水力停留时间对脱氮除磷工艺的效能的影响.docVIP

水力停留时间对脱氮除磷工艺的效能的影响姓名：孙辉 学号：15S127189摘要：为遏制水体富营养化的恶化，氮、磷的排放标准日趋严格，而应用生物脱氮除磷能有效地去除水体中的氮、磷，因此，生物脱氮除磷工艺广泛应用于污水处理厂中。但是，传统的生物脱氮除磷技术（如A2/O工艺、UCT工艺等）效率低下, 导致氮、磷去除率不达标，这是造成水体的富营养化的原因之一。目前，研究者们通过对生物脱氮除磷机理更深入的研究，开发出新的生物脱氮除磷工艺，如反硝化除磷 、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等工艺，能有效克服传统工艺的不足。水力停留时间(HRT)是制约生物脱氮除磷工艺的关键因素，直接影响系统的脱氮除磷效率。本文主要介绍了不同HRT对工艺有机物的去除率、脱氮效能及除磷效能的影响。 关键词：生物脱氮除磷工艺 HRT 有机物转化 脱氮效能 除磷效能1前言近年来，随着污水排放量的增加，化肥、合成洗涤剂及农药的广泛使用，水体中的营养物质浓度不断升高，由氮磷污染物引发的水体富营养化现象已经对水体安全造成严重的威胁1-2，而且新的污水处理排放标准对氮磷等营养元素的控制要求越来越严格，因此一些新的脱氮除磷工艺被不断开发出来，如如反硝化除磷、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等工艺，生物脱氮除磷工艺得到广泛的应用3-4。制约生物脱氮处理工艺的因素有很多，如pH、温度、HRT、DO等，其中HRT是关键因素之一，本文主要介绍了不同HRT对不同生物脱氮除磷工艺（如A2/O工艺、SBR工艺、厌氧氨氧化工艺等）的COD去除率、脱氮效能及除磷效能的影响。2基本原理污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，利用硝化菌和反硝化菌的作用，在好氧条件下将氨氮通过反硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮。在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，达到从废水中脱氮的目的。废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分。主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮。其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌，以无机碳化合物为碳源，从NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量5。污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物来完成：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来。细菌以聚磷(一种高能无机化合物)的形式在细胞中储存磷，其能量可以超过生长所需，这一过程称为聚磷菌磷的摄取。处理过程中，通过从系统中排除高磷污泥以达到去除磷的目的6。在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，这一过程为聚磷菌磷的释放。在生物处理工艺中，水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）是一个非常重要的参数，不同的HRT直接影响微生物与基质底物的接触时间以及传质过程，进而影响工艺对污水的处理效能，停留时间过短，反应器内不能保持足够的生物量，影响反应器的运行稳定性和处理效果；而停留时间过长，会使反应器处理能力过剩，造成浪费。而且，它不仅影响整个系统的处理效能，还直接决定了反应器容积的大小，从而影响了系统的基建费用7。因此，确定合理的HRT对于保证系统的处理效能及节省工程投资都具有十分重要的意义。3不同HRT对COD去除率的影响丛岩等8通过对UAFB-EGSB反应器的研究指出，在HRT为6h条件下，进水COD为408.4mg/L，出水COD可以稳定在50mg/L以下，随着HRT的缩短，UAFB出水的COD浓度有增大的趋势。观察工艺后段EGSB反应器的出水变化可以看出，HRT越小，EGSB消耗的COD越少，说明微生物与底物的接触时间越短，处理效果有所下降，但出水COD的浓度都在50 mg/L以下。袁丽梅等9通过对膜生物反应器复合工艺的研究指出，系统对COD的去除效果良好且稳定，运行期间COD平均去除率均在97%以上，试验选定的HRT范围内（4.97-8.70），HRT对系统COD的去除效果影响不大。COD的高效去除主要是以下几方面共同作用的结果：厌氧区释磷过程对可快速降解的有机物的吸收；多级好氧/缺氧区内反硝化过程对有机物的吸收；膜对悬浮性有机物及溶解性大分子有机物的截留作用。另外，不同HRT条件下，微生物与底物的接触时间不同，生境流场不同，基质的扩散速度也不同，对产氢产乙酸菌、产酸菌以及产甲烷菌等的活性有不同程度的影响，所以在不同的HRT条件下运行脱氮除磷工艺，出水的VFAs的积累情况会有不同。例如，丛岩8等通过对UAFB-EGSB反应器的研究指出，在不同的HRT条件下，工艺前段UAFB的出水以及工艺后段EGSB的出水中的VFAs主要以乙酸和丙酸为主，丁酸和戊酸的量很少，随HRT的变化丙酸、丁酸和戊酸的含量变化很小。同时在EGSB反应器中，乙酸和丙酸会有部分消耗，一方面是反应器中存在反硝化细菌将其做为碳源而去除，另一方面可能是厌氧氨氧化菌的作用。HRT越小，UAFB反应器中乙酸的积累量越多，说明在基质负荷不断增加时，产甲烷菌的活性已经达到了最大值，使水解酸化过程产生的乙酸含量增加，而丙酸、丁酸和戊酸的含量变化很小。4不同HRT对脱氮效能的影响潘欣语等10通过对A2/O工艺的研究指出，A2/O工艺在较长HRT条件对NH3-N有很好的去除效果，HRT过短，反应池中各微生物种群没有充分的时间生长，污泥流失过快，硝化反应和反硝化反应都没有得到充分的进行。当HRT达到一定的值时，已足够各反应器内的反应充分进行，再增加HRT，也只能是增加经济负担，对脱氮作用没有更显著的效果。但是，袁丽梅等9通过对膜生物反应器复合工艺的研究指出，试验选定的HRT范围内（4.97-8.70），系统对TN的去除率随着HRT的减少而增加。这是因为长HRT条件下，系统的有机负荷率降低，会使生物的内源呼吸加剧，影响污泥的活性，最终降低系统对污染物去除效果。降低HRT可使系统的有机负荷率提高，进而使系统反硝化的能力增强，最终提高氮的处理效果。马朝阳等11通过对厌氧氨氧化反应器的研究指出，随着HRT（一定范围内10h到6h）的缩短，反应器的容积负荷逐步增加，总氮去除速率增加，但是，随着系统HRT由6h下降至4h，系统内总氮去除速率不再升高反而降低，这是由于随着系统负荷的逐步上升，污染物与系统内厌氧氨氧化菌的作用时间缩短, 导致出水浓度上升。另外，丛岩等8通过对UAFB-EGSB反应器的研究指出，UAFB反应器对总氮没有去除效果，UAFB出水总氮浓度要大于进水总氮浓度，主要是厌氧发酵过程中进水中的蛋白质被分解为小分子氨基酸，氨基酸被细胞利用后的代谢产物使总氮升高，HRT越小，总氮升高的浓度越小，分析原因是微生物与基质的接触时间越短。4不同HRT对除磷效能的影响张雅静等12指出，在SBR工艺中，HRT对PO3-4-P的去除效果影响较小，该工艺对PO3-4-P没有明显的去除效果。这可能是由于反硝化菌与聚磷菌同属异养菌，由于反硝化菌能够先于聚磷菌吸收和利用VFA进行反硝化脱氮，并且聚磷菌对于碳源的要求要严于反硝化菌，即易降解有机物优先被反硝化菌利用，导致聚磷菌吸附的碳源较少，相应地VFA也较少，在厌氧下转化生成的PHB（聚-羟基丁酸）就减少，从而需要释放的磷产生的能量就相对减少。潘欣语10等通过对A2/O工艺的研究指出，HRT升高，TP去除率不一定升高，而是呈现先升高后降低的变化趋势，HRT 为8h时，TP去除率最高，去除效果最好。当HRT升高至12h时，TP去除率呈现下降趋势，除磷效果恶化。这就说明了较长的HRT有利于TP的去除。但随HRT的增大，TP去除率逐渐减小，还会对TP的去除有不利影响。这可能是因为HRT太大的话，产生污泥膨胀，在碳源一定的情况下，硝化细菌与聚磷菌之间就会形成较为激烈的竞争，而聚磷菌的存活能力低于硝化细菌，所以就会造成聚磷菌的死亡，不利于吸磷作用的进行，因此，HRT增大，TP的去除率提高幅度逐渐减小。5总结通过以上调研发现，HRT对不同生物脱氮除磷工艺的有机物去除、脱氮效能、除磷效能的影响不同，因此，要具体情况具体分析，但是每一种工艺都有其最佳的水力停留时间，在此条件下，运行效果最好，且基建成本最低。参考文献1Conley Daniel J, Paerl Hans W, Howarth Robert W. Ecology-Controlling eutrophication: Nitrogen and phosphorusJ. Science,2009,5917(323):1014-1015.2Ansari Abid A, Gill, Sarvajeet Singh. Eutrophication : Causes, Consequences and ControlJ. Scopus,2013,11(2):264-264.3Ma B, Zhang S, Zhang L, et al. The feasibility of a two-stage autotrophic nitrogen removal process treating sewage J.Bioresource Technology,2011,102(17):8331-8334.4 Schmidt I, Sliekers O, Schmid M, et al. New concepts of micro-bial treatment processes for the nitrogen removal in wastewaterJ. FEMS Microbiology Reiviews,2003,27(4): 481-492.5张自杰. 排水工程（下册）M. 北京：中国建筑工业出版社，2002.6申奕, 邓玉美. 污水生物脱氮除磷工艺现状和发展J. 天津化工,2009,23(2):15-17.7Hcllinga C, Schellen A A J C, Mulder J W, et al. The SHARON process,an innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich waste waterJ. Water Science and Technology, 1998,37(9):135-142.8丛岩. UAFB-EGSB组合工艺处理城镇生活污水的研究D. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2013:6.9袁丽梅,张传义,等. 水力停留时间对膜生物反应器复合工艺污水处理特