生物化工企業(yè)廢水處理中除磷機(jī)理及工藝分析

胡珍珠，王巍巍

(紹興市生態(tài)環(huán)境局柯橋分局，浙江 紹興 312030)

一般導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素有氮、磷、鉀、鐵等，因此在進(jìn)行處理的時(shí)候，選擇有機(jī)碳含量比較低的反應(yīng)物。除了氮磷兩種元素之外，其它的有機(jī)物在水體富營(yíng)養(yǎng)化中的需求和影響也都比較低，因此并不能夠成為限制因子。從這點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，在水體富營(yíng)養(yǎng)化中的主要因子就是氮和磷。通常情況下在氮元素的含量在0.2～0.5 mg/L，磷元素含量0.02 mg/L的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)水體富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)象。在湖泊中的藍(lán)藻變能夠借助固氮來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氮量的補(bǔ)充。從相關(guān)的分析研究中發(fā)現(xiàn)，每進(jìn)入水體1 g的磷元素，就會(huì)出現(xiàn)干重約950 g的藻類植物生長(zhǎng)。污水除磷技術(shù)對(duì)于防止水污染的作用非常明顯，也就是說(shuō)充分的減少水體中的磷元素?cái)?shù)量，就能夠預(yù)防以及治理水體富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，達(dá)到污水處理的目的。

1 生物除磷機(jī)理

1.1 DPB原理

DPB，從某個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，就是厭氧反硝化除磷技術(shù)。這種技術(shù)的重點(diǎn)就是使用O2以及NO3來(lái)進(jìn)行污水反應(yīng)，進(jìn)而在反應(yīng)的過(guò)程中產(chǎn)生PHB以及糖原，以此來(lái)充分提升生物的新陳代謝能力。這點(diǎn)和傳統(tǒng)的A/O法以及PAO方式有著較大的相似之處。對(duì)比傳統(tǒng)的除磷工藝技術(shù)來(lái)說(shuō)，DPB反硝化除磷技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有如下幾點(diǎn)：首先，能夠有效的縮小反應(yīng)器的體積；其次，能夠進(jìn)一步的降低電能的消耗量，并且還能夠在吸收磷元素中的硝酸鹽來(lái)有效的實(shí)現(xiàn)氧化反應(yīng)，進(jìn)而降低曝氣量；再次，能夠有效降低在除磷脫氮運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的污泥數(shù)量，從而減少污泥的處理費(fèi)用[1]；最后就是要借助這種方式來(lái)降低BOD的消耗量，以此來(lái)有效的避免出現(xiàn)反硝化菌和聚磷菌之間所潛在的生物競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，從而提升磷元素的處理效率。

1.2 PAO原理

20世紀(jì)70年代中期，在使用傳統(tǒng)污泥處理技術(shù)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一種比較特殊的兼性細(xì)菌，其中具有代表性的就是棒桿菌屬以及不動(dòng)細(xì)菌屬等。這些菌類能夠在體內(nèi)進(jìn)行聚磷酸物質(zhì)的儲(chǔ)存，在出現(xiàn)厭氧狀況的時(shí)候能夠水解聚磷酸，從而產(chǎn)生相應(yīng)的能量，在這一過(guò)程中還會(huì)對(duì)硝化菌物質(zhì)的產(chǎn)生進(jìn)行全面的控制。在好養(yǎng)狀況中，這一類菌屬能夠超量的吸收污水中的磷元素，從而讓體內(nèi)的磷元素含量大于10%，有的時(shí)候還會(huì)大于30%。例如，使用假單胞菌來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的污水處理工作。一般情況下，在細(xì)菌體內(nèi)的含磷量能夠達(dá)到本身自重的2%左右時(shí)，這類細(xì)菌就被我們稱之為聚磷菌，其也是一種被廣泛使用在生物除磷技術(shù)領(lǐng)域中的手段。在厭氧環(huán)境中，聚磷菌能夠最大限度的吸收有機(jī)物，同時(shí)會(huì)借助自身的糖和醇來(lái)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而在這一過(guò)程中釋放細(xì)胞質(zhì)聚合磷酸鹽顆粒，這樣也就能夠?yàn)榧?xì)菌提供生存以及繁殖的能量。隨后在好氧環(huán)境中被有機(jī)物所吸收產(chǎn)生氧化作用，并且會(huì)提供一定的能量，還會(huì)在廢水中吸收超過(guò)自身生長(zhǎng)所需要的磷元素，并均會(huì)以磷酸鹽的方式來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的儲(chǔ)存。

2 基本工藝方法

2.1 傳統(tǒng)PAO 除磷工藝

2.1.1 A/O工藝

早在20世紀(jì)70年代時(shí)期，美國(guó)的Spector便針對(duì)活性污泥膨脹技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的研究和分析，而這一項(xiàng)技術(shù)也可以說(shuō)是現(xiàn)如今世界上最簡(jiǎn)單的一種生物除磷技術(shù)。此外，這種技術(shù)與Bardenpho脫氮工藝技術(shù)之間還存在明顯的相似性，將厭氧池的原污水和處理之后的回流污泥進(jìn)行混合。在這一項(xiàng)技術(shù)中并不需要對(duì)NO3的含量和濃度進(jìn)行相應(yīng)的控制。通常來(lái)說(shuō)厭氧區(qū)和好養(yǎng)區(qū)的水力會(huì)停留在0.5～1 h、1～3 h以內(nèi)，這樣才能夠進(jìn)一步的提升磷有機(jī)物的去除效果。脫磷效果會(huì)受到剩余污泥排放量的影響，在沉池中也不可避免的會(huì)出現(xiàn)磷的釋放問(wèn)題。城市除磷率大概只有60%，想要進(jìn)一步的提升除磷的效果，那么就需要控制空間量。

2.1.2 A2/O工藝

即便是在A/O工藝的基礎(chǔ)上增加缺氧區(qū)，并且能夠讓好養(yǎng)區(qū)中的混合液回流到缺氧區(qū)，也會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)反硝化脫氮的問(wèn)題。這一種工藝技術(shù)所能夠抗擊的負(fù)荷能力相對(duì)比較強(qiáng)，水力停留的時(shí)間也比較長(zhǎng)，在運(yùn)行方面比較穩(wěn)定，并且在缺氧、厭氧和好氧三個(gè)不同的環(huán)境中都能夠出現(xiàn)與之相匹配的微生物菌群，從而開(kāi)展相應(yīng)的工作。需要注意的是，這種方式也存在一定的不足，污泥和回流污泥中所夾帶的溶解氧和硝酸鹽會(huì)嚴(yán)重的影響到除磷的效果。在進(jìn)水總磷量是10 mg/L時(shí)，除磷的效率能夠達(dá)到85%～90%。

2.1.3 SBR工藝

20世紀(jì)70年代美國(guó)的Irvine教授針對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，從間歇式活性污泥系統(tǒng)這一方來(lái)對(duì)污水處理池的曝氣、沉淀以及出水狀況進(jìn)行了深層次的分析，并且通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，SBR的除磷脫氮效果非常好，所需要花費(fèi)的成本以及占地面積都比較小。此外，這一工藝技術(shù)對(duì)于自動(dòng)化的要求比較高，并且在近些年來(lái)還實(shí)現(xiàn)了和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，自動(dòng)化水平得到明顯的提升，借助SBR系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更好的工作效率。

2.1.4 Phoredox工藝

這是一種在Bardenpho技術(shù)基礎(chǔ)上所創(chuàng)新的污水處理方式，在原污水處理系統(tǒng)中增加厭氧發(fā)酵區(qū)，并且還會(huì)從回流污泥和原污水來(lái)進(jìn)行污水處理工作，以此來(lái)保證廢水能夠在厭氧池中充分的混合。此外，還要建立硝化以及反硝化池，方便化學(xué)反應(yīng)。從這一項(xiàng)工藝技術(shù)的角度上來(lái)看，這是一種針對(duì)污水中磷元素進(jìn)行的高效處理方式，還能夠充分提高對(duì)NO3的反硝化水平，從而讓硝態(tài)氮能夠被充分的還原并且提升回收利用效率。

2.2 DPB除磷工藝

2.2.1 A2NSBR工藝。

由A2/O-SBR反應(yīng)器和N-SBR反應(yīng)器所組成的新型雙泥反硝化除磷技術(shù)是一項(xiàng)能夠提高對(duì)污水中磷元素處理效率的手段。兩個(gè)反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)活性污泥的分開(kāi)，這樣就可以對(duì)各自沉淀的上清液進(jìn)行相應(yīng)的交換和硝化反應(yīng)[2]。此外，反應(yīng)器的主要工作原理就是進(jìn)行COD的去除工作，完成反硝化脫磷目標(biāo)。

2.2.2 Dephanox工藝。

1992年，學(xué)者Wanner在所進(jìn)行的研究活動(dòng)中第一次提出了將厭氧污泥PHB作為反硝化碳源的概念，并且在之后的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也取得了非常好的成績(jī)。在此之后還進(jìn)行了有關(guān)硝化和反硝化方面的研究，有效的提升了對(duì)污水中磷元素的處理效率，開(kāi)發(fā)了Dephanox除磷脫氮工藝。

進(jìn)水和回流污泥在厭氧池中完全融合之后就會(huì)出現(xiàn)DPB吸收降解的現(xiàn)象。另外，所吸收的物質(zhì)還會(huì)在PHA中進(jìn)行相應(yīng)的儲(chǔ)存，以提高綜合除磷效果。此外，在這一環(huán)節(jié)之中也會(huì)出現(xiàn)釋磷現(xiàn)象。要知道混合液在中間沉淀池中的主要作用就是進(jìn)行泥水分離，而富集氨氮上清液也會(huì)直接流入到好養(yǎng)固定生物膜的反應(yīng)池中產(chǎn)生硝化反應(yīng)。有機(jī)物也會(huì)在沉淀污泥中產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)行為，隨后在反應(yīng)池中釋放出大量的能量，提高NO3的反硝化除磷效率。另外，還要將混合液在曝氣池中進(jìn)行氧化反應(yīng)，達(dá)到繼續(xù)除磷的目的。在氧化過(guò)程中DPB細(xì)胞中會(huì)出現(xiàn)PHA的殘留，從而在之后的循環(huán)過(guò)程中釋放出磷元素等物質(zhì)。荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)在研究過(guò)程中創(chuàng)新了傳統(tǒng)的UCT污水處理技術(shù)，提出了嶄新的UCT-BCFS工藝。這是一項(xiàng)在傳統(tǒng)污水處理技術(shù)基礎(chǔ)上增加兩個(gè)反應(yīng)池的新型污水處理模式，將新增的接觸池和混合池作為循環(huán)體系中的主要組成部分。在接觸池中設(shè)計(jì)厭氧環(huán)境，這樣就能夠?qū)⒒亓魑勰嘀械南跛猁}氮進(jìn)行脫除，從而有效的避免出現(xiàn)污泥受到絲狀菌的影響而發(fā)生膨脹的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，生物除磷從某個(gè)角度上來(lái)說(shuō)是一種高效的污水凈化方式，借助PAO的聚磷菌來(lái)達(dá)到釋磷、除磷的目的，這樣也就能夠從厭氧、好氧環(huán)境交替的角度上來(lái)保證微生物的新陳代謝，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磷元素的去除[3]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于生物污水除磷技術(shù)的研究在不斷的加深，也取得了非常好的成就，但需要對(duì)除磷過(guò)程中的相關(guān)限制性條件有著充分的認(rèn)知，這樣才能夠最大限度的增強(qiáng)除磷效果。當(dāng)前的生物除磷法和化學(xué)除磷技術(shù)都有著非常明顯的進(jìn)步，而這也將會(huì)成為未來(lái)污水處理體系中最為重要的一種手段。