生物法除磷的研究进展

2010-08-15 00:51:18关鹏程
山西建筑 2010年14期
关键词:磷菌硝化碳源

关鹏程

水体富营养化不利于水中生物种群的生长和环境的美观。随着水体富营养化现象的日益严重,污水排放标准对处理后污水水质的要求又不断提高,迫在寻求一种高效节能的手段对磷的排放进行遏制。常见的除磷方法有物化除磷法和生物除磷法。但物化除磷法的经济费用高,且对环境造成二次污染[1]。故生物除磷法成为我们日益关注的热点之一。

1 生物除磷原理

生物除磷原理分为两类:第一类是以聚磷菌(PAOs)为主的生物除磷。主要是依靠厌氧/好氧工况交替运行而完成的,这种方式利用聚磷菌在厌氧状态下释磷,在好氧状态下过量吸磷,并通过最终的排泥来实现生物除磷的目的。具体过程如下:在厌氧状态下,聚磷菌吸收溶解性化学需氧量(COD)发酵产物,如低分子脂肪酸(VFAs)合成体内的高聚能源贮存物聚β-羟基丁酸(PHB)等,其所利用的能量来自菌体内聚磷酸盐的分解,导致磷的释放;在好氧状态下,聚磷菌就会分解胞内的PHB产生能量,将水中的磷酸盐过量摄取到胞内转变成聚磷酸盐,形成富磷污泥,最后排泥除磷[2];第二类是以反硝化聚磷菌(DPBs)为主的生物除磷。在厌氧阶段DPBs和聚磷菌PAOs一样将溶解性大分子有机碳源转化为低分子挥发性有机酸(VFA),吸收VFA以PHB(聚β-羟基丁酸)形式储存于体内,所需能量来自胞内聚磷酸盐的水解,磷被释放到水中。在缺氧阶段PAOs利用体内的PHB作为能源和碳源,以N或作为电子受体,向污水中过量摄取厌氧阶段释放的磷,从而达到反硝化除磷的目的,磷最终以活性污泥的形式被排出系统,剩余污泥再做进一步处理[3]。

2 生物除磷的影响因素

2.1 不同运行方式对生物除磷的影响

生物除磷的运行方式包括厌氧/好氧交替运行和厌氧/缺氧交替运行两种。这两种运行方式中,厌氧段都是微生物利用外碳源合成体内所需的高聚能源贮存物,利用这种能量来分解菌体内的磷酸盐,使磷释放;好氧段聚磷菌利用O2为电子受体对污水中的磷进行过量的摄取;缺氧段反硝化聚磷菌以O2为电子受体进行过量吸磷。

田西满[4]对O2和为电子受体的生物除磷进行了研究。通过长期的运行,考察各系统除磷效果的差异。结果表明,以O2为电子受体的去除效果最好,对-P的平均去除率可达99.02%;而以N和N为电子受体的除磷效果较差,且波动性较大。三种电子受体的除磷效果由高到低依次为O2>NN>N-N。

2.2 有机碳源浓度对生物除磷的影响

有机碳源的浓度在污水脱氮除磷的过程中起着重要的作用。聚磷菌和反硝化聚磷菌需要利用碳源合成PHB充分释放磷,为后续工序的吸磷提供能量,而反硝化菌的反硝化过程同样也需要碳源。碳源浓度在一定的范围内升高,厌氧段释磷量会越来越大;而超过这个范围的增大,无论是对好氧段还是缺氧段而言,生物除磷效果都将产生负面影响。

周恩红等[5]对厌氧/好氧交替运行中COD浓度对系统除磷效果的影响进行了分析,文中指出,当COD浓度在500 mg/L以内时,磷的去除效果明显的增加;而当COD浓度达到700 mg/L时,对磷的去除率同500 mg/L差不多。

王亚宜等[6]在反硝化除磷试验中指出,初始COD浓度在100 mg/L~200 mg/L时,在缺氧段后期水中磷的浓度接近于0 mg/L,摄磷速率随着COD浓度的增加而升高。但当COD浓度达到300 mg/L时,出水磷的含量明显增高。多余的碳源进入缺氧段为反硝化菌提供碳源,从而影响了反硝化聚磷菌利用N,N在缺氧段的吸磷效果。

2.3 有机碳源的种类对生物除磷的影响

原水中易降解有机物的浓度将直接影响磷的去除。

申沛等[7]在影响聚磷菌与聚糖菌竞争的关键因素研究进展中指出,低分子量的VFA是影响生物除磷的关键因素。在实际污水中,乙酸和丙酸是最主要的两种挥发性脂肪酸,它们分别占VFA总量的60%~70%。而葡萄糖也曾被作为EBPR的碳源,研究表明,葡萄糖一般首先被发酵为乙酸或丙酸,然后才被PAO吸收。由于葡萄糖可以代替细胞内的糖原为生物生长提供能量和还原力,因此可以选择性地促进GAO的生长,从而降低了PAO的竞争力。

荣宏伟等[8]以乙酸钠、淀粉、蛋白胨为有机碳源,研究了投加不同基质和不同有机物浓度对生物除磷效果的影响。文中指出,磷的厌氧释磷和好氧吸磷与基质有关,其中以乙酸钠为基质的释磷速率和释磷量最大,其次为淀粉基质,最后为蛋白胨基质。

2.4 厌氧段浓度对生物除磷的影响

2.5 污泥龄对生物除磷的效果

生物除磷是由排泥来实现的,泥龄过长可能会造成磷的二次排放。在仅考虑以除磷为目的的系统中,以采用较短的泥龄为宜。

周恩红等[5]的研究中分析了泥龄对体系除磷的影响,指出生物除磷是通过排出剩余污泥来实现的,所以污泥龄也是影响除磷效果的因素之一。

3 生物除磷的一般工艺

3.1 传统生物除磷工艺

传统的生物除磷工艺是A/O工艺,但是其除磷的效率较低,并且很难再有提高。于是在此基础上,增设了缺氧池形成了A2/O工艺,但是在回流的污泥中会有较高的进入厌氧区,影响除磷效率[1]。

3.2 反硝化除磷工艺

传统的生物除磷工艺消耗大量的有机碳源,剩余污泥产量大,且微生物种群的竞争影响生物除磷的效果。但反硝化聚磷菌的发现为实现生物除磷开辟了新的路径。反硝化生物除磷又有单污泥和双污泥之分。单污泥系统中各种微生物共存于一个体系之中,其代表是BCFS工艺;双污泥是将硝化菌和反硝化聚磷菌的生存环境分开,为各自创造更适合生存的环境,其代表是A2N工艺。

4 生物除磷存在的问题

尽管生物法除磷的运行费用较低,且在最佳工艺参数条件下对磷的去除率较高,但生物法除磷的波动性较大,去除效果不稳定;对有机物浓度的依赖性较强,当废水中有机物含量较低或磷含量较高(>10 mg/L)时,出水很难满足磷的排放标准[9]。因此,往往需要进行二次除磷。

5 结语

含磷污染物引起了水体的富营养化,严重影响了环境美观和水生物、植物的生存,因此良好的除磷工艺已成为国内外研究者的热门课题。不同运行工况条件、水中有机物浓度及有机物种类、厌氧段N浓度和污泥龄是生物除磷主要的影响因素。应用生物除磷法将全部或大部分的磷去除,为后续的二次化学除磷节省投药量,从而降低运行费用。

[1] 王秀云.废水除磷技术的研究进展[J].安徽农学通报,2009,15(16):92-94.

[2] 方 茜,韦朝海,张朝升,等.序批式生物膜反应器的除磷特性及影响因素[J].华南理工大学学报(自然科学版),2006,34(5):20-25.

[3] 周 栋,韩宝平.废水反硝化除磷技术应用研究进展[J].科学环境与管理,2008,33(3):104-107.

[4] 田西满.以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷的试验研究[D].沈阳:沈阳建筑大学硕士研究生学位论文,2000:52-54.

[5] 周恩红,刘德启.好氧—厌氧循环交替生物除磷影响因素的研究[J].环境科学管理,2008,33(5):38-41.

[6] Wang Yayi,Peng Yongzhen,Wang Shuying,et al.Effect of carbon source and nitrate concentration on denitrifying phosphorus removal by DPB sludge[J].Journal of Environmental science,2004 ,16(4):548-552.

[7] 申 沛,陈银广,张 超.影响聚磷菌与聚糖菌竞争的关键因素研究进展[J].四川环境,2008,27(1):73-76.

[8] 荣宏伟,陈志强,吕炳南.有机碳源对生物除磷的影响[J].南京理工大学学报,2004,28(4):440-444.

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