水力停留時(shí)間對(duì)脫氮除磷工藝的效能的影響.doc

水力停留時(shí)間對(duì)脫氮除磷工藝的效能的影響姓名：孫輝 學(xué)號(hào)：15S127189摘要：為遏制水體富營(yíng)養(yǎng)化的惡化，氮、磷的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，而應(yīng)用生物脫氮除磷能有效地去除水體中的氮、磷，因此，生物脫氮除磷工藝廣泛應(yīng)用于污水處理廠中。但是，傳統(tǒng)的生物脫氮除磷技術(shù)（如A2/O工藝、UCT工藝等）效率低下, 導(dǎo)致氮、磷去除率不達(dá)標(biāo)，這是造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化的原因之一。目前，研究者們通過(guò)對(duì)生物脫氮除磷機(jī)理更深入的研究，開發(fā)出新的生物脫氮除磷工藝，如反硝化除磷 、同時(shí)硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等工藝，能有效克服傳統(tǒng)工藝的不足。水力停留時(shí)間(HRT)是制約生物脫氮除磷工藝的關(guān)鍵因素，直接影響系統(tǒng)的脫氮除磷效率。本文主要介紹了不同HRT對(duì)工藝有機(jī)物的去除率、脫氮效能及除磷效能的影響。 關(guān)鍵詞：生物脫氮除磷工藝 HRT 有機(jī)物轉(zhuǎn)化 脫氮效能 除磷效能1前言近年來(lái)，隨著污水排放量的增加，化肥、合成洗滌劑及農(nóng)藥的廣泛使用，水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度不斷升高，由氮磷污染物引發(fā)的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象已經(jīng)對(duì)水體安全造成嚴(yán)重的威脅1-2，而且新的污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的控制要求越來(lái)越嚴(yán)格，因此一些新的脫氮除磷工藝被不斷開發(fā)出來(lái)，如如反硝化除磷、同時(shí)硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等工藝，生物脫氮除磷工藝得到廣泛的應(yīng)用3-4。制約生物脫氮處理工藝的因素有很多，如pH、溫度、HRT、DO等，其中HRT是關(guān)鍵因素之一，本文主要介紹了不同HRT對(duì)不同生物脫氮除磷工藝（如A2/O工藝、SBR工藝、厭氧氨氧化工藝等）的COD去除率、脫氮效能及除磷效能的影響。2基本原理污水生物脫氮的基本原理就是在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的基礎(chǔ)上，利用硝化菌和反硝化菌的作用，在好氧條件下將氨氮通過(guò)反硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮。在缺氧條件下通過(guò)反硝化作用將硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓_(dá)到從廢水中脫氮的目的。廢水中氮的去除還包括靠微生物的同化作用將氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞原生質(zhì)成分。主要過(guò)程如下：氨化作用是有機(jī)氮在氨化菌的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。其中亞硝酸菌和硝酸菌為好氧自養(yǎng)菌，以無(wú)機(jī)碳化合物為碳源，從NH4+或NO2-的氧化反應(yīng)中獲取能量5。污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物來(lái)完成：在好氧條件下，聚磷菌不斷攝取并氧化分解有機(jī)物，產(chǎn)生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分則使ADP與H3PO4結(jié)合，轉(zhuǎn)化為ATP而儲(chǔ)存起來(lái)。細(xì)菌以聚磷(一種高能無(wú)機(jī)化合物)的形式在細(xì)胞中儲(chǔ)存磷，其能量可以超過(guò)生長(zhǎng)所需，這一過(guò)程稱為聚磷菌磷的攝取。處理過(guò)程中，通過(guò)從系統(tǒng)中排除高磷污泥以達(dá)到去除磷的目的6。在厭氧和無(wú)氮氧化物存在的條件下，聚磷菌體內(nèi)的ATP進(jìn)行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，這一過(guò)程為聚磷菌磷的釋放。在生物處理工藝中，水力停留時(shí)間（hydraulic retention time，HRT）是一個(gè)非常重要的參數(shù)，不同的HRT直接影響微生物與基質(zhì)底物的接觸時(shí)間以及傳質(zhì)過(guò)程，進(jìn)而影響工藝對(duì)污水的處理效能，停留時(shí)間過(guò)短，反應(yīng)器內(nèi)不能保持足夠的生物量，影響反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性和處理效果；而停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使反應(yīng)器處理能力過(guò)剩，造成浪費(fèi)。而且，它不僅影響整個(gè)系統(tǒng)的處理效能，還直接決定了反應(yīng)器容積的大小，從而影響了系統(tǒng)的基建費(fèi)用7。因此，確定合理的HRT對(duì)于保證系統(tǒng)的處理效能及節(jié)省工程投資都具有十分重要的意義。3不同HRT對(duì)COD去除率的影響叢巖等8通過(guò)對(duì)UAFB-EGSB反應(yīng)器的研究指出，在HRT為6h條件下，進(jìn)水COD為408.4mg/L，出水COD可以穩(wěn)定在50mg/L以下，隨著HRT的縮短，UAFB出水的COD濃度有增大的趨勢(shì)。觀察工藝后段EGSB反應(yīng)器的出水變化可以看出，HRT越小，EGSB消耗的COD越少，說(shuō)明微生物與底物的接觸時(shí)間越短，處理效果有所下降，但出水COD的濃度都在50 mg/L以下。袁麗梅等9通過(guò)對(duì)膜生物反應(yīng)器復(fù)合工藝的研究指出，系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果良好且穩(wěn)定，運(yùn)行期間COD平均去除率均在97%以上，試驗(yàn)選定的HRT范圍內(nèi)（4.97-8.70），HRT對(duì)系統(tǒng)COD的去除效果影響不大。COD的高效去除主要是以下幾方面共同作用的結(jié)果：厭氧區(qū)釋磷過(guò)程對(duì)可快速降解的有機(jī)物的吸收；多級(jí)好氧/缺氧區(qū)內(nèi)反硝化過(guò)程對(duì)有機(jī)物的吸收；膜對(duì)懸浮性有機(jī)物及溶解性大分子有機(jī)物的截留作用。另外，不同HRT條件下，微生物與底物的接觸時(shí)間不同，生境流場(chǎng)不同，基質(zhì)的擴(kuò)散速度也不同，對(duì)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)酸菌以及產(chǎn)甲烷菌等的活性有不同程度的影響，所以在不同的HRT條件下運(yùn)行脫氮除磷工藝，出水的VFAs的積累情況會(huì)有不同。例如，叢巖8等通過(guò)對(duì)UAFB-EGSB反應(yīng)器的研究指出，在不同的HRT條件下，工藝前段UAFB的出水以及工藝后段EGSB的出水中的VFAs主要以乙酸和丙酸為主，丁酸和戊酸的量很少，隨HRT的變化丙酸、丁酸和戊酸的含量變化很小。同時(shí)在EGSB反應(yīng)器中，乙酸和丙酸會(huì)有部分消耗，一方面是反應(yīng)器中存在反硝化細(xì)菌將其做為碳源而去除，另一方面可能是厭氧氨氧化菌的作用。HRT越小，UAFB反應(yīng)器中乙酸的積累量越多，說(shuō)明在基質(zhì)負(fù)荷不斷增加時(shí)，產(chǎn)甲烷菌的活性已經(jīng)達(dá)到了最大值，使水解酸化過(guò)程產(chǎn)生的乙酸含量增加，而丙酸、丁酸和戊酸的含量變化很小。4不同HRT對(duì)脫氮效能的影響潘欣語(yǔ)等10通過(guò)對(duì)A2/O工藝的研究指出，A2/O工藝在較長(zhǎng)HRT條件對(duì)NH3-N有很好的去除效果，HRT過(guò)短，反應(yīng)池中各微生物種群沒(méi)有充分的時(shí)間生長(zhǎng)，污泥流失過(guò)快，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)都沒(méi)有得到充分的進(jìn)行。當(dāng)HRT達(dá)到一定的值時(shí)，已足夠各反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)充分進(jìn)行，再增加HRT，也只能是增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，對(duì)脫氮作用沒(méi)有更顯著的效果。但是，袁麗梅等9通過(guò)對(duì)膜生物反應(yīng)器復(fù)合工藝的研究指出，試驗(yàn)選定的HRT范圍內(nèi)（4.97-8.70），系統(tǒng)對(duì)TN的去除率隨著HRT的減少而增加。這是因?yàn)殚L(zhǎng)HRT條件下，系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷率降低，會(huì)使生物的內(nèi)源呼吸加劇，影響污泥的活性，最終降低系統(tǒng)對(duì)污染物去除效果。降低HRT可使系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷率提高，進(jìn)而使系統(tǒng)反硝化的能力增強(qiáng)，最終提高氮的處理效果。馬朝陽(yáng)等11通過(guò)對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)器的研究指出，隨著HRT（一定范圍內(nèi)10h到6h）的縮短，反應(yīng)器的容積負(fù)荷逐步增加，總氮去除速率增加，但是，隨著系統(tǒng)HRT由6h下降至4h，系統(tǒng)內(nèi)總氮去除速率不再升高反而降低，這是由于隨著系統(tǒng)負(fù)荷的逐步上升，污染物與系統(tǒng)內(nèi)厭氧氨氧化菌的作用時(shí)間縮短, 導(dǎo)致出水濃度上升。另外，叢巖等8通過(guò)對(duì)UAFB-EGSB反應(yīng)器的研究指出，UAFB反應(yīng)器對(duì)總氮沒(méi)有去除效果，UAFB出水總氮濃度要大于進(jìn)水總氮濃度，主要是厭氧發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)水中的蛋白質(zhì)被分解為小分子氨基酸，氨基酸被細(xì)胞利用后的代謝產(chǎn)物使總氮升高，HRT越小，總氮升高的濃度越小，分析原因是微生物與基質(zhì)的接觸時(shí)間越短。4不同HRT對(duì)除磷效能的影響張雅靜等12指出，在SBR工藝中，HRT對(duì)PO3-4-P的去除效果影響較小，該工藝對(duì)PO3-4-P沒(méi)有明顯的去除效果。這可能是由于反硝化菌與聚磷菌同屬異養(yǎng)菌，由于反硝化菌能夠先于聚磷菌吸收和利用VFA進(jìn)行反硝化脫氮，并且聚磷菌對(duì)于碳源的要求要嚴(yán)于反硝化菌，即易降解有機(jī)物優(yōu)先被反硝化菌利用，導(dǎo)致聚磷菌吸附的碳源較少，相應(yīng)地VFA也較少，在厭氧下轉(zhuǎn)化生成的PHB（聚-羥基丁酸）就減少，從而需要釋放的磷產(chǎn)生的能量就相對(duì)減少。潘欣語(yǔ)10等通過(guò)對(duì)A2/O工藝的研究指出，HRT升高，TP去除率不一定升高，而是呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，HRT 為8h時(shí)，TP去除率最高，去除效果最好。當(dāng)HRT升高至12h時(shí)，TP去除率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，除磷效果惡化。這就說(shuō)明了較長(zhǎng)的HRT有利于TP的去除。但隨HRT的增大，TP去除率逐漸減小，還會(huì)對(duì)TP的去除有不利影響。這可能是因?yàn)镠RT太大的話，產(chǎn)生污泥膨脹，在碳源一定的情況下，硝化細(xì)菌與聚磷菌之間就會(huì)形成較為激烈的競(jìng)爭(zhēng)，而聚磷菌的存活能力低于硝化細(xì)菌，所以就會(huì)造成聚磷菌的死亡，不利于吸磷作用的進(jìn)行，因此，HRT增大，TP的去除率提高幅度逐漸減小。5總結(jié)通過(guò)以上調(diào)研發(fā)現(xiàn)，HRT對(duì)不同生物脫氮除磷工藝的有機(jī)物去除、脫氮效能、除磷效能的影響不同，因此，要具體情況具體分析，但是每一種工藝都有其最佳的水力停留時(shí)間，在此條件下，運(yùn)行效果最好，且基建成本最低。參考文獻(xiàn)1Conley Daniel J, Paerl Hans W, Howarth Robert W. Ecology-Controlling eutrophication: Nitrogen and phosphorusJ. Science,2009,5917(323):1014-1015.2Ansari Abid A, Gill, Sarvajeet Singh. Eutrophication : Causes, Consequences and ControlJ. Scopus,2013,11(2):264-264.3Ma B, Zhang S, Zhang L, et al. The feasibility of a two-stage autotrophic nitrogen removal process treating sewage J.Bioresource Technology,2011,102(17):8331-8334.4 Schmidt I, Sliekers O, Schmid M, et al. New concepts of micro-bial treatment processes for the nitrogen removal in wastewaterJ. FEMS Microbiology Reiviews,2003,27(4): 481-492.5張自杰. 排水工程（下冊(cè)）M. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.6申奕, 鄧玉美. 污水生物脫氮除磷工藝現(xiàn)狀和發(fā)展J. 天津化工,2009,23(2):15-17.7Hcllinga C, Schellen A A J C, Mulder J W, et al. The SHARON process,an innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich waste waterJ. Water Science and Technology, 1998,37(9):135-142.8叢巖. UAFB-EGSB組合工藝處理城鎮(zhèn)生活污水的研究D. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013:6.9袁麗梅,張傳義,等. 水力停留時(shí)間對(duì)膜生物反應(yīng)器復(fù)合工藝污水處理特