污水處理技術之干擾同步脫氮除磷效率的5個因素及對策

污水氮磷去除的實際需要使二級生物處理技術進入了具有除磷脫氮功能的深度二級生物處理，污水脫氮除磷技術的研究、開發和工程應用一直是國內外污水處理界關注的熱點和難點。一般來說，只要污水中沒有大量難降解有機物，COD的去除是比較容易實現的。而氮磷脫除則比較復雜，一般需涉及硝化，反硝化，微生物釋磷和吸磷等過程。

上述每一個過程的目的不一樣，對微生物組成，基質類型及環境條件的要求也不一樣。例如，硝化需要長泥齡的硝化菌和好氧條件，反硝化則需要短泥齡的脫氮菌，易降解COD和缺氧條件;釋磷需要短泥齡的聚磷菌，易降解COD和厭氧條件，而吸磷則需要聚磷菌和好氧條件。

由于各過程的要求不同，在同一污水處理工藝系統中就不可避免地產生了各過程間的矛盾關系。如何處理好這些矛盾關系，使各自所需的反應條件有機地結合起來從而達到處理目的，是一個重要而艱巨的課題。

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1、碳源問題

碳是微生物生長需要要大的營養元素.在脫氮除磷系統中,碳源大致上消耗于釋磷,反硝化和異養菌正常代謝等方面.其中釋磷和反硝化的反應速率與進水碳源中的易降解部分,尤其是揮發性有機脂肪酸(VFA)的數量關系很大. 一般來說,城市污水中所含的易降解COD的數量是十分有限的,以VFA為例,通常只有幾十mg/L.所以在城市污水生物脫氮除磷系統的釋磷和反硝化之間,存在著因碳源不足而引發的競爭性矛盾。

解決這一問題一般需要從兩個方面來考慮.一是從工藝外部采取措施,增加進水易降解COD的數量,例如取消初沉池,污泥消化液回流,將初沉池改為酸化池等都有一定作用,還可考慮外加碳源的方法.二是從工藝內部考慮,權衡利弊,更合理地為反硝化和釋磷分配碳源,常規脫氮除磷工藝總是優先照顧釋磷的需要,把厭氧區放在工藝的前部,缺氧區置后.

這種作法當然是以犧牲系統的反硝化速率為前提.但是,釋磷本身并不是脫氮除磷工藝的終目的.就工藝的終目的而言.把厭氧區前置是否真正有利,利弊如何,是值得進一步研究的.根據對厭氧有效釋磷可能并不是好氧過度吸磷充分必要條件的新認識,倒置A2/O工藝(見圖)將缺氧區放在工藝前端,厭氧區置后。

倒置A2/O工藝

經過這種改變,脫氮菌可以優先獲得碳源,反硝化速率得到大幅度提高.同時,原來困擾脫氮除磷工藝的硝酸鹽問題不存在了,所有污泥都將經歷完整的釋磷和吸磷過程,除磷能力不僅未受影響,反而有所增強。這種新的碳源分配方式對脫氮除磷工藝的實踐和機理研究都有重要意義。

2、泥齡問題

作為硝化過程的主休,硝化菌通常都屬于自養型專性好氧菌.這類微生物的一個突出特點是繁殖速度慢,世代時間較長.在冬季,硝化菌繁殖所需世代時間可長達30d以上;即使在夏季,在泥齡小于5d的活性污泥中硝化作用也十分微弱.聚磷菌多為短世代微生物,為探討泥齡對生物除磷工藝的影響,Rensink等(1985年)用表1歸納了以往的研究成果,并指出降低泥齡將會提高系統的除磷效率.

由表1可見聚磷微生物所需要泥齡很短。泥齡在3.0d左右時,系統仍能維持較好的除磷效率.此外,生物除磷的唯yi渠道是排除剩余污泥.為了保證系統的除磷效果就不得不維持較高的污泥排放量,系統的泥齡也不得不相應的降低.顯然硝化菌和聚磷菌在泥齡上存在著矛盾.

若泥齡太高,不利于磷的去除;泥齡太低,硝化菌無法存活,且泥量過大也會影響后續污泥處理.針對此矛盾,在污水處理工藝系統設計及運行中,一般所采用的措施是把系統的泥齡控制在一個較窄范圍內,兼顧脫氮與除磷的需要.這種調和,在實踐中被證明是可行的。

為了能夠充分發揮脫氮與降磷兩類微生物的各自優勢,可采取的其它對策大致上有兩類。

類是設立中間沉淀池,搞兩套污泥回流系統使不同泥齡的微生物居于前后兩級(見圖1),級泥齡很短,主要功能是除磷;第二級泥齡較長,主要功能是脫氮.該系統的優點是成功地把兩類泥齡不同的微生物分開.

但是,這類工藝也是存在局限性.,兩套污泥回流系統,再加上中間沉淀池和內循環,使該類工藝流程長且比較復雜.第二,該類工藝把原來常規A2/O(見圖2)工藝中同步進行的吸磷和硝化過程分離開來,而各自所需的反應時間又無法減少,因而導致工藝總的停留時間變長.

第三,該工藝的第二級容易發生碳源不足的情況,致使脫氮效率大受影響.此外,由于吸磷和硝化都需要好氧條件,工藝所需的曝氣量也可能有所增加。