广东农业科学2010年第12期 153 双污泥系统反硝化除磷工艺研究进展 厉巍,李燕,张传义 f中困矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221008) 摘要:反硝化除磷菌采用“一碳两川”的方式实现了反硝化脱氮并化解了反硝化菌和聚磷菌之间碳源竞争的矛盾。基于该技 术的双污泥系统.对于解决目前脱氮和除磷这一难点、热点问题,提供了一种新的思路。目前较典型的双污泥系统是A NSBR丁 艺、A NT艺以及一些改良T艺。存此基础上,结合“分点进水”理论,提出了新的一种改良的双污泥系统。 关键词:反硝化除磷;一碳两用;双污泥系统;分点进水;改良工艺 中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1004—874X(2010)12—0153—02 The progress of two-sludge system denitrification removal technology LI Wei,LI Yan,ZHANG Chuan—yi tSchool 0f Environment Science and S1)aticd h ̄)rmatics China University 0』Mining and Technology,Xuzhou 221 1 16,China) Abstract:Denitrifying phosphorus removing bacteria using”one-carbon dual-use”means to achieve denitrifieation denitrifying bacteria and carbon source competition between PAOs contradiction at the same time.The technology based on two—sludge system is a concept of new technology completely diferent from the nitrogen and phosphorus removal in general,and it’S a new way to solve the diicultf and popular questions of the nitrogen and phosphorus remova1.At present,more typical two—sludge systems are the A2NSBR process and the A2N process,and solne of the improvement process based on it.On this basis,combined with”sub—point of water” theory,the paper proposed a new improved two—sludge system. Key words:denitrifying and phosphorus removal;one—carbon dual—use;two—sludge system;sub—point of water;process improvement 目前.污水排放标准的不断提高是世界各国水处理的 发展趋势.以控制富营养化为目的的N、P脱除已成为水 处理的焦点。传统的污水生物处理法存在着自身难以解决 的弊端,如反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争,硝化菌和聚 磷菌污泥龄存在较大差异,各种菌群混合在一起互相制 磷菌即DPB。对污水处理厂生物除磷和脱氮联合T艺实际 运行过程的研究发现:当微生物依次经过厌氧、缺氧和好 氧3个阶段后,约占50%的聚磷菌既能利用0 又能利用 NO3-作为电子受体。相对于传统脱氮除磷联合工艺,DPB 反硝化除磷技术的革新之处在于:(1)节省了50%的COD 约,难以使系统达到最优的运行条件等,从而导致大部分 城镇污水处理厂出水N、P难以达到(GB18918—2002)一级 标准。而基于反硝化处除磷的双污泥工艺能使微生物生长 在各自最佳环境里,可节约碳源和能源,为污水深度处理 新技术的开发指明方向。 消耗量.避免了反硝化细菌和聚磷菌之间对有机物的竞 争,适合处理TKN/COD污水。(2)可减少30%左右的曝气 量。DPB吸磷由于用硝酸盐代替了O ,故可以节省运行费 用。(3)减少了除磷脱氮运行中的产泥量(大约50%),从而 减少了污泥处理费用。(4)可缩小反应器的体积。 1反硝化除磷工艺原理及应用 反硝化除磷是指一类反硝化聚磷菌在缺氧条件下以 2传统双泥系统工艺原理及应用 双污泥系统采用生物膜反应器进行硝化来提供 NO3-一N电子受体.系统中硝化菌独立于DPB存在于好氧 反应器中,这不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了稳定的 生长环境,增加了系统中硝化菌量、提高了硝化率,也可减 少水力停留时间和反应器体积:同时在无需大规模污泥吲 流的前提下就能使出水保持较低的硝酸盐浓度…。目前较 典型的双污泥系统是A NSBR工艺和A N丁艺。 2.1 A0NSBR工艺 硝酸或亚硝酸盐作为电子受体,利用内碳源fPHB)实现水 中磷的过量吸收。反硝化除磷突破了传统生物除磷工艺中 厌氧释磷、好氧吸磷的机理,通过“一碳两用”方式实现反 硝化脱氮,同时化解了反硝化菌和聚磷菌之间的矛盾。该 T艺已被视为一种高效、低耗、可持续的生物处理工艺。 目前,许多科学家已对聚磷菌反硝化作用及其在实际 工程中的应用进行了大量研究。研究结果表明:作为氧化 剂,NO3-和0 均可作为电子受体。如在反应器中,创造厌 氧/缺氧交替的环境即可筛选出以NO3作为电子受体的聚 收稿日期:2010—08—13 基金项目:国家科技成果重点推广计划(2004EC000132);中国矿 业大学科技基金(0P080307) 作者简介:厉巍(1990一),男,在读本科生,E—mail:liwei1990021@ l63.conl A NSBR工艺可以理解为在AO工艺的厌氧段和缺氧 段中问加一个独立的序批式硝化反应器。罗宁等【2_ I采用 A。NSBR工艺对C,P比较低的人T配制的污水进行研究, 研究发现:出水中COD为14 mg/L、TP<0.5 mg/L、NOs N< 10 mg/L,出水可达一级A排放标准。罗宁等【 对运行良好 的A2NSBR工艺中活性污泥混合液进行分离、纯化、鉴定, 得到的96株纯菌中反硝化聚磷菌占全部菌株的66.6%, 这为A2N工艺利用反硝化聚磷菌脱氮除磷提供了可靠的 通讯作者:李燕(1969一),女,硕士,副教授,E—mail:lyhy1969@126 154 微生物方面的依据 2.2 A2N工艺 该工艺对COD的去除率保持在75%~88%,平均去除 率达80.92%。其中,厌氧段去除占70%,有少部分COD则 A N f厌氧/缺氧和硝化.Anaerobic/Anoxic/ 是通过好氧硝化和缺氧段反硝化除去。氨氮的平均去除 率达97.44%,多数情况可达100%,因此该T艺对氨氮有 着非常好的去除效果 此外,该工艺对总氮的平均去除率 Nitriifcation,缩写为A N1T艺,是基于特殊的反硝化聚磷 菌缺氧吸磷的理论而开发的新工艺.采用生物膜法和活性 污泥法相结合的双污泥系统。在该T艺中DPB没有流经 好氧硝化段 其胞内储存的PHA几乎全部被用于缺氧反 硝化吸磷,通过“一碳两用”实现了系统的脱氮和除磷。与 传统的生物除磷脱氮T艺相比较,A N工艺实现了“一碳 为81.40%,高于原工艺对总氮75%的去除率。最佳运行状 态下对总磷的去除率稳定在60%左右,平均去除率为 66.5%。 3.2硝化系统改进型双污泥工艺 两用”、节省曝气和回流所耗费的能源、污泥产量低以及各 种不同菌群各自分开培养、工艺反应器体积较小,脱氮、除 磷过程可分别达到最优化效果的优点。但中间沉淀池流量 分配比较大时系统脱氮效果差.而且由于增加了一个沉淀 池和专门的硝化池,建设和运行成本也会相应s ̄Dri(冈1)。 硝化系统改进型双污泥T艺如同3所示。该工艺首次 将硝化系统独立出来,取代了传统双污泥系统中“污泥跨 越”这一技术难点,使硝化过程更加充分,保证了在缺氧阶 段硝酸盐的来源。同时,使得硝化菌和反硝化除磷菌分别有 各自独立的反应区,让整个工艺运行更加平稳,减少于扰。 该工艺中COD的去除率能达到84.4%,氨氮的去除率存 80%左右,总氮和总磷的去除率分别为67.1%和79.4%。 『u1流污泥 图1 A0N工艺流程 3双泥系统的改良工艺 3.1厌氧/缺氧/曝气生物滤柱相结合的改良型双污泥系统 刘婧嘲等研究了厌氧/缺氧/曝气生物滤柱相结合的改良 型双污泥系统反硝化除磷工艺,其流程和装置如图2所示。 图3改进型双泥反硝化除磷脱氮工艺 3.3基于ECoSUNIDE工艺的多点进水的双污泥工艺 ECOSUNIDE工艺[6-10]是中国矿业大学环境与测绘学 进 谢 J火氖池缺氯池 好钒池 l l 爻 件 图2改良型双污泥系统反硝化除磷工艺流程 院研究人员自主提出的以统一动力学理论、动力学负荷理 论、回流污泥浓度优化理论为理论基础,通过实现分点进 水技术、营养控制论、高浓度污泥捕集气泡理论而形成的 一种工艺..该工艺提高了活性污泥中的硝化菌、聚磷菌等 优势菌群的比例,突破了传统活性污泥法硝化速度慢、除 磷量少的瓶颈,实现了短时高效脱氮除磷(图4)。 雷厌瓴池 缺氧池 Ir■ ====0:_===I L . — — 一 好氧池 图4双污泥系统改进工艺流程 从罔4可以看 ,整个工岂主体部分包括厌氧池、中 沉池、好氧池、二沉池、缺氧池、终沉池;终沉池污泥回流至 厌氧池之前.同流比根据运行调试控制在50%~100%之 问:好氧池沉淀后的上清液分点配水至缺氧池,而中沉池 泥水混合液进入缺氧池反应,于是将不同功能的细菌用空 (下转第157页) l57 5 :4 一J.鼍一 巍善 3 }, 为薄弱。沟塘作为一个土壤一水生植物一微生物复杂生态系 ( 统对有机农业非点源污染的削减机理,尚须进一步开腱有 机农业非点源污染巾N、P流失形态、运移以及对水质影响 的过程研究,同时也需进一步开展沟塘内水生植物、微 物影响不同形态N、P转化及水质净化效果的机理分析。 参考文献: 入f l{l j 塘内似置 {i11刘更另.巾同有机肥料[MI.北京:农业tf{版礼,1991. 2 陆 ,魏晓平,张怀志.面源污染中畜禽有机肥磷的流失形态及 环境效应『J1.中 人I__1・资源与环境,2006,16(5):130一】34. I31 Carpenter S R,Caraco N E,Conell I)L,el a1.Nonpoint pollution 图3沟塘底泥TN、TP浓度变化 塘淤积,提高沟塘运行效率。 uf surtace water with phusphorus and nitrogen『.1J.Ecol Applic, 】998f81:559—568. 3结论与讨论 2 O 0 【4】 Cox F R,Hendricks S E.Soil test phosphorus and(:lay CO1)tent effe(:ts Oil runoff water quality IJ1.j Environ Qual,2000,29(5): l582-1586. 自然沟塘能有效实现对有机农业非点源污染的削 减 存试验监测的2个时段内,塘内水体TN、TP浓度明显 减小,沟塘水体巾TN、TP浓度变化均符合指数消减规律。 J. 【5 Shar5】pley A,NmTunney H.Phosphorus l'esearch strategies to meet agricuhural and e1)vironme!)tal challenges of the 2 1 st CentmT[J]. 与TP相比,沟塘对TN的削减效果更为明 :与3月相 比,在7月监测期内由于塘内水生植物生长更为旺盛,使 J Enviro,1 Qual,2000,29(J):176一I81. 【6]Daniel T C,Sharpley A N,Edwalds D R,et a1.Minimizing surface water eutrophication fi'om agriculture byphosphorus nlanagement 得TN削减率更高。沟塘内颗粒态P的分解对水体TP的 削减效果产生 r影响。 两次监测结果表明.沟塘能有效截留非点源污染中 的降雨冲刷物,沟塘内底泥能有效削减N、P非点源污染 此外,监测结果农明降雨冲刷物易积聚存排水入沟塘口 处,可考虑采 前置拦截系统去除冲刷沉积物以提高沟 塘运行效率。 自然沟塘是实现有机农业非点源污染控制的良好方 法,但由于目前在有机农业非点源污染方面的研究基础较 逝 盛出逝 妇始些逝照 盛逝 ’ 逝 逝 船.J Soi Wat Cons,1994,49(1):30—38. 』7]彭 彰,高焕芝,张正良.灌区沟塘湿地对稻Ⅲ排水r}】氯磷的原位 削减效果及机理研究『JJ.水利学报,2010,41(4):406—4l1. 【8J Befit A.Hans B W.Modelling nitrogen renlovaI in potential wetlands at the e.atchment scale[J1.Ecol Fng,2002,l9(1):63—80. f91王沛芳,王超,徐海波.自然水塘湿地系统对农业非点源瓤的净化 截留效应研究IJ1.农业环境科学学报.2006.25(3):782—785. 『10】姜翠玲,范晓秋,章亦兵.非点源污染物在沟渠湿地巾的累积和fA 物吸收净化….应刚生态学报,2005,l6(7¨351~1354. 业 啦 些娅业 逝 盛妇 妇船妇 逝 (上接第154页) 75-82. 间分隔域:缺氧池由一次配水渐变为多次配水:剩余污泥 南二沉池排出:污泥处于厌氧一好氧/缺氧的反复循环中。 T艺体现了高污泥浓度,合理分配和利用碳源,促进缺氧 反硝化吸磷的进行 该T艺中氨氮的去除率达到90%左 右,总氮的去除率达到7O%。 【21罗宁.双泥,£物反硝化吸磷脱氮系统I 艺的试验研究I1)1.币庆 重庆大学.2003. 岁同源,岁宁,_占芳英.新型双泥生物反硝化除磷脱氮_r艺….中 国给水排水,2002,l8,(9)4—7. 『4]罗宁,罗周源.新型双泥生物反硝化除磷脱氮系统 }1微生物的组 成….给水排水,2003,29(8):33—35. I5】刘婧.改良型双污泥系统反硝化除磷]:艺的试验研究….哈尔滨: 哈尔滨T业大学.2008. 4结语 反硝化聚磷菌的发现,使原木认为生物脱氮和除磷应 该是两个相对独立过程的观点受到了冲击。在此基础上提 出的各种双污泥系统,成功地解决了硝化菌与聚磷菌的泥 龄之争、反硝化与聚磷菌厌氧释磷的矛盾等难题,这是双 污泥系统最大的优势所在。随着研究的不断深人.研究人 [6]张沽,胡 新,张雁秋.改进型双泥反硝化除磷脱氮I 艺『JI.环境 污染与防治,2005 27(3):233—234. 『7l张Jff}=秋,张沽,许翱天,等.废水处理生物处理高效硝化新工艺l JI l叶l围矿业大学学报 2004,33(2):197一l99 204. 【8l张 秋,李昂,李燕,等.活件污泥法除磷脱鲺的生态学思想IA1.全 国污水处理节能减排新技术、新 艺、新没施高级研讨会论文 集【c1.2008:1-4 『9】张雁秋,李昂,李燕,等.活性污泥法除磷脱氮l 艺技术分析【AI. 全围污水处理节能减排新技术、新r艺、新设施高级研讨会论 文集IC1.2008:5一l0 员可通过同其他] 艺的结合.创造f}I各种改良型双污泥系 统,互取优势,充分挖掘潜力。闪此,这种可持续性的生物 水处理技术,必将在我闰的水环境治理中得到普遍应用。 参考文献: [10】李燕,李昂,张雁秋,等.城市污水高效脱氮除磷的吏践与探讨lA1. 瓜同污水处理节能减排新技术、新T艺、新设施高级研讨会论文=_ 集IC1.2008:】6一l9 l I1]李昂,张 秋,李燕.分点进水脱氮除磷新T艺及其应用【AI.全同 污水处理节能减排新技术、新T艺、新设施高级研讨会论文集 ].2008:1 1—15. 【1】Kut)a T,Van Loosdreeht M C M,Heijnen J.Biological de~ phosphatation by actiwtted sludge ullder denitrifying conditions: pHinfluence and occurrence of denitrifying dephosphataion in a full—se.ale waste water treatment plant[J].Wat Sci Tech 1 997,36(1 21: