污水脱氮除磷的研究

广东化工2015年第20期.92.www.gdchem.com第42卷总第310期污水脱氮除磷的研究张立东*，白廷洲2，谭彪2(1. 吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林132000 2.兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州730070)[摘要]我国富营 养化水体爆发水华和赤潮的水质恶化现象时有发生，而污水中氮磷是水体富营养化的元首。为了水体生态环境不被进一步破坏，详虑水资源再生循环利用，我国各类污水排放标准及再生水回用标准均对氮、磷提出了限值。文章基于污水脱氮除磷机理对其相关处理方法进行综述，以三维电极生物膜法为深度处理方法，提出了优化二:级生物处理I艺的发展趋势。[关键 词]脱氨除磷: SBR: CAST: MSBR: A/O;三维电极生物膜法[中图分类号]X[文献标识码]A[文章编号1007-18652015)20-0092-02Studies of Denitrification and Phosphorus Removal from WastewaterZhang Lidong', Bai Tingzhou?, Tan Biao2(1. School of Resources and Environmental Engineering.Jilin Chemical College, Jilin 132000;2. School of Environmental and Municipal Engineering, Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)Abstract: The eutrophication of water body bloom and red tide water quality deterioration are often happened, and nitrogen and phosphorus in sewage is thehead of eutrophicain. In order to avoid further destruction, considering the water resources recyeling use, more kinds of sewage and reclaimed water reusestandards for nitrogen and phosphorus threshold are put forward in our country. The paper based on wastewater denirification and phosphorus removal mechanismrelated to its treatment methods were reviewed, with three-dimensional elctrode biological membrane method for deep processing, and put forward the optimizationof the development trend of the secondary biological treatment process.Keywords: dritification and phosphorus removal; SBR; CAST: MSBR: A7/O; three -dimensional electrode biological membrane method我国大部分地区严重缺水，解决水资源短缺矛盾的一个重要和外源基质，产生质子驱动力将体外的PO,输送到体内合成ATP出路是城市污水厂出水的再生利用12]。污水回用用途包括城市绿和核酸，将过剩的PO2聚合成细胞贮存物:多聚磷酸盐(异染颗化、补充城市景观水体、市政杂用和农业灌溉用水等可粒)4-)。目前我国各类再生水回用标准均对氮、磷提出了回用限值。2脱氮除磷的方法我国目前66 %以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富从生物脱氮除磷的机理分析来看，生物脱氮除磷工艺基本上营养和超富营养的占22%，使得富营养化成为我国湖泊目前与今包括厌氧、缺氧、好氧3种状态，这3个不同的工作状态可以在后相当长一段时期内的重大水环境问题1371。研究表明，对于湖泊、空间上进行分离，也可以在时间上进行分离。近年来，随着对生水库等封闭性水域，当水体内无机态总氮含量大于0.2 mg/L,总物脱氮除磷的机理研究不断深入，以及各种新材料、新技术、新磷大于0.01 mg/L时，就有可能引起水华现象的发生，导致水体2人浑浊，丧失观赏、娱乐价值，同时带来卫生学方面的问题设备的不断运用，衍生出了许多新的生物脱氮除磷工艺，其中典型的几种处理工艺如下。污水再 生回用是解决水资源危机的必然途径。污水厂二级出2.1 SBR工艺SBR工艺即为序批式好氧生物处理工艺，其去除有机物的机水碳氮比普遍偏低，在深度脱氮除磷方面存在着碳源不足的问题。理在于充氧时与普通活性污泥法相同，不同点是其在运行时，进因此，研究高效经济的新工艺用于低碳氮比污水厂二级出水中氮水、反应、沉淀、排水及静置5个工序，依次在一个反应池中周和磷的深度去除，已成为目前迫切需要解决的关键问题。地法注不宝重去码二次油和化1生物脱氮除磷机理期性运行，不需要专设二沉池和污泥回流系统，系统自动运行及污泥培养、驯化均比较容易0121 该法处理焦化废水有1.1生物脱氮机理着独有的优势:一 一是不要空间分割，上就能创造出缺氧和好污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的氧的环境，即具有AO的功能，十分有利于氨氮和COD的去除。基础上，先利用好氧段经硝化作用，由硝化细菌和亚硝化细菌的二是该法的沉淀是-种静止的沉淀,对污泥沉淀性能不好的废水，协同作用，将氨氮通过反硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮，即，固液分离效果非常明显。三是该法可以省去二沉池，其古地面积将NH转化为NO和NO.在缺氧条件下通过反硝化作用将硝相对要小- -些。陈平采用缺氧-好氧-缺氧结合的运行方式，曝气氮转化为氮气，即，将NO和NO2(经反硝化)还原为氮气，溢出16h,进水COD、NH3-N 分别为1200 mg/L、250 mg/L时，出水水面释放到大气，参与自然界氮的循环。水中含氮物质大量减少，降低出水的潜在危险性，达到从废水中脱氮的目的为SBR工艺的应用提供的物质基础。但因为SBR是间歇运行的，废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细为了解决连续进水问题，至少需要设置两套SBR设施，进行切换胞原生质成分。主要过程如下:氨化作用是有机氮在氨化菌的作运行141.用下转化为氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下进-一步转化为硝2.2CAST工艺酸盐氮。其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌，以无机碳化合物CAST实际上是一种循环SBR活性污泥法，反应器中活性污为碳源，从氨氮或亚硝酸盐氮的氧化反应中获取能量。其中硝化泥不断重复曝气和非曝气过程，生物反应和泥水分离在同一池内的最佳温度在纯培养中为25-35 C，在土壤中为30-40 C，最佳完成，与SBR同样使用滗水器。污水首先进入选择器，污水中溶pH偏碱性。反硝化作用是反硝化菌(大多数是异养型兼性厌氧菌，解性的有机物通过生物作用得到去除，回流污泥中硝酸盐也此时DO<0.5 mg/L)在缺氧的条件下，以硝酸盐氮为电子受体，以有机得到反硝化:然后进入厌氧区，此时为微生物释磷提供条件:第物为电子供体进行厌氧吸，将硝酸盐氮还原为N2或NO同时降三区为主曝气区，主要进行BOD降解，同时硝化反硝化10.15.161解有机物。CAST综合了以往除磷脱氮工艺的优点，保证了各污染物质降解.1.2生物除磷机理的最大速率环境，去除有机污染物效率更高，脱氮除磷效果更好。磷在自然界以两种状态存在:子在:可浴态和颗粒态态18.91。所谓的除2.3 MSBR工艺磷就是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷，达到磷水分离。连续流序批式活性污泥法I艺(简称MSBR)。首先，污水进厌氧释磷过程: 聚磷菌在厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸入厌氧池，回流活性污泥中的聚磷菌在此充分释磷，然后混合液盐产生ATP,利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的三类基进入缺氧池反硝化。反硝化后的污水进入好氧池，有机物在好氧质进入细胞内合成PHB.与此同时释放出PO。于环境中间。条件下被降解，活性污泥充分吸磷后再进入起沉淀作用的SBR,好氧吸磷过程:聚磷菌在好氧条件下，分解机体内的PHB澄清后上清液排放。此时另一边的SBR在1.5 Q回流量的条件下[收稿日期] 2015-08-23[作者简介]张立东(1977-), 男，吉林九台人， 硕士，讲师，研究水处理技术及水资源利用及环境污染治理等方向。*● 为通讯作者。2015年第20期广东化工第42卷总第310期www.gdchem.com. 93.进行反硝化、硝化或静置预沉。回流污泥首先进入浓缩池浓缩，-般污水处理厂中所应用的污水处理工艺大多由前文所述，上清液直接进入好氧池，而浓缩污泥进入缺氧池。这样，一方 面经其工艺处理后的污水氮磷指标可能并不能满足不引起水体富营可以进行反硝化，另一方面 可先消耗掉回流浓缩污泥中的溶解氧养化的标准，所以污水处理厂二级处理过的尾水还需要进一步的和硝酸盐，为随后进行的厌氧释磷提供更为有利的条件9.0.1。进行脱氮除磷，如三维电极生物膜工艺。2.4A/O工艺三维电极生物膜脱氨工艺易操作、无需外加碳源、处理效率A/O工艺是在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好高、无二次污染，目前关于三维电极生物膜深度脱氮工艺用于微(区，能够同时作到脱氮、除磷和有机物的降解，污水进入厌氧污染水的深度脱氮的研究已经日趋深入，并已取得一些进展。 利反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌用电极生物膜法去除水中的硝酸盐氮是目前国内外研究的热点，氧条件下释磷，同时转化易降解COD、VFA为PHB,部分含氮且已有研究尚有不成熟之处，有继续研究的必要和空间。有机物进行氨1化17.18。污水经过第一个 厌氧反应器以后进入缺可以通过改变传统三维电极生物膜工艺的填料构成及结构氧反应器，本反应器的首要功能是进行脱氮。硝职影明态费通过混合形式来强化三维电极生物膜工艺的脱氮除磷性能。即在传统三维内循环由好氧反应器传输过来，通常内回流量为2~4倍原污水流加入呈一定梯度比例量，部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而电极生物膜工艺(3DBER)前段加入星一定梯度比例的海绵铁，成“填料微电凝聚”段:后段加入一定比例的硫磺，形成“氢自得到降解去除。混合液从缺氧反应区进入好氧反应区，混合液中养+硫自养"耦合的复合反硝化段，从而形成新型复合三维电的COD浓度已基本接近排放标准，在好氧反应区除进一步降解物膜强化脱氮除磷工艺。有机物外，主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝态氮回流至缺氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除.n。参考文献陈希林等采用 A7O工艺并延长好氧池HRT,在系统水温[]胡洪营，吴乾元，黄晶晶，等。国家“水专项”研究课题-城市污水再10-14 C的情况下对COD、氨氮、总氮和总磷去除率高达92.4 %、生利用面临的重要科学问题与技术需求[0].建设科技，2010(3): 33-35.83.8%、72.7 %和87.1 %8]。该工艺流程简洁，污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行，[2]周彤.污水回用是解决城市缺水的有效途径，给水排水，2001, 27(11); :丝状菌不能大量繁殖，污泥沉降性能好。可用于处理工业废水比[3]王明智，李谦，范改娜，等.再生水回用于景观水体氨营养盐对叶绿素重较大城市污水，也较容易用于生物法处理的老污水厂的改造'2。a和藻密度的影响研究[J].给水排水，2010, 36(1): 117-121.3三维电极生物膜工艺研究现状[4]张小霓，廖冬梅，陈明静，城市中水回用于循环冷却水的氨氮去除试验电极-生物膜反应器(Biofilm-Eletrode Reactor, BER)反 硝化研究[J电力环境保护，2006(6).工艺是将电化学法与生物膜法相结合，在物理电极上进行微生物[5]虞启义，黄种买，顾小红。城市污水再生回用作循环冷却水的相关问题挂膜，在电极间通以直流电进行电解，阴极产生的氢气被微生物切中国给水排水，2003(3)高效利用以进行自养反硝化脱氮。与需要外加有机碳源的传统异[6]苟晓东，黄种买，董欣杨，污水回用作工业循环冷却水的影响因素研究养反硝化工艺相比，该工艺曾被认为是适合微污染饮用水脱氮新D.天津化工，2004(1).1992年Mello3ll等首次发现固定在阴极的反硝化酶可以利用[7]许晶晶.城市污水二级处理出水回用于循环冷却水系统的防腐防垢研究[D].北京交通大学，2007.电解水产生的H2将NO,还原为N2,并首先提出电极-生物反应器[8]娄金生主编.水污染治理新工艺与设计(第二版).北京:海洋出版社，的概念。2002.1993年Sakakibara等以反硝化菌代替反硝化酶进行关于微电[9]谢水波，余建主编.现代给水排水工程设计.长沙: 湖南大学出版社，流促进生物脱氮的研究，开发出生物膜-电极反应器。2000.1998 年，Feleke 等将简式BER用于含溶解氧、so2并且无[10]张自杰主编，排水工程(下册)第四版.北京:中国建筑出版社，2000.有学地日水中的地下水的处理试验，结果表明，尽管地下水中通常含[1]陈平，郭良琮，11栋平，黄伟、应用SBR法处理焦化废水[]，煤矿环境保护，有多种离子，的NO0;和仍能被有效去除，即该工艺具2001，[12]李荣波.焦化废水处理的现状与展望[A].2001年全国工业用水与废水38-40.有高度选择性此后， 国内外对于这一一领域的相关研究又有了进一步的进处理技术交流会论文汇编[C]. 200.展，主要研究结论为:电极-生物膜工艺是电化学作用和生物反硝[13]罗时新，彭以水. SBR法处理大麻脱胶废水的应用[A].计算机模拟与化作用相耦合的过程，电流可以有效促进生物反硝化作用:生物反硝化作用包括自养和异养反硝化，电流的促进作用主要体现为[14]温桂照.缺氧-SBR技术处理焦化废水的研究[D].广东工业大学，2001.对自养反硝化作用的促进。有研究显示，电极生物膜工艺反应体[1S]Goronszy MG,朱明权。循环式活性污泥法(CAST)的应用及其发展系有利于自养反硝化菌的生长，主要是因为阴极电解产生的H2[].中国给水排水，1996， 12(6): 4-10.可以作为氢自养反硝化细菌的电子供体，而碳阳极电解产生的[16]孙剑辉，闫怡新.循环式活性污泥法(CAST)的设计要点[].中国给水CO2则可以为这些自养菌提供无机碳源。与此同时， 反应体系中排水，2003， 19(1): 89-91.异养反硝化菌利用水中有机碳源做电子供体，与自养菌共同实现[17]彭轶，彭永臻，吴昌永. A7O工艺中反硝化除磷[].环境工程学报，反硝化脱氮。因此电极生物膜反应器在电流与生物膜的耦合作用2008, 2(6); 752-756.下具有比普通生物膜工艺更高效的脱氮效果。另外，微弱电流的[18]陈希林，张有利.高原地区溶解氧浓度对A3/0工艺运行效果研究[].青刺激作用，还能强化生物代谢和传质过程，促进生物反应进程，海环境，2012, 02: 57-60.提高污染物去除率。因此，该方法能节省碳源消耗，特别适宜碳[19]温沁雪，唐致文，陈志强，等. A3/O 工艺好氧末段溶解氧变化对脱氮源不足的地下水及再生水的深度脱氮处理21-27。除磷影响[J].环境工程学报，2010, 5(5); 1041-1046.电极生物膜法强化脱氮的关键在于提高反应器中的生物量[20]王佳伟，周军，甘一萍，等，A7/o工艺脱氮除磷效果的影响及解决办和电流效率，促进生物反硝化过程。为解决这一问题，曲久辉等法U]。给水排水，2009, 35(1): 35-37.将三维电极引入了该反应器，即用一定体积的填料装填于传统二[21]姚静华，赵国智，氮磷比对三维电极/生物膜反应器反硝化效果的影响维电解反应器中，成为的一一极(第三极)，称为三维电极生物膜[D]，中国给水排水，2012.反应器。Zhou Minghual29等的研究发现，三维电极生物膜工艺的[22]陈建平，杨昌柱，张敬东，等.复极性三维电极生物膜法脱除二级生碳阳极和填料可在电解过程中释放CO2为自养反硝化菌提供无机化出水中的COD和硝酸盐氮.给水排水，2006.碳源，并使反应器自身具有pH缓冲性能。通过二维电极生物膜[23]姚静华，赵国智，田光明，等.复三维电极-生物膜反应器脱除饮用水反应器和三维电极生物膜反应器的静态和动态特性的对比，发现中硝酸盐的试验研究([J].环境科学学报，2012, 32(6): 133-1341三维电极生物膜反应器的TOC和硝酸盐去除效率都有了极大提[24]胡传侠，杨昌柱，杨群，等.固定化三维电极生物膜法去除污水中硝目前，对三维电极生物膜工艺的研究主要集中在反应器结构[25]曲久辉，范彬，刘锁祥，等，电解产氢自养反硝化去除地下水中硝酸形式、电极材料与填料选择、反硝化脱氮性能等方面，而如何强盐氮的研究[].环境科学，2001.化其自养反硝化过程和工艺特性，进一一步降低反硝化过程对碳氮[26]黄显怀，鲍立宁，马利民，电极生物膜法处理水中硝酸盐氮的试验研比的依赖，并实现同步深度脱氮除磷的研究报道较少。究[D].哈尔滨工业大学学报，2003.4结语[27]王涛，电极生物膜法去除地下水硝酸盐[D].合肥工业的大学，2012.现今，污水的处理不仅仅是简单的去除水中的悬浮物、有机[28]王海燕，曲久辉，雷鹏举，介质粒径对复三维电极生物膜脱硝反应器物等杂质，水中的一些氮磷等溶解性物质也应达到排放标准再排的影响[].环境科学学报，2003, 23(): 64-68.入自然水体，同时现行的城市污水再生利用用水水质标准的要求(下转第98页)也应相应的提高。广东化工2015年第20期.98www.gdchem.com第42卷总第310期表3中药废水组合处理工艺的工程应用情况Tab.3 Engineering Application of Combined Crafts for Chinese Medicine Wastewater主体处理工艺处理规模.运行费用吨水投资COD(mgL")说明/(m'd)/(元m)1(元m)进水出水两相厌氧_接触氧化-BAF1500.8434666000≤100太极国光制药网ABR-复合好氧-BAF001600- 2000江西宜春市某中药公司UASB-MBR1.7623752000-500050某中药厂161ABR.氧化沟1.15510012000广西某制药广川水解酸化-接触氧化1.52140≤150河南某药业8水解酸化-两级接触氧化428.623332233.6安徽某制药厂191水解接触氧化-UNITANK802.39475335000南京某中药企201CSTR-UASBAF-CAR7000 40000哈中药二厂口交叉流好氧反应池二期1500 .(2)厌氧(缺氧)-好氧处理工艺。药废水[].哈尔滨工业大学学报，2007, 39(2): 246-250.厌氧法处理中药废水可提高废水的可生化性，降低废水的毒[11]白晓惠，张立秋，王欣泽，等.复合式厌氧反应器处理中药废水[J].给性和抑菌性，但处理出水无法达排放标准，企业大多采用厌氧(缺水排水，199 25() 39-40.氧)-好氧组合工艺处理中药废水，工程应用情况见表3。目前组合[12]李东伟，李斗，王克浩，等.二相厌氧应用于中药废水一级处理[J.水工艺的实验研究，主要有水解酸化-SBR-BAF2水解酸化-两级处理技术，2006, 32(4); 81-83.BAF21、两相厌氧消化兼性/好氧接触氧化购。陆天友等[2)利用[I3]Xiaolei Liu, Nanqi Ren, Yixing Yuan. Performance of a periodic anaerobic中试规模A7/0型一体式氧化沟工艺处理中药废水，出水达污水综baffled reactor fed on Chinese traditional medicine industrial合排放标准(GB 8978-1996)- -级标准，为进一步的放大和工程应wastewater[J]. Bioresource Technology, 2009， 100(1); 104-110.用提供了数据支持。[14]李东伟，李伟民，张娴娴，高浓度中药废水处理工程设计[J].重庆建筑大学学报，2005, 27(5): 87-90.3结语如何提高各类传统技术对中药废水的处理效率，以及加大力[15]王白杨，凌晓，赵方方，等. ABR+复合好氧反应器+BAF处理中药废水[J].环境工程，2010, 28(1); 33-35.度研究应用各项新型技术工艺处理中药废水，仍是今后研究的热[16]王敏，丁明刚.高浓度中药废水处理工程设计[].水处理技术，2006,点和一项长期的任务。32(7): 79-81.[17]肖秀梅，吴星五.混凝沉淀ABR.氧化沟工艺处理中药废水[J].给水参考文献排水，2006, 32(9): 41-43.[]GB 21906 2008中药类制药工业水污染物排放标准[SI].北京:中国标准[18]台明青，赵艳芳，杨华熙，等.水解酸化+接触氧化工艺处理中药废水工程[J]、水处理技术，2007, 33(2);: 83-85.[2]韩永萍，何绪文.膜分离技术在传统重要生产中的应用[D.时针[19]袁守军，郑正，孙亚兵.水解酸化-两级接触氧化法处理中药废水[D].环境工程，2004, 22(4): 22-23国医因药，2009， 20(8);法处理高浓度中药废水的研究[].哈[20]韩宪平，恽伟，王宁.中药废水处理工艺改造及回用工程[0.中国给[3]陈志强，吕斌南，环哲，等.低压蒸馏法水排水，2010，26(12): 100-1020.尔滨建筑大学学报，199 32(6): 16-18.深度处理中究[D]. 西[21]施悦，任南琪，闫险峰，等。中药废水高效生物处理技术生产性试验[4]苏荣军，王鹏，车春波，等. 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