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湖北工业污水处理反硝化除磷技术是由反硝化聚磷菌(DPB)在厌氧/缺氧(A/A)交替环境中,通过它们独特的新陈代谢功能同时完成过量吸磷和反硝化脱氮双重目的。反硝化除磷技术作为一种新型高效低能耗的技术成为近年来水处理领域的热点。反硝化除磷作用可以在缺氧段无碳源的情况下进行,不仅实现同时除磷脱氮,还克服了生活污水中基质缺乏的问题,尤其适用于高氮磷工业污水及产生挥发性脂肪酸潜力低的工业污水。目前,国内外对于此项技术的研究还处在初级阶段。在影响因素方面,像碳氮浓度比、亚硝酸盐等因素的研究结果各异,象硝酸盐投加方式等因素的研究甚少。本文总结了工业污水处理反硝化除磷技术除磷的最新途径。
1、湖北工业污水处理反硝化除磷机理
高酸菌在厌氧条件下分解大分子有机物为低分子脂肪酸,DPB则在厌氧条件下分解体内的多聚磷酸盐产生能量ATP,以主动运输方式吸收脂肪酸并合成聚β-羟基丁酸盐(PHB),与此同时释放出PO43-。积累了大量PHB的DPB进入缺氧状态后,以NO3-作为氧化PHB的电子受体,利用降解PHB以产生能量并提供还原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),并以NADH+H+作为电子运输链的载体以排除质子,从而形成质子推动力,质子推动力将体外PO43-输送到体内,在ATP酶作用下合成ATP,将过剩的PO43-聚合成多聚磷酸盐。DPB在缺氧条件下通过电子传递链产生的ATP超过在厌氧条件下通过分解体内聚磷酸盐产生的ATP,所以缺氧摄取的磷多于厌氧释放的磷。因此DPB具有过量摄取工业污水中磷的作用。
2、湖北工业污水反硝化除磷的主要影响因素
2.1碳氮质量比
按照传统的除磷理论,碳源存在于缺氧段或者硝酸盐存在于厌氧段都会导致反硝化菌与DPB对电子受体硝态氮或对碳源的竞争,从而降低DPB的选择性优势,影响除磷效果,这就要求进水的碳氮质量比达到一个合适的范围。从微生物学角度有两种解释,一是DPB通过三羧酸循环(TCA)直接利用碳源在厌氧段生长;二是DPB在厌氧期通过TCA循环氧化碳源得到还原力和能源来积累聚羟基烷酸,并在好氧期生存。关于DPB这方面的生理特性还没有其他报道。
2.2硝酸盐投加方式
在缺氧段投加硝酸盐有瞬间投加和持续投加两种方式,以持续投加效果稍好,且持续投加也会避免亚硝酸盐的积累。
2.3 SRT
DPB在A/A条件下生长,比A/O条件下生长的聚磷菌生长速率要慢。SRT太短会使反应器中的DPB被淘汰,过长则会使污泥老、含磷量下降。
2.4亚硝酸盐
目前对于亚硝酸盐对吸磷是否有抑制作用存在两种说法,而这两种说法存在的前提是研究对象不一致。以没有经过反硝化除磷驯化的污泥为研究对象,结果均表明亚硝酸盐超过临界浓度则抑制吸磷。
3、实现湖北工业污水处理可反硝化除磷新途径
传统典型湖北工业污水处理反硝化除磷工艺有以下几种:
①厌氧/缺氧和硝化(简称A2N)工艺。此工艺是一种双泥反硝化除磷工艺,硝化菌和DPB在不同的污泥系统分别进行培养,使硝化菌与DPB完全分离。A2N工艺最适合碳氮比较低的情形。
②DEPHANOX工艺。当进水碳氮比较高时,需要在A2N工艺的缺氧池后添加曝气池,这就形成了DEPHANOX工艺。
③BCFS工艺。此工艺是一种变型的UCT工艺,UCT工艺设计原理是基于对聚磷菌所需环境条件的工程强化,而BCFS的开发是为了从工艺角度创造DPB的富集条件。近来,关于湖北工业污水处理反硝化除磷技术应用的研究又有了突破性的进展。
3.1 AOA-SBR法
厌氧/缺氧/好氧(简称A2O)工艺是脱氮除磷的常用形式,它主要通过聚磷菌、硝化菌、反硝化菌的代谢来运转,那么含有硝酸盐和亚硝酸盐的液体在此工艺中循环是必须的。
AOA-SBR工艺有两个特点:
①在好氧期开始时加入适量碳源以抑制好氧吸磷,此试验中好氧期加入最佳碳源量是40 mg/L。
②在此工艺中,亚硝酸盐可以做吸磷的电子受体。
3.2颗粒污泥法
颗粒污泥脱氮除磷目前还处在研究阶段。与普通污泥法相比,好氧颗粒污泥沉降性能较好,生物浓度高,污泥含水率低。随着颗粒污泥的应用,存在于普通污泥中的(诸如污泥膨胀、处理构筑物占地面积大、澄清池二次释磷等)问题都可以被克服。
3.3内循环气升式序批式生物膜法
内循环气升式序批式生物膜法(内循环气升式SBBR)主要是为除磷脱氮一体化而设计的。反应器被隔板分为2个区———好氧区和回流区,硝化菌和好氧聚磷菌主要存在于好氧区,DPB存在于回流区。厌氧期,处于回流区的DPB和好氧区的聚磷菌吸收有机基质;好氧/缺氧期,处在好氧区的硝化菌产生NO3-、NO2-以提供DPB吸磷的电子受体,这样氮磷就被去除了。排泥是影响磷去除的重要因素,这点可以通过调节纤维填料密度来实现。常规SBBR脱氮除磷效果不佳,主要是由于硝化菌和异氧菌在生物膜中彼此竞争氧气和营养物质。比起常规SBBR,内循环气升式SBBR避免了硝化菌和异氧菌的竞争;比起常规活性污泥法,此反应器节省了能源和投资。
4、展望
生物反硝化技术是处理工业污水含硝酸盐的经济方法。当工业污水中有丰富碳源时，宜采用异养反硝化技术。但当工业污水不含碳源时，采用异养反硝化会导致运行成本增加，且需对出水中的剩余碳源进行后处理。因此自养反硝化成为处理低C/N 含硝酸盐工业污水的新选择。其中硫-石灰石系统是处理直排海洋的含硝酸盐工业污水的较好选择，氢型自养反硝化和电解氢型自养反硝化工艺应用于含硝酸盐工业污水的处理时，具有无毒和无二次污染的特点。虽然单质硫和氢气的经济性使其可成为工业污水反硝化的替代电子供体，但还需进一步研究其反应机理和反应动力学，开发和研究新的反应器提高脱氮效能，使实际应用成为可能。
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