湖北工業污水處理反硝化除磷技術是由反硝化聚磷菌(DPB)在厭氧/缺氧(A/A)交替環境中,通過它們*的新陳代謝功能同時完成過量吸磷和反硝化脫氮雙重目的。反硝化除磷技術作為一種新型高效低能耗的技術成為近年來水處理領域的熱點。反硝化除磷作用可以在缺氧段無碳源的情況下進行,不僅實現同時除磷脫氮,還克服了生活污水中基質缺乏的問題,尤其適用于高氮磷工業污水及產生揮發性脂肪酸潛力低的工業污水。目前,國內外對于此項技術的研究還處在初級階段。在影響因素方面,像碳氮濃度比、亞硝酸鹽等因素的研究結果各異,象硝酸鹽投加方式等因素的研究甚少。本文總結了工業污水處理反硝化除磷技術除磷的途徑。

1、湖北工業污水處理反硝化除磷機理

高酸菌在厭氧條件下分解大分子有機物為低分子脂肪酸,DPB則在厭氧條件下分解體內的多聚磷酸鹽產生能量ATP,以主動運輸方式吸收脂肪酸并合成聚β-羥基丁酸鹽(PHB),與此同時釋放出PO43-。積累了大量PHB的DPB進入缺氧狀態后,以NO3-作為氧化PHB的電子受體,利用降解PHB以產生能量并提供還原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),并以NADH+H+作為電子運輸鏈的載體以排除質子,從而形成質子推動力,質子推動力將體外PO43-輸送到體內,在ATP酶作用下合成ATP,將過剩的PO43-聚合成多聚磷酸鹽。DPB在缺氧條件下通過電子傳遞鏈產生的ATP超過在厭氧條件下通過分解體內聚磷酸鹽產生的ATP,所以缺氧攝取的磷多于厭氧釋放的磷。因此DPB具有過量攝取工業污水中磷的作用。

2、湖北工業污水反硝化除磷的主要影響因素

2.1碳氮質量比

按照傳統的除磷理論,碳源存在于缺氧段或者硝酸鹽存在于厭氧段都會導致反硝化菌與DPB對電子受體硝態氮或對碳源的競爭,從而降低DPB的選擇性優勢,影響除磷效果,這就要求進水的碳氮質量比達到一個合適的范圍。從微生物學角度有兩種解釋,一是DPB通過三羧酸循環(TCA)直接利用碳源在厭氧段生長;二是DPB在厭氧期通過TCA循環氧化碳源得到還原力和能源來積累聚羥基烷酸,并在好氧期生存。關于DPB這方面的特性還沒有其他報道。

2.2硝酸鹽投加方式

在缺氧段投加硝酸鹽有瞬間投加和持續投加兩種方式,以持續投加效果稍好,且持續投加也會避免亞硝酸鹽的積累。

2.3 SRT

DPB在A/A條件下生長,比A/O條件下生長的聚磷菌生長速率要慢。SRT太短會使反應器中的DPB被淘汰,過長則會使污泥老、含磷量下降。

2.4亞硝酸鹽

目前對于亞硝酸鹽對吸磷是否有抑制作用存在兩種說法,而這兩種說法存在的前提是研究對象不*。以沒有經過反硝化除磷馴化的污泥為研究對象,結果均表明亞硝酸鹽超過臨界濃度則抑制吸磷。

3、實現湖北工業污水處理可反硝化除磷新途徑

傳統典型湖北工業污水處理反硝化除磷工藝有以下幾種:
①厭氧/缺氧和硝化(簡稱A2N)工藝。此工藝是一種雙泥反硝化除磷工藝,硝化菌和DPB在不同的污泥系統分別進行培養,使硝化菌與DPB*分離。A2N工藝碳氮比較低的情形。

②DEPHANOX工藝。當進水碳氮比較高時,需要在A2N工藝的缺氧池后添加曝氣池,這就形成了DEPHANOX工藝。
③BCFS工藝。此工藝是一種變型的UCT工藝,UCT工藝設計原理是基于對聚磷菌所需環境條件的工程強化,而BCFS的開發是為了從工藝角度創造DPB的富集條件。近來,關于湖北工業污水處理反硝化除磷技術應用的研究又有了突破性的進展。

3.1 AOA-SBR法

厭氧/缺氧/好氧(簡稱A2O)工藝是脫氮除磷的常用形式,它主要通過聚磷菌、硝化菌、反硝化菌的代謝來運轉,那么含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的液體在此工藝中循環是必須的。

AOA-SBR工藝有兩個特點:
①在好氧期開始時加入適量碳源以抑制好氧吸磷,此試驗中好氧期加入碳源量是40 mg/L。
②在此工藝中,亞硝酸鹽可以做吸磷的電子受體。

3.2顆粒污泥法

顆粒污泥脫氮除磷目前還處在研究階段。與普通污泥法相比,好氧顆粒污泥沉降性能較好,生物濃度高,污泥含水率低。隨著顆粒污泥的應用,存在于普通污泥中的(諸如污泥膨脹、處理構筑物占地面積大、澄清池二次釋磷等)問題都可以被克服。

3.3內循環氣升式序批式生物膜法

內循環氣升式序批式生物膜法(內循環氣升式SBBR)主要是為除磷脫氮一體化而設計的。反應器被隔板分為2個區———好氧區和回流區,硝化菌和好氧聚磷菌主要存在于好氧區,DPB存在于回流區。厭氧期,處于回流區的DPB和好氧區的聚磷菌吸收有機基質;好氧/缺氧期,處在好氧區的硝化菌產生NO3-、NO2-以提供DPB吸磷的電子受體,這樣氮磷就被去除了。排泥是影響磷去除的重要因素,這點可以通過調節纖維填料密度來實現。常規SBBR脫氮除磷效果不佳,主要是由于硝化菌和異氧菌在生物膜中彼此競爭氧氣和營養物質。比起常規SBBR,內循環氣升式SBBR避免了硝化菌和異氧菌的競爭;比起常規活性污泥法,此反應器節省了能源和投資。

4、展望

生物反硝化技術是處理工業污水含硝酸鹽的經濟方法。當工業污水中有豐富碳源時，宜采用異養反硝化技術。但當工業污水不含碳源時，采用異養反硝化會導致運行成本增加，且需對出水中的剩余碳源進行后處理。因此自養反硝化成為處理低C/N 含硝酸鹽工業污水的新選擇。其中硫-石灰石系統是處理直排海洋的含硝酸鹽工業污水的較好選擇，氫型自養反硝化和電解氫型自養反硝化工藝應用于含硝酸鹽工業污水的處理時，具有無毒和無二次污染的特點。雖然單質硫和氫氣的經濟性使其可成為工業污水反硝化的替代電子供體，但還需進一步研究其反應機理和反應動力學，開發和研究新的反應器提高脫氮效能，使實際應用成為可能。

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