Question

利用好氧和厌氧组合来进行生物脱氮和除磷的原理 利用好氧和厌氧组合来进行生物脱

Answer 1

（一）生物脱氮机理概述
污水生物脱氮的基本原理是在好氧条件下通过硝化反应先将氨氮氧化为硝酸盐，再通过缺氧条件下（溶解氧不存在或浓度很低）的反硝化反应将硝酸盐异化还原成气态氮从水中除去。因此所有的生物脱氮工艺都包含缺氧段（池）和好氧段（池）。
生物脱氮的反应过程是：
1、氨化与硝化
在未经处理的新鲜废水中，含氮化合物存在的主要形式有：
①有机氮：如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等；
②氨态氮（NH3、NH4+），一般以前者为主。
含氮化合物在微生物作用下，相继产生下列反应：
（1）氨化反应
有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，这一过程称之为“氨化反应”。
（2）硝化反应
在硝化菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，就此分两个阶段进行，首先在硝化菌的作用下，使氨（NH4）转化为亚硝酸氨，反应式为
NH4++3/2O2 NO2-+H2O——2H+-ΔF （ΔF=278.42KJ）
继之，亚硝酸氨在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氨，其反应式为：
NO2-+1/2O2 NO3--ΔF （ΔF=72.27KJ）
硝化反应的总反应式为：
NH4++2O2 NO3-+H2O+2H+-ΔF （ΔF=351KJ）
2、反硝化反应
反硝化反应是指硝酸氮（NO3-N）和亚硝酸氮（NO2-N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。
反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌的细菌。在厌氧菌（缺氧）条件下，以硝酸氮（NO3-N）为电子受体，以有机物（有机碳）为电子供体。在反硝化过程中，硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动，可能有两种转化途径，一种途径是同化反硝化（合成），最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分，另一种途径是异化反硝化（分解），最终产物是气态氮。
（二）生物除磷机理概述
在常规二级生物处理系统中, 磷作为活性污泥微生物正常生长所需求的元素也成为生物污泥的组分, 从而引起磷的去除, 活性污泥含磷量一般为干重的1.5%—2.3%, 通过剩余污泥的排放仅能获得10%-30%的除磷效果。
在污水生物除磷工艺中, 通过厌氧段和好氧段的交替操作, 利用活性污泥的超量磷吸收现象, 使细胞含磷量相当高的细菌群体能在处理系统的基质竞争中取得优势, 剩余污泥的含磷量可达到3%-7%, 进入剩余污泥的总磷量增大, 处理出水的磷浓度明显降低。
生物除磷的反应过程如下：
1、厌氧区
发酵作用：在没有溶解氧和硝态氧存在的厌氧状态下，兼性细菌将溶解性BOD转化为VFAS（低分子发酵产物）；
生物贮磷菌（或称除磷菌）获得VFA：这些细菌吸收厌氧区产生的或来自原污水的VFA，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳能源存贮物（PHB/PHV），所需的能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。
2、好氧区
磷的吸收：细菌以聚磷的形式存贮超出生长需求的磷量，通过PHB/PHV的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式捕积存贮，磷酸盐从液相去除；
全成新的贮磷菌细胞，产生富磷污泥，在某些条件下，贮磷菌合成和存贮细胞内糖。
3、除磷系统
剩余污泥排放：通过剩余污泥排放，将磷从系统中除去。
好氧吸收磷的前提条件是混合液必须经过磷的厌氧释放，在有效释放过程中，磷的厌氧释放可使微生物的好氧吸磷能力大大提高。好氧吸磷速度的不同是由厌氧放磷速度不同引起的。厌氧段放磷速度大，磷释放量大，合成的PHB就多，那么在好氧段时由于分解PHB而合成的聚酸盐速度就较大，所以表现出来的好氧吸磷速度也就大；磷吸收对磷释放也有影响，磷吸收完成得越彻底、聚磷量越大，相应厌氧状态下磷的有效释放也越有保证。
磷的有效释放与Sbs（溶解性可快速生物降解COD）直接相关，Sbs量大小对磷的去除有决定性的影响。A、B、C类分别表示低分子有机酸、中长链脂肪酸和其余类可生物降解的高分子酸类。城市污水的Sbs由SA、SB和SC的磷释放与SA相近，可算作SA。SA可近似地用污水中的低分子量有机酸表示，SB则由Sbs减支SA求得。
SB需酸化成SA才能诱发磷的释放，因此酸化过程是总过程的速率限制步骤，混合液中磷的厌氧释放速度可表达成：
DP/dt = KPKPAX+(KmSn/KSB+SB)K’PX
如果所选定的停留时间内都是有效释放的话，则好氧条件下的磷吸收能力为： Pn=KuΔP
式中 Pu——吸磷能力，mgP/L进水；
Ku——单位有效释磷产生的吸磷能力，mgP/mgP；
ΔP——厌氧释灰磷量mgP/L进水。
考虑到厌氧区中存在无效释放，因此ΔP取值应适当降低，此时乘安全系数Sfp=0.8~1.0。