污水处理技术之干扰同步脱氮除磷效率的5个因素及对策

北极星环保网讯:污水氮磷去除的实际需要使二级生物处理技术进入了具有除磷脱氮功能的深度二级生物处理，污水脱氮除磷技术的研究、开发和工程应用一直是国内外污水处理界关注的热点和难点。一般来说，只要污水中没有大量难降解有机物，COD的去除是比较容易实现的。而氮磷脱除则比较复杂，一般需涉及硝化，反硝化，微生物释磷和吸磷等过程。

上述每一个过程的目的不一样，对微生物组成，基质类型及环境条件的要求也不一样。例如，硝化需要长泥龄的硝化菌和好氧条件，反硝化则需要短泥龄的脱氮菌，易降解COD和缺氧条件;释磷需要短泥龄的聚磷菌，易降解COD和厌氧条件，而吸磷则需要聚磷菌和好氧条件。

由于各过程的要求不同，在同一污水处理工艺系统中就不可避免地产生了各过程间的矛盾关系。如何处理好这些矛盾关系，使各自所需的反应条件有机地结合起来从而达到处理目的，是一个重要而艰巨的课题。

1、碳源问题

碳是微生物生长需要要最大的营养元素.在脱氮除磷系统中,碳源大致上消耗于释磷,反硝化和异养菌正常代谢等方面.其中释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分,尤其是挥发性有机脂肪酸(VFA)的数量关系很大. 一般来说,城市污水中所含的易降解COD的数量是十分有限的,以VFA为例,通常只有几十mg/L.所以在城市污水生物脱氮除磷系统的释磷和反硝化之间,存在着因碳源不足而引发的竞争性矛盾。

解决这一问题一般需要从两个方面来考虑.一是从工艺外部采取措施,增加进水易降解COD的数量,例如取消初沉池,污泥消化液回流,将初沉池改为酸化池等都有一定作用,还可考虑外加碳源的方法.二是从工艺内部考虑,权衡利弊,更合理地为反硝化和释磷分配碳源,常规脱氮除磷工艺总是优先照顾释磷的需要,把厌氧区放在工艺的前部,缺氧区置后.

这种作法当然是以牺牲系统的反硝化速率为前提.但是,释磷本身并不是脱氮除磷工艺的最终目的.就工艺的最终目的而言.把厌氧区前置是否真正有利,利弊如何,是值得进一步研究的.根据对厌氧有效释磷可能并不是好氧过度吸磷充分必要条件的新认识,倒置A2/O工艺(见图)将缺氧区放在工艺最前端,厌氧区置后。

倒置A2/O工艺

经过这种改变,脱氮菌可以优先获得碳源,反硝化速率得到大幅度提高.同时,原来困扰脱氮除磷工艺的硝酸盐问题不存在了,所有污泥都将经历完整的释磷和吸磷过程,除磷能力不仅未受影响,反而有所增强。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都有重要意义。

2、泥龄问题

作为硝化过程的主休,硝化菌通常都属于自养型专性好氧菌.这类微生物的一个突出特点是繁殖速度慢,世代时间较长.在冬季,硝化菌繁殖所需世代时间可长达30d以上;即使在夏季,在泥龄小于5d的活性污泥中硝化作用也十分微弱.聚磷菌多为短世代微生物,为探讨泥龄对生物除磷工艺的影响,Rensink等(1985年)用表1归纳了以往的研究成果,并指出降低泥龄将会提高系统的除磷效率.

由表1可见聚磷微生物所需要泥龄很短。泥龄在3.0d左右时,系统仍能维持较好的除磷效率.此外,生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥.为了保证系统的除磷效果就不得不维持较高的污泥排放量,系统的泥龄也不得不相应的降低.显然硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾.

若泥龄太高,不利于磷的去除;泥龄太低,硝化菌无法存活,且泥量过大也会影响后续污泥处理.针对此矛盾,在污水处理工艺系统设计及运行中,一般所采用的措施是把系统的泥龄控制在一个较窄范围内,兼顾脱氮与除磷的需要.这种调和,在实践中被证明是可行的。

为了能够充分发挥脱氮与降磷两类微生物的各自优势,可采取的其它对策大致上有两类。

第一类是设立中间沉淀池,搞两套污泥回流系统使不同泥龄的微生物居于前后两级(见图1),第一级泥龄很短,主要功能是除磷;第二级泥龄较长,主要功能是脱氮.该系统的优点是成功地把两类泥龄不同的微生物分开.

但是,这类工艺也是存在局限性.第一,两套污泥回流系统,再加上中间沉淀池和内循环,使该类工艺流程长且比较复杂.第二,该类工艺把原来常规A2/O(见图2)工艺中同步进行的吸磷和硝化过程分离开来,而各自所需的反应时间又无法减少,因而导致工艺总的停留时间变长.

第三,该工艺的第二级容易发生碳源不足的情况,致使脱氮效率大受影响.此外,由于吸磷和硝化都需要好氧条件,工艺所需的曝气量也可能有所增加。

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