环境工程 论文脱氮除磷工艺.doc

生物脱氮除磷工艺姓名：徐国华 专业：08给水排水 学号：0803240033摘要：本文说明了脱氮除磷工艺的技术研究情况，并介绍了一些新工艺，新技术。并且对生物脱氮除磷的影响因素进行了讨论。前言：环境污染和水体富营养化问题的尖锐化迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮磷排放标准，这也使污水脱氮除磷技术一度成为污水处理领域的热点和难点。因此，研究和开发高效、经济的生物脱氮除磷工艺成为当前城市污水处理技术研究的热点。目前，污水厂广泛采用的脱氮除磷工艺有：A2/O，SBR，氧化沟等。而传统工艺存在基建投资大（池容大）、运行费用高（硝化充氧能耗高、市政污水厂需投加碳源和碱等）、能量浪费等一系列问题。此外，传统工艺的脱氮效率受进水水质的影响，低碳源污水在不投加外碳源的情况下，其脱氮效率低。因此，研究和开发高效、经济的脱氮工艺成为当前城市污水处理的热点。关键词：生物脱氮除磷1 生物脱氮技术生物脱氮实在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为氮气的过程，其中包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是在好氧条件下，废水中的氨态氮被硝化细菌转化为亚硝酸盐和硝酸盐。反硝化反应在无氧条件下，反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气。1985年，Rittmann等在工业规模的氧化沟中成功地实现了同时硝化和反硝化，并通过实验证实了反硝化反应可在絮体内部缺氧区连续进行。通过控制DO浓度可实现在同一反应器内的SND，后来的Daigger、以及国内的高廷耀、吕锡武等都对SND进行了大量的研究工作。该工艺流程简单，无需外加碳源，基建和运行费用较低，脱氮效率可达70%。但由于出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二次沉淀池中可能会发生硝化反应而影响出水水质。而对于SBR工艺，李锋【1】等人认为，反应器内进行同时硝化/反硝化的必要条件是好氧和缺氧环境同时存在，所以应该控制DO一般在0.51.5mg/L这样一个较低的水平；他们引用的数据表明，采用SBR反应器，控制其中的DO在0.51mg/L，在反应器中形成厌氧（缺氧）和好氧并存的环境，可以实现同时硝化/反硝化的过程。但是Hong W Zhao、Lesley【2】等人的研究证明，许多异养微生物能够对有机及无机含氮化合物进行硝化作用，当BOD5与N的质量比大于6.9时异养硝化菌对氨的氧化会起很大的作用。此外，还有学者提出了亚硝酸型生物脱氮技术，认为亚硝酸型生物脱氮技术具有降低能耗、节省碳源、减少污泥生成量、反应器容积小及占地面积省等优点；这种技术的核心是将硝化过程控制在亚硝酸阶段，随后进行反硝化。Sung-Keun Rhee【3】等人利用SBR反应器对此进行了研究。他们的结果表明，当系统中氨氮的浓度成为限制硝化细菌将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮的时候，自养型硝化菌的活性就受到了抑制，从而出现了亚硝酸盐的积累；在后续的缺氧段中，所有的积累的亚硝酸盐和硝酸盐都能够得到反硝化而完全去除，系统对总氮的去除率在85左右。2 生物除磷工艺生物法除磷是利用微生物在好样条件下对废水中溶解性磷酸盐的过量吸收，然后沉淀分离而除磷。整个过程分为厌氧放磷和好氧吸磷两个阶段。在厌氧状态下放磷越多，合成的PHB越多，则在好氧状态下合成的聚磷菌越多，除磷效果越好。2.1 Phostrip除磷工艺流程在常规的活性污泥工艺的回流污泥过程中增设厌氧放磷池和上清液的化学沉淀池后组成了Phostrip除磷工艺。此法是生物法和化学法协同的除磷方法，工艺操作稳定性好，除磷效果好。其工艺流程图如图所示：2.2 BCFS除磷工艺BCFS除磷工艺流程图反硝化除磷菌应用的代表性工艺是荷兰DelfT大学开发的BCFS工艺。据报道，该工艺中50%的磷均由DPB去除。该工艺由5个功能相对专一的反应器组成，通过控制反应器之间的3个循环来优化各反应器内细菌的生存环境。其充分利用了DPB的缺氧反硝化除磷作用，实现了磷的完全去除和氮的最佳去除；充分利用了磷细菌对磷酸盐的亲和性，将生物摄磷与富磷上清液(来自厌氧释放)离线化学沉淀有机结合，使系统在稳定的SVI(SVI120mL/g)下能获得良好的出水水质(总磷0.2mg/L,总氮5mg/L)。3 脱氮除磷新工艺3.1 ECOSUNIDE 工艺本工艺是以张雁秋【4-7】等人提出的统一动力学理论、动力学负荷理论、回流污泥浓度优化理论为依据，创造出在特殊工艺条件下，提高了活性污泥中的硝化菌的比例，突破了传统活性污泥法硝化速度慢，实现了短时高效脱氮，最终研发出城市污水高效脱氮处理新工艺。该工艺的最大特点是通过分点-多点特殊配水造成的高污泥浓度，系统长期处在高污泥浓度及低营养状态下工作，使硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌的繁殖处于生长优势，提高了脱氮效率，同时使得生物反应池总停留时间减短，减少生化池的总容积，进而缩短占地面积，与传统工艺相比可减少投资20%。该工艺结合了节能集成技术、高效曝气技术、无内回流技术、高污泥浓度梯度污泥减量技术、高污泥浓度高效捕集气泡技术，池内无搅拌器、无回流泵、污泥减量使脱水系统设备减少30%，节约了运行费用。3.2生物倍增工艺生物倍增（BioDopp）污水处理工艺是德国恩格拜环保技术公司在多年来的科学研究和实践经验基础上开发出的一项先进的污水处理技术。该工艺主要是通过特殊材料制成的可防止堵塞的曝气系统、生物除磷系统、空气提升系统及快速澄清装置，将生物脱氮除磷、有机物的氧化去除、污泥的硝化稳定等各工艺全部协调在同一反应池内同时进行。【8】生物倍增工艺具有占地面积小、工程投资低、污泥产出少、操作控制简单等特点。不过，如果首次运行该工艺需要考虑低氧情况下，曝气管满足微生物需氧以外，水流搅拌作用也应当充分考虑；如果污水处理厂或工厂处理后的水是直接排入河流的，由于出水中的溶解氧较低，尾水排入河流中会继续吸收水体中的溶解氧，所以，需要考虑后曝气，确保溶解氧达2 mg/L 再排入水体。4 生物脱氮除磷影响因素的探讨4.1环境因素温度、pH、溶解氧温度影响需要在运行过程中进行考察，一般来说，温度上升，微生物活性增强；城市废水的pH在7左右，适于生物处理，若低于6.5时处理效率下降；硝化菌和聚磷菌要求在有氧区有丰富的溶解氧，在缺氧区或无氧区没有溶解氧。但由于在回流混合液和回流污泥中会夹带一些溶解氧，所以有氧区的溶解氧也不宜过高，通常维持在2mg/l左右。4.2 工艺因素泥龄、各反应区的水力停留时间生物除磷要求污泥中含磷量高，因而泥龄短，系统须在高负荷下运行；但是，对脱氮而言，硝化反应硝化反应只能在泥龄长的低负荷中才能运行。这两者是矛盾的。在水温较低时，矛盾更为明显。当水温低于15摄氏度时，硝化效果下降。4.3 废水成分BOD5与N、P的比值城市废水中的BOD5、N、P的组成可适应可适应生物脱氮除磷的要求。近年来的研究表明，通过缺氧、厌氧、好氧的合理组合，并提高活性污泥的浓度，在水力停留时间接近传统活性污泥法的情况下，出水的COD、BOD5、SS、NH3-N和总磷都能达到排放标准。5 生物脱氮除磷技术的展望污水排放标准的不断严格是目前世界各国的普遍发展趋势，以控制水体富营养化为目的氮、磷脱除技术开发已成为世界各国主要的奋斗目标。目前在生物脱氮除磷技术基础理论没有重大革新之前，充分利用现有的工艺组合，开发技术成熟、经济高效且符合我国国情的工艺应是今后我国脱氮除磷工艺发展的主要方向。发展可持续污水处理工艺，朝着节约碳源、降低二氧化碳释放、减少剩余污泥排放以及实现氮磷回收和处理水同用等方向发展。总之，我国应该根据国情探索简便、高效、节能的污水处理技术，充分利用现有成熟工艺和技术，大力开发符合地方地域特征的新工艺。随着脱氮除磷理论的发展，人们对于脱氮除磷技术将会有更深刻的认识。参考文献【1】李锋，朱南文，李树平，等有氧条件同时硝化/反硝化的反应动力学模式J中国给水排水，1999，15(6)：58-60.【2】Hong W Zhao，Donald S Mavinic William K OldhamControlling factors for simultaneous nitrification and denitrification in a two-stage intermittent aeration process treating domestic sewageJWat Res，1999，33（4）：971978【3】SungKeun Rhee，Jay J Lee and Sung-Taik LeeNitrite accumulation in a sequencing batch reactor during the aerobic phase of biological nitrogen removalJBiotechnology Letters，1997，19(2)：195198。【4】 张洁，胡卫新，张雁秋。改进型双泥反硝化除磷脱氮工艺一种可望从根本上解决脱氮除磷矛盾的新工艺J.环境污染与防治，2005,27（3）：232-235.【5】张雁秋，张结等。废水处理生物处理高效硝化新工艺J.中国矿业大学学报，1994 年，23（4）：84-87.【6】张雁秋。对废水生物处理一相说与二相说的统一J.煤矿环境保护，1993,7（6）：12-14.【7】张雁秋，李燕等。ECOSUNIDE 工艺在实际工程中的应用。中国给水排水第4 期。【8】Berends D, HSalem S, Van der Roest H F, et al,Boosting nitrification with the BABE technology.Water SciTechnol,2005，52（4）：63 - 70.Berends D, HSalem S, Van der Roest H F, et al,Boosting nitrification