc）能否引起放磷则与污泥微生物组成有关。在用 该基质驯化后，其诱发的厌氧放磷速率与 sa接近。 （2）硝酸盐对磷释放的影响 郑兴灿等（1992）测试了不同浓度的硝酸盐对 a 类基质、b 类 13 基质和城市污水厌氧放磷的影响。他们发现硝酸盐的存在不影响 sa诱导的放磷速率，仅影响释放总量。硝酸盐可明显抑制 sb诱导 的磷释放。硝酸盐存在时，污水基质样品中出现明显的磷的净吸 收，当硝酸盐耗完后又转变为磷的厌氧净释放。据此，他们认为： 在各类基质中反硝化细菌优先利用 sa，反硝化细菌在与 积磷菌竞争 sa时占优势，对 sb亦如此。 除磷污泥中存在着兼具脱氮除磷以及不能反硝化脱氮的 两类积磷菌。在缺氧条件下（存有硝酸盐），前者可吸磷，后者可放 磷。结果，缺氧状态下的效应（净释放或净吸收）取决于这两类积 磷菌在污泥中所占的比例、基质的性质和浓度。存在 sa时，反硝 化细菌对 sa的竞争可使放磷总量下降，由于 sa可直接诱发磷的 释放，且释放速率与 sa的浓度无关，因此硝酸盐的存在对放磷速 率没有影响。对 sb来说，由于 sb必须转化成 sa，因此在缺氧条 件下由于反硝化细菌对 sa和 sb的竞争，造成 sa浓度很低，结果 使放磷总量明显下降，放磷速率也明显下降。同时兼具脱氮除磷 的积磷菌可通过反硝化中产生的能量吸磷，有时会出现磷的净吸 收。 （3）ph 对厌氧放磷的影响 徐亚同等人采用批式试验，考察了不同 ph 时的厌氧放磷现 象，结果表明，ph 值为 7.00.2 和 8.10.2 时，污泥中的磷以较 大速率释放。当 ph 降至 5.20.2 时，污泥中的磷大量且快速地释 放，其释放速率超过 ph7.00.2 和 8.10.2 时的放磷速率。在 ph9.50.1 时，先出现磷的净吸收，再出现磷的净释放，磷的释放 明显受到抑制。 14 ph 降至 5.2 时出现的大量而快速磷的释放是一种无效的释 放，是细胞在酸性条件下的自溶，是磷酸钙、磷酸镁等磷酸盐在酸 性条件下溶解的结果，这时磷的释放并不导致随后好氧区的磷的 吸收。 ph9.5 的碱性条件下出现磷的净吸收可能是由于生成了一些 磷酸钙、磷酸镁沉淀，它们吸附到污泥絮体中而造成混合液中溶 磷浓度的下降。 （4）温度对污泥厌氧放磷的影响 温度对厌氧放磷有较大的影响。随着温度的升高，放磷速率 增加，当温度为 17、27 和 37时，前三小时的放磷速率分别为 0.87、.23 和 2.60mg p/lh。温度每升高 10、放磷速率几乎增加 一倍。 shapiro 等指出，在批式试验中，温度从 10上升到 30使 15 放磷速率增加了 5 倍。从试验中还可看到，虽然温度越低、放磷速 率越低，但若放磷时间延长，可能会达到大体相同的最大放磷量。 四、生物除磷系四、生物除磷系统统的基本工的基本工艺艺流程流程 生物除磷系统具有下列一些共同特点： 进水端都存在着厌氧区。由于污泥交替进入厌氧区，使过 量积累聚磷盐的积磷细菌能超过其它微生物而优势生长，结果污 泥的含磷量大大超过一般的好氧法处理系统的活性污泥的含磷量。 在厌氧区中排除硝酸盐的重要性。目前对生物除磷工艺所 作的改进及在运行管理中所采取的措施均是力求减少由硝化作用 所产生并通过污泥回流和混合液回流（内回流）而进入厌氧区的硝 酸盐含量，从而防止在厌氧区内的反硝化作用对积磷细菌厌氧放 磷产生竞争性抑制。 厌氧区内的有机基质，尤其是溶解性可快速生物降解有机 物存在的重要性。积磷细菌在厌氧放磷过程中释放的能量，除了 供它在厌氧压抑条件下生存所需外，还可主动吸收环境中的溶解 性可快速生物降解基质，将之以 phb 形式贮藏起来。在随后的好 氧区，积磷细菌即可用分解 phb 时所释放的能量来过量吸磷。所 以，所有的生物除磷系统的厌氧区均设在流程的进水端，以确保 厌氧区中有足够的有机基质可供积磷细菌利用。 、主流生物除磷工艺 1、对对已建厂的改造已建厂的改造 16 南非的 alexand 城市污水处理厂原先是出水达到硝化的好氧 活性污泥厂，曝气区设置若干个机械表面曝气机，后来他们关闭 曝气区前端的 6 个曝气机，使之成为厌氧区。结果出水 po43p 从 8mg/l 降至 2.8mg/l。由于曝气机关闭，使能耗从 18000kwh/d 降至 13000kwh/d。 图 1alexanda 污水厂工艺流程（依 pitman，1983） 2、a/o 工工艺艺 a/o 工艺是使污水和污泥顺次厌氧和好氧交替循环流动的 方法。在进水端，进水与回流污泥混合进入一个推流式的厌氧接 触区。为了防止氧气扩散入厌氧混合液中，可在厌氧区上方加盖。 厌氧区内设有混合器，缓慢搅拌以避免污泥沉淀。有时厌氧区还 被分隔成 34 个室。厌氧区后面是曝气的好氧区，最后进入沉淀 池使泥水分离。 17 根据美国空气产品公司报导的 a/o 工艺专利的特点是速率 高，水力停留时间短，在典型设计的厌氧区停留时间为 0.51.0 小时，系统的泥龄亦短，因此系统往往达不到硝化，回流污泥中也 就不会携带 no3-至厌氧区。 图 2a/o 工艺 3、a2/o 工工艺艺 图 3a2/o 工艺 18 为了能同时除磷脱氮，可在 a/o 工艺的基础上增设一个缺 氧区，并设置内回流使好氧区中的混合液回流至缺氧区以反硝化 脱氮，这样就构成了既除磷又脱氮的厌氧/ 缺氧/ 好氧系统，简 称 a2/ o 工艺。 废水首先进入厌氧区，兼性厌氧的发酵细菌将废水中的可生 物降解大分子有机物转化为挥发性脂肪酸这一类小分子发酵产物。 积磷细菌可将菌体内积贮的聚磷盐分解，所释放的能量可供积磷 细菌在厌氧的“压抑”环境下维持生存，另一部分能量还可供积磷 细菌主动吸收环境中的 vfa 一类小分子有机物，并以 phb 形式 在菌体内贮存起来。随后废水进入缺氧区，反硝化细菌就利用内 回流而带来的硝酸盐，以及废水中可生物降解有机物进行反硝化， 达到同时去碳和脱氮的目的。厌氧区和缺氧区都设有搅拌混合器， 以防止污泥沉积。接着废水进入曝气的好氧区，积磷细菌除了可 吸收、利用废水中的残剩的可生物降解有机物外，主要是分解体 内贮积的 phb，放出的能量可供本身生长繁殖，此外，还可主动 吸收周围环境中的溶磷，并以聚磷盐的形式在体内贮积起来。这 时排放的废水中溶磷浓度已相当低。好氧区中的有机物经厌氧区、 缺氧区分别被积磷细菌和反硝化细菌利用后，浓度也相当低，这 有利于自养的硝化细菌生长繁殖，并将 nh4+ 经硝化作用转化为 no3-，非积磷的好氧性异养菌虽然也能存在，但它在厌氧区中受 到严重的压抑、在好氧区又得不到充足的营养，因此在与其他生 理类群的微生物竞争中处于劣势。排放的剩余污泥中，由于含有 大量能过量积贮聚磷盐的积磷细菌，污泥磷含量可达 6%以上，因 此较一般的好氧活性污泥系统大大地提高了磷的去除效果。 19 4、bardenpho 工工艺艺 图 4四段 bardenpho 工艺 1974 年，barnard 报导了在他所首创的硝化，反硝化脱氮 bardenpho 工艺中，有时发现有很好的除磷效果。 bardenpho 工艺以四个完全混合活性污泥反应池串联而成。 其中第 1、3 池不曝气、设混合器缓慢搅拌以防止污泥沉淀。第 2、4 池好氧曝气。第 2 池（好氧 1）停留时间长，已达完全硝化。好 氧 1 的混合液并不回流至第一池（缺氧 1），而是进入第 3 池（缺 氧 2），混合液中的 no3-被反硝化细菌通过内源反硝化而还原成 氮气。随后进入第 4 池（好氧 2）使 do 足够高以驱走氮气泡，避免 形成浮渣，同时避免污泥在沉淀池中厌氧放磷。 barnard 在实验中首次发现水中 no3-对去磷有抑制作用。 5、phoredox 工工艺艺 20 图 5phoredox 工艺 为了提高去磷效果，barnard 在他的试验中，将 bardenpho 工 艺作了改进，在缺氧 1 前增设了一个厌氧发酵区。从二沉池回流 来的污泥在厌氧区中与进水相混。好氧池中污泥混合液回流仅进 入缺氧区。只要后面 4 段硝化、反硝化控制得当，氮去除率高，同 时控制二沉池污泥至厌氧区的回流污泥比，那么通过回流污泥而 带至厌氧区的硝酸盐将是很少的。厌氧区的厌氧生境比原 bardenpho 工艺中的缺氧区较易达到。在南非及欧洲将这种改进 的 bardenpho 工艺称为 phoredox 工艺。在美国仍称之为改良型 bardenpho 工艺或五阶段 bardenpho 工艺。 6、uct 工工艺艺 21 图 6uct 工艺 在 phoredox 的工艺流程中，二沉池的回流污泥仍然是回至 最前端的厌氧区，由于其中或多或少的带有 no3-，因此对厌氧区 总会带来不利的影响。要通过操作来降低硝酸盐浓度方面的余地 较小。同时减少回流污泥量对污泥的沉降性能有较高的要求，对 二沉池的操作也带来一定的困难。marais 等经过一系列的尝试后 推出了 uct 工艺（university of cape town process）。 在 uct 工艺中，沉淀池的回流污泥和好氧区的污泥混合液 分别回流至缺氧区，内中携带的 no3-在缺氧区中经反硝化而去除。 为了保证厌氧区中的污泥浓度，增设了缺氧区至厌氧区的混合液 回流。在废水 tkn/ cod 适当的情况下，缺氧区中反硝化作用完 全，可以使缺氧区出水中的 no3-浓度保持接近于零，从而在厌氧 区中能保持较为严格的厌氧生境，这样可提高厌氧放磷以及整个 系统的除磷效率。同 phoredox 工艺相比，uct 工艺可最大限度的 排除回流液中携带的硝酸盐对除磷的不利影响。但因增加了缺氧 区至厌氧区的混合液回流，运行费用略有增加。 7、改良型的改良型的 uct 工工艺艺 22 图 7改良型 uct 工艺 在 uct 工艺中，从好氧区至缺氧区的内回流中所携带的 no3-，多多少少总是有一些被缺氧区至厌氧区的回流液带入厌氧 区，为了解决这一问题，有人对 uct 工艺作了改进，称之为改良 型 uct 工艺。 在改良型 uct 工艺中，缺氧区被分成两个，缺氧 1 只接受二 沉池的回流污泥，并有混合液回流至厌氧区。因此，对缺氧 1，只 要求减少回流污泥携带的 no3-数量。缺氧 2 接受来自好氧区的混 合液回流，其内进行反硝化。这种将缺氧 1 与缺氧 2 完全分隔的 改良型 uct 工艺可避免将过剩的 no3-带进厌氧区，从而提高了 系统的去磷效果。 8、vip 工工艺艺 23 图 8vip 工艺 vip 工艺是以美国 verginia polytechnic institute and state university 的 randall 教授为首的科研组提出的一种生物除磷工艺。 其流程类似于 uct 工艺，但有二点明显的不同： 厌氧区、缺氧区、好氧区的每一部分至少有二个以上的池 所构成，这样可增加吸、放磷的速率； 与 uct 工艺相比，泥龄短，负荷高，运行速率较高，污泥 中活性生物的比例增加，除磷速率较高，减少了反应池的体积，其 设计泥龄为 510 天，而 uct 工艺的泥龄通常为 1325 天。 9、 、sbr 工工艺艺 序批式活性污泥法（简称 sbr 工艺）是一种将初沉、反应和 二次沉淀池放在同一反应器中进行，提供一种时间顺序上的污水 处理工艺。整个处理过程分为进水、反应、沉降、出水、休闲五个 时期，具有构筑物简单，投资省，操作灵活，管理方便等优点，现 已研制出自动监测或起闭阀门，定时进水，排水的自动控制系统， 操作时可按水质状况调整各时段时间。 、旁流生物除磷工艺phostrip 法 该工艺的关键是在常规的好氧活性污泥工艺中，增设了厌氧 放磷池和化学沉淀池。该工艺的主流部分为常规的活性污泥法曝 气池，回流污泥的一部分（约为进水流量的 1020%）旁流入一个厌 氧池，污泥在厌氧池中通常停留 812 小时，积磷细菌可吸收发酵 24 产物而放磷，也因菌体自溶而放磷。脱磷后的污泥回流入曝气池继 续吸磷，富含磷的厌氧池上清液进入化学沉淀池后以石灰处理，石 灰剂量取决于废水的碱度，使溶磷转化为不溶性的磷酸钙沉淀，然 后从系统内弃去。由于 phostrip 工艺仅将处理流程中的一部分回流 污泥通入旁路的厌氧放磷池，并以化学的方法除磷，所以列入旁流 除磷工艺。污泥的吸磷仍然遵循生物过量吸磷的机理，因此是一种 生物和化学法相结合的除磷方法。然而，同其他化学除磷工艺相比， 由于只占总流量一小部分的废水须加药处理，故大大地减少了化 学药物的投加量。同其它主流生物除磷工艺相比，对进水 tbod 和 bod/p 的要求不严格，在进水 bod 不高，只要操作合理，出水 tp 可低于 1mg/l。 图 9phostrip 工艺 五、生物除磷机理新五、生物除磷机理新进进展展 最近，一些刊物报导了一种现象，就是在反硝化（或缺氧）条 25 件下发生吸磷，并发现在活性污泥中有一种能反硝化且除磷的细 菌（dpb），现表明，这种 dpb 的能力与人们熟知的好氧积磷菌相 近。 这种反硝化除磷的主要优点是：碳源和能源（曝气）得到节省。 对于反硝化除磷，进水中的 cod 可同时用于脱氮除磷。delft 大 学的研究中，相当一部分磷在缺氧区被吸收，dpb 的除磷量相当 于总除磷量的 50%。与传统工艺相比，采用反硝化除磷的生物营 养盐去除工艺（bnr）可节省 cod30%（用于处理生活污水时）。 dpb 的代谢机理与好氧积磷菌非常类似，在缺氧段，用 no3- 而非 o2氧化 cod（phb）。然而，dpb 的存在和生长并不意味着 在 bnr 工艺中，厌氧段可省略。研究表明，省去厌氧段，令细菌 特性从反硝化除磷向传统反硝化转变。 参考文献： 1许亚同，废水中氮磷的处理，华东师范大学出版社，1996 年。 2、白晓慧，生物除磷机理新进展，环境科学动态，1997 年第 3 期。 3、骆琼，污水同时去磷除氮技术动向，环境科学动态，1996 年第 4 期。 4、徐乐中，生物除磷效率的确定，给水排水，1995 年第 11 期。 5、陈欣燕 程晓如 陈忠正，从微生物学探讨生物除磷机理，中国 给水排水 1996 年第 5 期。 26 6、翟明，论污水中氮磷的降解，中国土木工程学会排水委员会三 界二次年会论文（1997 年）。 7、颜秀勤，a+a2/o 工艺处理城市污水的生产性试验研究，中国土 木工程学会排水委员会三界二次年会论文（1997 年）。 8、周岳溪等，废水生物除磷机理的研究，环境科学，1991 年 13 卷 4 期。 9、郑兴灿，污水生物除磷机理述评，环境科学，1989 年 11 卷 1 期。 10、朱怀兰 史家梁 徐亚同，sbr 系统中的积磷细菌，上海环境科 学，1994 年 4 月。 11、徐亚同 ，生物除磷，上海环境科学，1988 年 3 月。 12、朱怀兰 史家梁 徐亚同，sbr 生物除磷工艺的研究，1993 年 8 月。 13、张在峰 赵庆祥 林吉，生物除磷过程中厌氧特性的研究，中国 环境科学，1991 年 11 卷 5 期。 14、刘玉生 朱学庆等，a/o 和 a2/o 法除磷脱氮工艺影响因素及除 磷动力学研究，环境科学研究，1992 年 3 月，第 5 卷第 2 期。 4用强化吸附法进行生物除磷实验 27 一、一、实验实验材料及装置材料及装置 1、实验材料 本实验的储水、反应及沉淀池均采用有机玻璃制造，各反映 池之间用橡胶管连接。 2、实验装置 实验自制曝气池直径（d）为 250mm，厌氧池 d=150mm，附池 d=100mm，沉淀池 d=200mm，储水池 d=400mm。由于本实验的目 的在于探讨强化吸附除磷工艺的 除磷效果，故实验采用 a/o 流 程及强化吸附除磷流程两套模拟装置进行，以对比两种工艺流程 的除磷效果。强化吸附除磷工艺只是多了一个吸附池，其它装置 的规格两流程相同。 在装置中，曝气池采用微孔曝气方式，空压机供气。各反应池 均采用搅拌器，转速为 60 转/分。吸附池及厌氧池上口磨平加橡 胶盖密封，以保证厌氧条件。进水及污泥回流采用蠕动泵。 、实验流程 本实验采用对比实验的方法，建立两个系统。系统一为传统 a/o 法系统二为强化吸附法（见图 10 及图 11）。 系统一：厌氧池+好氧池+沉淀池， 系统二：吸附池+厌氧池+好氧池+沉淀池。 28 图 9系统 1 图 10系统 2 系统一照片： 29 系统二照片： 30 系统整体照片： 31 、取泥和配水取泥和配水 实验污泥取自高碑店污水处理厂的回流污泥，回来后进行接 种 培养，稳定后取样分析。 实验采用人工配水方法，其污水成分模拟北京市污水特征， 按碳、氮、磷比例进行配制，配制原料采用醋酸钠（naac）、磷酸 二氢钾（kh2po4）、氯化铵（nh4cl）等。 、实验过实验过程程 1、 第一阶段 32 在第一阶段中，除磷效果很差，近于没有，进出水磷含量差 值在 12mg/l 之间，近于没有。测定厌氧池 do，其值略高于 0.20mg/l，故分析可能是厌氧池 do 太高所至，于是将厌氧池及吸 附池加橡胶垫及软纸增加密封程度，减少表面复氧。经磷测试，仍 未发现过量除磷。后将进水比进行了调整，将进水 cod 由 150mg/l 增加为 200mg/l，进水磷含量由 40mg/l 降低为 20mg/l。此 时丝状菌却突然大量繁殖，将好氧池的溶解氧增至 4mg/l 左右后， 沉淀池泥面开始下降，污泥膨胀现象逐步消逝。 2、 第二阶段 各项参数及指标控制如表一所示： 表一： 停留时间（h） 常规法 吸附法 泥 龄 天 日 排 泥 升 进 水 流 量 l/h 回 流 比 % cod mg/ l p mg/l 厌氧池曝气 池 吸附 池 厌氧 池 曝气 池 33 5 1.4 4 2.4 10 0 150 40 1.33 3 0.33 1 3 此外，在本次实验过程中，ph 值一般在 7.0 左右,温度在 1626之间。 本阶段从 5 月 6 日开始，经过前一阶段的调整，终于取得成 效。此阶段虽不时出现泵坏，停止运转的等故障，但其他时间基本 正常。 第二阶段磷去除效果表：（见另页表二） 表中数据均在污泥状态较稳定情况下测得。有时因泵停或 跑泥等情况发生而导致不能连续测磷。另外有个别数据明显不合 理而舍去了，如：有时测得的进水磷要高于实际进水磷含量，其所 得数据自然不正确，原因可能是由于操作过程中出现了错误。 在本阶段当中，于 5 月 27 日将曝气池停留时间改为 4 小时， 日排泥量改为 1.92l，经稳定后于 6 月 6 日和 6 月 7 日测得两组 数据如表三所示。 3、第三阶段 5 月 28 日发现系统中出现大量胶粘状泥团，经镜检，发现全 34 由大量丝状菌构成。由于系统中丝状菌过多，难于控制且找不到 具体原因，故于 6 月 9 日将原泥撇掉，改换为高碑店新取污泥，以 后一段时间进入污泥的培养、接种阶段。经稳定后于 6 月 19 日开 始了本阶段的测磷工作。实验测得磷去除效果如表四所示。 从这些数据可以明显看出，在换泥后，由于污泥的状态较好， do 控制在 4mg/l 左右，污泥指数保持在 100 以内。所以，实验取 得了较为明显的效果。 5 实验结论 、在厌氧条件为 1.33 小时，好氧条件为 3 小时的条件下强 化吸附除磷法比常规 a/o 法有较高的磷去除率，但去除 率增加百分比不是很大，约增加 5%左右。 、强化吸附法污泥含磷率略高于常规 a/o 法，第二阶段常 规 a/o 法约为 15%左右，强化吸附法约为 16%左右；第三 阶段常规 a/o 法约为 11%左右，强化吸附法约为 12%左 右。 、在运行过程中，一定要严格控制吸附池及厌氧池的厌氧 条件，使 do 保持在 0.20mg/l 以下，以及使好氧池的 do 35 保持在 2mg/l 以上，以免产生丝状菌，引起污泥膨胀，一 旦丝状细菌大量繁殖，不但难于恢复污泥性状，而且对除 磷效果也有很大的影响。 、总的看来，在污泥状态不是很好的情况下，吸附法磷去除 率比常规法大约高 5%左右，而在污泥状态较好，各项参 数控制较合理时，吸附法比常规法可高出 9%左右。 、通过实验可以看出，无论是常规 a/o 法，还是吸附法，如 污泥状态比较好且各项参数指标合适时，磷去除率均可 以得到提高，常规法磷去除率大约提高 1015%，吸附法 可提高 1520%。 、由于硝酸盐的存在对污水除磷也有很大的影响。在 6 月 27 日对系统中 nh3-n 及其 no3-n 的含量及变化作了测 定，得出下面一组数据： nh3-n 总进水 常规法出水 吸附法出水 1391mg/l 0.43mg/l 0.64mg/l no3-n 常规法厌氧池 吸附法厌氧池 1007mg/l 2.08mg/l 而且，测得自来水中 no3-n 含量为 12.7mg/l，经分析后认 为，前一阶段除磷率不是很高与 no3-在系统中引起的反 硝化作用有很大的关系。 36 论论文摘要文摘要 生物除磷作为近年来发展很快的一种工艺，它对水体富营 养化的防治有很大的意义。本实验就强化吸附生物除磷工艺进行 了研究，其原理即在常规 a/o 法处理流程首端增加一个生物选择 器，以改善污泥性能，促使微生物对有机物的吸收。本实验采用对 比实验的方法，建立两个系统，系统一为传统 a/o 法，系统二为 强化吸附法。实验结果表明，强化吸附除磷法比常规 a/o 法有较 高的磷去除率。本实验还对吸附池、厌氧池及好氧池的不同停留 时间比进行了探讨。 abstract biological phosphorous removal process is a technology developed quickly recently. it has great significance to eutrophication of water body. the experiment was used to study strengthening adsorption biological phosphorous removal. its principle is adding a biological selector before the convention a/o process to increase the sludge characteristics and enhance the adsorption of organic matters by microorganism. the experiment adopts contrast test and set up two sets of system. one is convention a/o pro