污水生物除磷影響因素分析

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【摘要】磷的污染已成為環(huán)境污染的重要因素之一，污水中對(duì)磷的去除已顯得越來越重要，目前大多數(shù)污水處理在工藝選擇中選擇了生物除磷的工藝技術(shù)，但在污水生物除磷的實(shí)際操作中，有許多因素會(huì)對(duì)除磷的效果產(chǎn)生影響。本文通過對(duì)污水生物除磷的影響因素進(jìn)行探討，以尋求提高生物除磷的對(duì)策，希望能為業(yè)界同行提供參考。

【關(guān)鍵詞】污水；生物除磷；影響因素

引言

近年來，我國(guó)的污水處理業(yè)務(wù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，生活污水、工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖污水設(shè)施基本建成，但是在設(shè)施的運(yùn)行管理中，仍然存在很多困難，特別是對(duì)于污水生物除磷的問題，由于存在影響因素較多，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。中國(guó)現(xiàn)行的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)就嚴(yán)格要求磷酸鹽含量少于0.5mg/L。而大多數(shù)污水處理廠使用的是二次生物處理方法，難以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)[1]。

1污水生物除磷技術(shù)

1.1磷的存在形式

通常來說，磷在大多數(shù)情況下主要通過點(diǎn)污染進(jìn)入水體。研究表明，水中大部分的磷來自排放的污水，而家用洗滌劑（粉狀洗滌劑）是排放的污水中磷的主要來源。隨著三磷酸鹽作為合成洗衣粉中的骨架成分的引入，水的富營(yíng)養(yǎng)問題變得越來越嚴(yán)重，污水中的磷通常以磷酸鹽、多磷酸鹽和有機(jī)磷的形式存在。

1.2生物除磷

水環(huán)境中磷的管理問題在國(guó)外相對(duì)較早，一般采用“前處理”與“后處理”相結(jié)合的方法。換句話說，前提是關(guān)于粉狀洗滌劑的磷含量和污水處理中除磷的嚴(yán)格規(guī)定作為補(bǔ)充措施。在中國(guó)，目前尚無明確的禁用磷的法律，僅在污水的二級(jí)處理階段。在當(dāng)前普遍強(qiáng)調(diào)在水生環(huán)境中大規(guī)?？刂屏椎那闆r下，通過化學(xué)沉淀去除磷顯然不能滿足商業(yè)化的迫切需求[2]。生物除磷工藝流程如圖1所示。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，微生物學(xué)也得到了很好的發(fā)展，人們對(duì)微生物技術(shù)的掌握水平也越來越高，慢慢將微生物技術(shù)應(yīng)用到了污水除磷工藝中，替代了以往單純的除磷工藝，改變了除磷工藝的發(fā)展方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效率、低能耗的除磷目的，對(duì)污水生物除磷技術(shù)進(jìn)行了強(qiáng)化，并廣泛的進(jìn)行推廣應(yīng)用。污水生物除磷的原理就是根據(jù)聚磷菌來吸取污水中的磷，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哿姿猁}，存儲(chǔ)在細(xì)胞內(nèi)，之后將其作為剩余污泥排除。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，聚磷菌可以在厭氧條件下釋放磷并吸收水中的揮發(fā)性脂肪酸。從工程學(xué)角度來看，所謂的反硝化和好氧性聚磷菌只是微生物從污水中去除氮和磷的研究中的微生物定義。

2污水生物除磷的意義

近幾年，水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題變得更加嚴(yán)重，水體的富營(yíng)養(yǎng)化主要是由于氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過量排放。磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因素，因此，控制磷的釋放濃度尤為重要。根據(jù)我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）標(biāo)準(zhǔn)，一級(jí)A標(biāo)磷的排放濃度低于0.5mg/L，而一級(jí)B標(biāo)的磷排放濃度被控制在1.0mg/L及以下[3]。在南部大部分地區(qū)，污水處理廠收集的城市污水濃度較低,長(zhǎng)期的低負(fù)荷導(dǎo)致去除生物磷非常困難。因此，有必要詳細(xì)研究生物除磷的機(jī)理，分析影響生物除磷的各種因素，促進(jìn)工藝操作的優(yōu)化，確保磷的排放達(dá)標(biāo)。

3生物除磷的影響因素

3.1有機(jī)物質(zhì)濃度

水中有機(jī)物的濃度是影響厭氧磷釋放的另一個(gè)因素，某大學(xué)的一個(gè)研究小組調(diào)查了農(nóng)村和城市污水的水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)流入TKN/COD0.14，即使采用UCT工藝，其脫磷效果也很差。當(dāng)然，該比率基于南非的城市污水成分，在其他國(guó)家/地區(qū)中，污水中易生物降解的底物的濃度會(huì)有所不同，其比例也會(huì)相應(yīng)改變。據(jù)報(bào)道，當(dāng)TKN/COD為0.13時(shí)，西歐脫磷工廠具有良好的脫磷效果。

3.2碳源類型和濃度

廢水中有機(jī)物的成分，特別是其生物降解性，極大地影響了除磷過程的性能。生物除磷的機(jī)理表明，生物除磷需要足夠的碳源以滿足聚磷菌厭氧段的磷釋放要求。同樣，如果不合成細(xì)胞內(nèi)聚合物，就不能消除無效的磷釋放。富磷細(xì)菌用于易分解的小分子，并且它們觸發(fā)磷釋放的能力比有機(jī)物強(qiáng)得多，有機(jī)物在高分子量時(shí)難以分解。最近的研究表明，在生物去磷酸化中，由于聚磷菌和聚糖菌之間的競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致的不同類型碳源之間的競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)導(dǎo)致不同碳源釋放出不同程度的磷。GAOs吸收水中的有機(jī)物并在厭氧區(qū)合成PHAs，但不會(huì)釋放磷。當(dāng)聚糖菌在競(jìng)爭(zhēng)中占主導(dǎo)地位時(shí)，污泥的磷釋放能力將大大降低。當(dāng)C/P比超過50mgCOD/mgP時(shí)，除磷效率降低，這主要是因?yàn)榫厶羌?xì)菌目前具有足夠的碳源來支持其生長(zhǎng)[4]。

3.3溫度

低溫下聚磷菌的生長(zhǎng)速度很慢，但是溫度對(duì)生物除磷的影響很小。根據(jù)某污水處理廠的數(shù)據(jù)，即使水的溫度降至8~9℃，污水中的磷也低于2mg/L，溫度對(duì)除磷的影響主要是影響發(fā)酵細(xì)菌的產(chǎn)酸。另外，如果需要同時(shí)進(jìn)行脫氮，則必須實(shí)現(xiàn)硝化，這需要減少負(fù)荷并延長(zhǎng)泥齡。結(jié)果減少了酸的產(chǎn)生并影響了脫磷作用，解決方案是添加一個(gè)外部VFA。污水處理廠采用的方法是添加含有大量VFA的污泥濃縮池的上清液，從而可以在寒冷的天氣中同時(shí)去除氮和磷。

3.4pH

pH不合適的工業(yè)廢水需要在處理和監(jiān)測(cè)之前進(jìn)行調(diào)整，并應(yīng)安裝房屋流動(dòng)設(shè)備以避免污泥中毒[5]。污水生物除磷系統(tǒng)的合適pH范圍與常規(guī)中性、弱堿性生物處理方法相同，生活污水的pH通常在此范圍內(nèi)。pH較高的處理器，尤其是生物膜填充劑，通常會(huì)看到磷酸鈣并去除一些磷。液相中磷的濃度與pH相應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

3.5溶解氧

溶解氧對(duì)生物除磷過程的影響分為厭氧區(qū)和好氧區(qū)。在厭氧區(qū)，富磷細(xì)菌具有良好的生長(zhǎng)條件、磷釋放能力和PHB合成能力，所以必須嚴(yán)格控制厭氧條件。一方面，DO充當(dāng)最終的電子受體，抑制了產(chǎn)氧細(xì)菌的酸產(chǎn)生，從而阻礙了磷的釋放。另一方面，DO消耗每克氧氣迅速分解的有機(jī)物。每克氧消耗2mg的COD，導(dǎo)致容易被微生物降解的COD不足，從而影響厭氧磷的釋放。在好氧區(qū)，需要足夠的DO來支持聚磷菌分解PHB，并且必須獲得足夠的能量來過量吸收磷，以增強(qiáng)除磷效果。通常，厭氧段的溶解氧應(yīng)控制在0.2mg/L以下，好氧段的溶解氧應(yīng)控制在2.0mg/L以下，否則，將促進(jìn)細(xì)胞的內(nèi)源性呼吸并禁用磷的釋放[6]。

3.6泥齡

生物除磷系統(tǒng)中的除磷是通過排放富含磷的殘留污泥來完成的，因此殘留污泥的量決定了系統(tǒng)的除磷效率。泥齡越短，活性污泥每單位質(zhì)量的磷含量越高，排出污泥的磷含量越高，除磷效率越高。因此，對(duì)于主要目的是除磷的污水處理來說，使用相對(duì)較短的泥齡通常是合適的，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，最好將SRT控制在3.5-7d。

3.7污泥沉降性能

由于生物除磷系統(tǒng)中污泥的磷含量很高，當(dāng)固液分離不好時(shí)，溢出的污泥會(huì)對(duì)除磷效率產(chǎn)生重大影響。造成泥漿逸出的一個(gè)重要因素是二級(jí)沉淀池中泥漿的局部脫氮，并且二級(jí)沉淀池中積聚的污泥花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，無法消耗DO。反硝化細(xì)菌使用NO3進(jìn)行反硝化并生成N2氣體和N2O氣體，它在水中的溶解度非常低，并以小氣泡的形式附著在污泥絮凝物上漂浮，并隨水溢出[7]。污泥沉降性能差會(huì)導(dǎo)致二級(jí)沉降池中的固液分離不良，許多數(shù)據(jù)表明，厭氧和好氧循環(huán)脫磷系統(tǒng)可以避免由絲狀微生物過度生長(zhǎng)引起的污泥膨脹，但在某些情況下，污泥長(zhǎng)仍保留在厭氧區(qū)，會(huì)誘導(dǎo)絲狀真菌的生長(zhǎng)。

4結(jié)束語(yǔ)

為了控制水污染，保護(hù)城市水環(huán)境以及人類健康和維持生態(tài)平衡，必須對(duì)廢水進(jìn)行處理和排放，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。雖然很難達(dá)到0.5mg/L磷酸鹽的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但以上對(duì)影響生物除磷的因素的分析和討論是基于未來的污水處理。嚴(yán)格控制反應(yīng)池中的pH、溫度等環(huán)境條件，大大提高了生物除磷效率，使得污水處理廠可以達(dá)到其相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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作者：張深 單位：重慶市合川區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站