皙全純水設備論述生物脫氮除磷理論與技術進展
【純水設備www.zzdsjc.com】隨著社會經濟的發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出。我國現(xiàn)有的城市污水處理廠主要致力于去除碳源污染物，主要是BOD5。氮、磷的去除率很低，氮、磷是導致水體富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質。本文總結了生物脫氮除磷的機理，分析了生物脫氮除磷技術的研究現(xiàn)狀，介紹了可持續(xù)污水處理技術和碳中和運行技術，希望能給您帶來思考和幫助。
1. 傳統(tǒng)的生物脫氮除磷理論與技術
1. 傳統(tǒng)生物脫氮原理
經二次生化處理后，以BOD5作為好氧條件下的主要碳源污染物。同時，氨化菌參與脫氨，硝化菌參與硝化純水設備。反硝化是在厭氧或缺氧條件下由反硝化細菌完成的。
2. 傳統(tǒng)生物除磷原理
厭氧條件下，水解多磷菌體內ATP，釋放H3PO4和能量，形成ADP。在好氧條件下，聚磷酸鹽的細菌氧化并不斷釋放能量。聚磷酸酯富集菌在膜滲透酶的催化下，利用能量，通過主動轉運從外界吸收H3PO4。一部分與ADP結合形成ATP，另一部分合成多磷酸鹽(poly, PHB)并儲存在細胞中，實現(xiàn)對磷的過度吸收。通過去除剩余污泥或通過厭氧上清液的側流富集從系統(tǒng)中除去磷。在生物除磷過程中，碳源微生物也被分解。
3.常見流程和升級
代表共同過程A / O工藝,A2 / O工藝,節(jié)點和SBR過程和Bardenpho過程和生物轉盤過程,等等,這個過程是通過調整工況,利用植物的每個階段,盡可能消除各種影響因素之間的干擾,適應不同階段的細菌生長條件,實現(xiàn)水處理的效果。近年來，隨著研究的發(fā)展，對常用工藝進行了一些改進。目前應用最廣泛、改造難度較小的水廠是分段進水工藝。
與傳統(tǒng)的A/O工藝、A2/O工藝和UCT工藝相比，分段進水工藝可以充分利用碳源，更好地維持好氧、厭氧(或缺氧)環(huán)境。具有脫氮除磷效率高、無需內循環(huán)、污泥濃度高、污泥齡長等優(yōu)點。分段進水工藝適用于A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝等的升級。通過分離生化反應池，按一定比例將水塞入各反應池，可以充分利用碳源，解決目前污水處理廠碳源不足、污泥過剩的問題。分段進水工藝雖然對改善出水水質有較好的效果，但不能提高處理能力。當水廠超負荷運行時，分段進水工藝無法達到良好的處理效果。
二、新型生物脫氮除磷理論與技術
近年來，科學研究發(fā)現(xiàn)，生物脫氮除磷過程中出現(xiàn)了超出傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論的現(xiàn)象，據此提出了一些新的脫氮除磷工藝，如：短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、反硝化除磷工藝。
1.短程硝化反硝化工藝
傳統(tǒng)生物脫氮理論為全程硝化反硝化過程，即以NO3-為反硝化過程的電子受體;而短程硝化反硝化利用NO2-為反硝化過程的電子受體。
短程硝化反硝化相對全程硝化反硝化節(jié)省了25%的曝氣量、節(jié)省了40%的有機碳源并縮短了反應時間，因此實現(xiàn)與維持短程硝化反硝化具有實際工程應用價值。純水設備實現(xiàn)短程硝化反硝化的關鍵在于硝化反應過程中氨氧化菌相對于亞硝酸鹽氧化菌優(yōu)勢增殖，即氨氧化菌積累。工業(yè)純水設備短程硝化反硝化的影響因素主要有溫度、pH、溶解氧(DO)濃度、游離氨(FA)濃度、污泥齡(SRT)、有機物濃度等。
具有代表性的短程硝化反硝化工藝為SHARON工藝，該工藝利用高溫(30-36℃)抑制亞硝酸鹽氧化菌增殖、實現(xiàn)氨氧化菌積累，從而控制硝化反應維持在NO2-階段，隨后進行反硝化。
2.同步硝化反硝化工藝
同步硝化反硝化工藝是指硝化和反硝化過程在同一個反應器中進行，系統(tǒng)不需要明顯的缺氧時間或缺氧區(qū)域而能將總氮去除的工藝。利用固定化微生物技術將包埋有硝化細菌的微生物載體投入好氧池，氨氮去除率達到90%以上，處理效果有明顯提高。硝化細菌載體投加方便、抗沖擊負荷能力較強、運行管理方便、成本較低、處理效果較好，具有良好的應用前景。
3.厭氧氨氧化工藝
厭氧氨氧化工藝是指在厭氧條件下，以NO2-作為電子受體，將NH3轉化為N2的工藝，反應過程中無需有機碳源和O2的介入。從工程角度看，厭氧氨氧化工藝較傳統(tǒng)生物脫氮工藝有明顯優(yōu)勢，這一過程可以擺脫對傳統(tǒng)電子供體(有機碳源)的束縛，又可以省去硝化過程的需氧量，從而減少了剩余污泥，又節(jié)約了能源。此外，將厭氧氨氧化菌以顆粒污泥的形式富集于反應器中，可以充分利用垂直空間，減少占地。當然，厭氧氨氧化工藝的反應器形式不僅可以是顆粒污泥形式，也可以是SBR、生物轉盤、移動床等。
雖然厭氧氨氧化技工藝有諸多優(yōu)點，但其工程應用受限于厭氧氨氧化菌極低的生長率(世代時間10d左右)，反應器啟動時間極長。目前，該工藝主要針對高NH4+、低COD且有一定余溫的污廢水，如厭氧消化液、垃圾滲濾液等。
4.反硝化除磷工藝
反硝化除磷的機理與傳統(tǒng)生物除磷機理類似，其反應主要依靠反硝化除磷菌，該類微生物以O2或NO3-為電子受體吸磷，并以聚磷酸鹽形式儲存在細胞內，同時NO3-轉化為N2。利用反硝化除磷菌實現(xiàn)生物除磷，對氮、磷的去除率高，同時可以減少剩余污泥，降低有機碳源的需求。
三、可持續(xù)生物脫氮除磷與碳中和運行
傳統(tǒng)的污水處理理論將水作為主要產品，其他物質作為處理廢物以廢氣和污泥的形式排出，存在著能源浪費和資源浪費等問題，純水設備同時傳統(tǒng)的水處理工藝會占用大量土地。污水處理碳中和運行的實質是實現(xiàn)處理過程所需能源的自給自足，從而解決“以能消能”和“污染轉嫁”的問題。在這一過程中，不僅是能源的“開源”，更要考慮處理工藝的“節(jié)流”。污水處理的可持續(xù)性和碳中和運行是大勢所趨。
1.可持續(xù)生物脫氮除磷
可持續(xù)生物脫氮除磷工藝的技術基礎是反硝化除磷技術和厭氧氨氧化技術。利用兼性反硝化細菌，將反硝化脫氮和生物除磷合二為一，降低有機碳源和O2的消耗量，相比傳統(tǒng)專性好氧除磷菌能節(jié)約50%的有機碳源和30%的O2，工業(yè)純水設備同時減少50%的剩余污泥量。厭氧氨氧化菌使得NH4+以NO2-為電子受體而被直接轉化為N2，這一過程無需有機碳源和O2，相比傳統(tǒng)全程硝化反硝化工藝最大限度的減少了有機碳源和O2的消耗。通過在生物脫氮除磷過程中對有機碳源的節(jié)約，為剩余COD不經過傳統(tǒng)的氧化穩(wěn)定(至CO2)而進行甲烷化并產生能量創(chuàng)造條件;同時，對O2的消耗量的減少，降低了曝氣量，間接地減少了為污水處理提供能源而燃燒化石能源排放的CO2。
基于上述技術基礎，研究提出了一種可持續(xù)生物脫氮除磷工藝，該工藝以A/B為基礎架構并結合了BCFS@工藝和CANON工藝，突出了COD甲烷化(能源化)、磷酸鹽回收和處理水回用等可持續(xù)性目標的實現(xiàn)。進水經格柵、沉沙預處理后進入AB法的A段，采用很短的污泥齡使細菌快速增值，原水中70%-80%的COD合稱為細菌細胞;經A段沉淀池分離后，上清液進入BCFS@工藝進行脫氮除磷處理;BCFS@工藝排出的高磷含量污泥與A段排出的污泥一起進入污泥消化池，產生CH4和高磷、純水設備高NH4+的污泥消化液，消化液通過投加鎂化物形成磷酸按鎂化合物沉淀后分離并回收磷;磷回收后的消化液采用CANON工藝脫除高濃度的NH4+; CANON工藝出水與BCFS@工藝出水混合后排放。經此工藝處理的生活污水僅需經過簡單的深度處理即可達到中水回用標準。
可持續(xù)生物脫氮除磷工藝與傳統(tǒng)生物處理工藝相比，氧消耗量減少了約45 %，節(jié)約了約70%的有機碳源，減少了25%的剩余污泥量，減少了18%的CO2釋放量，同時每公斤COD產生了0.28ka的CH4并回收了49%的磷。
2.碳中和運行
研究表明，受限于我國市政污水處理廠進水COD較低，剩余污泥厭氧消化回收的CH4(能量)僅能提供污水處理廠50%的能量消耗，間接減少了50%的CO2排放量。這一限制決定了我國污水處理碳中和運行必須走“開源”、“節(jié)流”并重的道路，除了通過研究、開發(fā)新型的污水處理理論、工藝，還需要利用水源熱泵、空氣源熱泵、風能、太陽能、微生物燃料電池等非傳統(tǒng)能源。更多環(huán)保及純水處理設備資訊請關注皙全蘇州純水設備網。
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