生物脱氮除磷工艺中的矛盾

5 .生物脱氮除磷工艺中的矛盾(一)泥龄问题；作为硝化过程的主休，硝化菌通常属于自营养型特殊好氧菌。 这类微生物的特点之一是繁殖速度慢，世代时间长。 冬季硝化菌繁殖所需的世代时间可达30d以上的夏天，泥龄不足5d的活性污泥硝化作用微弱。 多聚磷菌多为短代微生物，为探讨泥龄对生物除磷工艺的影响，Rensink等人(1985年) 23用表2总结了以往的研究成果，指出降低泥龄可提高系统除磷效率。泥龄与除磷率的关系表2泥龄/d30175.34.6除磷率/%405087.591从表2可知，多聚磷微生物所需泥龄非常短，泥龄为3.0d左右时，系统能够维持除磷效率，另外，除去生物磷的唯一方法是排除剩馀污泥. 系统泥龄也应相应降低.硝化菌和聚磷菌在泥龄上有矛盾.泥龄过高不利于除磷.泥龄过低则硝化菌不能生存，泥量过多则影响后续污泥处理. 针对这一矛盾，污水处理工艺系统的设计与运行一般采用将系统泥龄控制在较小范围内，兼顾脱氮与除磷的需求。 这种协调被证明在实践中是可行的。为了充分发挥脱氮和降磷两种微生物各自优势，其他对策大致有两种.第一类设立中间沉淀池，设置两组污泥回流系统，使不同泥龄微生物处于前后二级(参见图4 )，一级泥龄非常短，主要功能为除磷二级泥龄长，主要功能为脱氮。 该系统的优点是成功分离出两种泥龄不同的微生物。 然而，这种进程也有局限性。 第一，在两种污泥回流系统中加入中间沉淀池和内循环，使这种工艺流程长期复杂。 其次，由于这种工艺不能减少在以往的A2/O (参照图5 )工艺中同时进行的分离吸磷和硝化工艺各自所需的反应时间，因此工艺整体的滞留时间变长。 第三，该工艺的二级容易发生碳源短缺，严重影响脱氮效率。 另外，由于吸磷和硝化需要好氧条件，工艺所需的曝气量也可能增加。第二种方法是在A2/O工艺好氧区适宜位置投放填料。 硝化菌生活在填料表面，与污泥逆流无关，可以解决脱氮除磷工艺中泥龄的矛盾。 该方法的优点是达到分离不同泥龄微生物的目的，保持传统A2/O工艺的简单特点。 但是，该工艺也必须在加入填充剂后，给浮游活性污泥提供优先且充分的增殖机会，防止生物膜越来越多，MLSS减少确保充分的搅拌强度，防止污泥在填充剂的捕集作用下在填充剂表面之间大量凝聚填充剂的加入量应适度另外，填充剂的类型和配置方法必须慎重考虑(二)碳源问题；碳是微生物生长所必需的最大营养元素。 在脱氮脱磷系统中，碳源消耗于脱磷、脱氮和异养菌的正常代谢等。 其中，脱磷和脱氮的反应速度与供水碳源中易分解部分，特别是挥发性有机脂肪酸(VFA )的数量关系很大。 通常，城市污水中含有的易分解COD的数量非常有限，以VFA为例，通常只有几十mg/L。 城市污水生物脱氮脱磷系统脱磷与脱氮之间存在。解决这个问题，一般要从两个方面来考虑。 一是从工艺外部采取措施，增加水易分解的COD数量，如消除初沉池、污泥消化液逆流，使初沉池变成氧化池等作用。 另外，也可以考虑加入碳源的方法。 二是从工艺内部考虑，比较优缺点，更合理地将碳源分配给脱氮脱磷工艺，常规脱氮脱磷工艺常常需要优先释放磷的厌氧区置于工艺前部，设置缺氧区。 这当然是以牺牲系统的脱氮率为前提的。 但是，释放磷本身并不是脱氮除磷过程的最终目的。 关于工艺的最终目的，厌氧区前置是否真的有利，利害是否有利，应进一步研究的倒置A2/O工艺(参见图6 )将缺氧区置于工艺的开头，置于厌氧区后24-26 .经过这样的变化，脱氮菌优先获得碳源，脱氮速度大大提高。 同时，不存在困扰脱氮除磷工艺的硝酸盐问题，所有污泥都经历了完整的除磷和吸磷工艺，除磷能力不仅不受影响，24-26这种新的碳源分配方式对脱氮除磷工艺的实践和机理研究具有重要意义。(3)硝酸盐问题传统的A2/O工艺在厌氧区之前，逆流污泥不可避免地将硝酸盐的一部分带入该区域。 硝酸盐的存在对聚磷霉素的磷释放效率有很大影响，特别是当供水中VFA较少、污泥中磷含量不高时，硝酸盐的存在可能是聚磷菌直接吸磷。 在传统的A2/O工艺框架下，避免硝酸盐进入厌氧区释放磷成为研究热点，围绕这个问题的是UCT工艺、JHB工艺、EASC工艺等，其中最有名的是UCT解决硝酸盐问题的关键是如何在逆流污泥进入厌氧区之前，消耗掉所有的硝酸盐。 一种方法是逆流污泥进入厌氧区之前先进附设的缺氧池，该缺氧池中有逆流污泥的硝酸盐利用污泥自身的碳源进行脱氮。 由于未添加碳源，该脱氮实际上多为内源代谢，因此脱氮速度不高6 .生物脱氮除磷工艺反应中的微生物关系一般27，微生物的相互关系是：第一，一种微生物的生长和代谢有利于另一种微生物的生长，或者相互有利的关系，例如可能形成生物间的共生和共生的第二，一种微生物的生长和代谢可能不利地影响另一种微生物的生长，或者相互危害，形成有害的关系， 例如微生物之间的拮抗、竞争、寄生和捕食第三，两种微生物一起生活在一起，两者之间并不重要，具有无意义的相互影响，表达对彼此的生长和代谢既没有明显的有利影响也没有有害影响，形成中性关系，如物种之间的共存。(一)有利关系微生物之间的有利关系可以分为互生关系和共生关系。 互生关系是微生物间比较松散的联合，在联合中，一方可以获利，一方可以向另一方提供或改善生活条件，双方都可以获利。 共生关系是两种微生物紧密结合，随着这种关系的高度发展，形成特殊的共同体，生理上表现出一定的分工，与组织形成形态上的新结构。在生物脱氮系统中，相互关系主要表现为化学水平的合作，即在微生物之间提供生长因子，代谢刺激物质，分解对方的代谢抑制物质，使PH平衡，维持适当的氧化还原电位，消除中间产物的积累。 氨化细菌、亚硝酸菌、硝酸菌及反硝化菌之间表现出相互关系。 氨化细菌分解有机氮化合物产生氨，为亚硝酸菌创造了必要的生活条件，但对氨化细菌无害。 亚硝酸菌氧化氨，为亚硝酸菌创造了必要的生活条件。 柴桑gee等28研究了亚硝化单细胞菌属与硝化杆菌在反应器内的相互作用，利用悬浮生长实验得到的稳态氨和亚硝酸氧化数据研究了确定的两种细菌数量的生工参数，结论：硝化杆菌的活性取决于硝化杆菌亚硝化单细胞菌的数量比例，亚硝化单细胞菌的活性两者可以判断，这两个种群之间必定有酶促进共生和生化能量转移。 反硝化菌在厌氧条件下将NO3-、NO2-还原成N2气体，从污水的液相中排出，在解除亚硝化菌和硝化菌的抑制因子的同时，脱氮过程提高反应器内的碱度，补充部分硝化过程中消耗的碱度，有利于反应器的pH值在硝化菌活性大的范围内稳定目前，各类脱氮工艺多为阶段性，设有好氧池和缺氧池，分别为硝化菌和脱氮菌提供了适当的生长环境，因此硝化工艺和脱氮过程在不同反应器内完成。 由于各反应器内微生物没有密切的相互关系，运行稳定性相对较差。 近年来，国外发表了多篇论文 29，30，31 ，同时证实了硝化脱氮现象，介绍的国内同济大学(1994-1997 )在中德合作项目-城市污水生物脱氮除磷技术的研究中采用了一些不同的技术，发现了一定程度的同步硝化脱氮现象微生物絮凝物体外表面溶解氧浓度高，优势微生物为氨化菌和硝化菌，但絮凝物内部由于氧传导阻力的增大和外部需氧菌的消耗，形成缺氧状态，脱氮菌占优势。 事实上，该微生物絮凝物的组成不仅是微生物在上述化学水平的协作，而且在物理水平的协作下，形成了密切的共生关系，稳定性更好。 Daigger等人研究了美国Elim wood污水厂Orbal氧化槽内的同时硝化脱氮现象，得出了相似的结论。厌氧区内的除磷菌和兼性细菌也有相互关系，现在有关生物除磷面处理的研究表明，除磷菌只能同化以醋酸为代表的低分子挥发性脂肪酸(VFAs )有效地释放出磷，但由于原污水中的这些物质容易分解，因此在初沉池内也在管网内分解， 其含量有限，除磷菌所需的挥发性脂肪酸主要是兼性菌在厌氧条件下发酵有机物提供的。 除磷菌同化挥发性脂肪酸，也是兼活菌性长代谢抑制因子，两者有相互关系(二)不利关系微生物之间的不利关系有拮抗、竞争、寄生、捕食等。 拮抗是指两种微生物在一起生活时，一种微生物产生某种特殊的代谢产物，改变环境条件，抑制或杀死另一种微生物。 竞争关系是一起生活的两种微生物，为了争夺有限的相同营养和其他共同需要的营养素，其中最能适应环境的种类占优势。生物除磷反应器中，除磷菌(PAB )和谷物菌(GAB )混合存在，在厌氧阶段细胞凝聚磷和糖类的分解作为存储器的能量吸收醋酸盐，醋酸盐立即转化为PHA，在好氧阶段PHA通过PAB和GAB被用于生命活动的生长和维持。 发现satohgab在厌氧状态下不释放磷而吸收醋酸，代谢反应式为：c H2O 0.208 c6h10 o5(ch )-2ch 1.5o 0.5 (PHB ) 0.25 co 20.54 H2O因此，PAB和GAB为争夺有限的挥发性脂肪酸而进行生存竞争。 Liu等人的研究表明，虽然PAB比GAB吸收醋酸盐，但GAB在低P/C生物除磷系统中仍占优势，P/C是PAB与GAB竞争的决定性因素。 由