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生物学的除磷机制和影响因素!

致一科技2021-03-29污水处理设备
 
人为地产生超量生物除磷过程,达到可控除磷效果,是污水生物除磷的原理。利用聚磷菌的作用,建立厌氧和好氧交替的环节,从而实现生物除磷。
一、聚磷菌对磷的去除机理
聚磷细菌又叫摄磷细菌,是传统活性污泥法中的一种特殊菌种,它能在好氧条件下,将污水中的磷超量地吸入体内,使其在普通细菌体内所含的磷超过一般细菌的几倍,因此被广泛用于生物除磷。
1)厌氧条件下磷释放量
兼性细菌在无溶解氧和硝态氮的条件下,通过发酵作用,将可溶性BOD5转化为低分子挥发性有机酸VFA。聚磷细菌从原污水中吸收这些发酵产品或VFA,将其运输至细胞内,同化成胞内碳能量储存物质PHB,其所需的能力来自聚磷的水解和细胞内糖的酵解,从而释放出磷酸盐。
2)好氧条件下进行磷摄取
在有氧条件下,聚磷细菌的活力得到恢复,并以聚磷形式储存超过生长所需的磷,通过PHB的氧化代谢产生能量,用于磷的吸收和聚磷的合成,能量以聚磷高能键的形式储存,然后将磷酸盐从水中除去。
3)富磷污泥排放
富磷污泥通过剩余污泥的形式排出,从而去除了磷。就能量而言,在无氧条件下,聚磷菌释放磷以获得能量吸收废水中的溶解性有机物质,在有氧条件下降解以吸收溶解性有机物质获得能量吸收磷。
聚磷菌脱磷的关键在于厌氧区的设置,而在短时间的厌氧条件下,由于其对低分子基质的吸收以及发酵产物的快速同化贮存,聚磷菌脱磷能力具有竞争优势。
这样,能够吸收大量磷的聚磷菌可以在处理系统中获得选择性增殖,并且可以通过去除含磷较高的残渣来达到除磷的目的。有选择地增殖的另一个好处是,可以抑制丝状菌的增殖,避免产生沉淀性差的污泥,所以厌氧/好氧生物除磷过程一般不会发生污泥膨胀。
二、聚磷菌代谢的影响因素分析
在厌氧态下,生物除磷方法是通过聚磷菌将磷释放出来,在好氧条件下过量摄取。通过对富磷剩余污泥进行除磷处理,影响聚磷菌代谢的因素有:温度、pH、厌氧池DO、厌氧池硝态氮、泥龄、CP比、RBCOD含量、糖原、HRT等。
1)温度
在生物脱氮过程中,温度对脱磷的影响不如温度对生物脱磷的影响明显,在一定温度范围内,温度变化不很大时,生物脱磷均能成功。结果表明,低温条件下,生物除磷剂的除磷温度应大于10℃,因为细菌的生长速度会减缓。
2)pH值
PH6.5-8.0时,微生物聚磷量和聚磷率均保持稳定,pH值低于6.5时,聚磷率急剧下降;PH值骤降时,磷无论是在好氧区还是在厌氧区的浓度都急剧升高,且pH下降幅度越大,磷释放量就越大,说明PH下降所致的磷释放不是聚磷菌自身对PH变化的生理生化反应,而是一种纯化学“酸溶”作用,而PH下降所致的厌氧释放量越大,则PH吸收量就越小,说明pH下降所致的释放量就越小,效果就越差。酸碱度升高时,磷有轻微的吸收。
3)溶解氧
分子氧每毫克可消耗1.14mg的易生物降解COD,使多磷生物生长受阻,难以实现预期的除磷效果。厌氧条件下保持较低的溶解氧含量,有利于厌氧菌发酵产酸,从而使聚磷菌更好地释磷;此外,较少的溶解氧有利于减少易降解有机物的消耗,从而使聚磷菌合成更多的PHB。
但在好氧条件下,需要更多的溶解氧,才能使聚磷菌分解贮存的PHB类物质产生能量,从而吸收污水中溶解磷酸盐合成细胞聚磷。厌氧释放区DO控制在0.3mg/l以下,好氧释放区DO控制在2mg/l以上,才能保证好氧释放区顺利运行。
4)厌氧池硝态氮
厌氧环境中硝态氮对PAO的释放有一定的抑制作用,因此影响了在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。而硝态氮的存在,又会被气单胞菌属利用作为电子受体而产生反硝化作用,影响发酵产酸过程中以发酵中间产物为电子受体的PAO的解磷摄磷能力和PHB的合成能力。硝酸盐氮每毫克可消耗2。86mg易生物降解的COD,导致厌氧释磷的抑制,一般控制在1.5mg/l以内。
5)泥质年龄
因为生物除磷系统主要是通过排出污泥来实现除磷,污泥用量的多少决定了除磷系统的效果,而泥龄的长短直接影响剩余污泥的排放,也影响污泥对磷的摄取。泥龄越小,对磷的去除效果越好。减少污泥龄,可以增加系统剩余污泥的排放和除磷量,从而减少二沉池出水中的磷含量。但是,在生物处理中,同时除磷和脱氮的工艺,由于对硝化和反硝化细菌的生长要求较高,污泥龄往往受到较大的控制,这就导致了除磷效果不理想。以除磷为目的的一般生物处理系统,泥龄控制在3.5~7天。
6)COD/TP
废水生物除磷过程中,厌氧段有机基质的种类、含量以及微生物对养分的需求与污水中磷的比例是影响除磷效果的重要因素。在不同基质有机质中,磷的厌氧释放和好氧摄取效应不同。低分子量易降解有机化合物(如可挥发的脂肪酸等)易被聚磷菌利用,分解聚磷酸盐在其体内储存的聚磷酸盐会释放出更多的磷,诱导磷释放出来的能力更强,而高分子难降解有机化合物导致聚磷菌释磷更差。厌氧期磷的释放越充分,需氧期的磷摄取量越大;此外,聚磷菌在厌氧阶段释放磷素所产生的能量,主要被用来吸收低分子有机基质作为厌氧生存的基础。所以,进水中是否含有足够的有机质,是影响聚磷菌能否在厌氧环境中顺利生存的重要因素。通常认为,进水中的COD/TP应大于15,以保证聚磷菌有足够的基质,达到理想的除磷效果。
7)RBCOD(易降解的COD)
结果表明,以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源为磷释放基质时,磷的释放速率较大,而磷的释放速率与基质浓度无关,只与活性污泥浓度和微生物的组成有关,由这种基质引起的磷的释放可用零级反应方程表示。但若要被聚磷菌利用,就必须将这些小分子转化为可降解的碳源,聚磷菌才能利用其代谢。
8)糖原
糖原是由许多葡萄糖组成的具有分支的大分子多糖,储存为胞内糖。以上聚磷菌中的糖原是在好氧环境中形成的,在厌氧环境中储存能量以形成PHAs的合成原料NADH,并为聚磷菌的代谢提供能量。因此,对于延迟曝气或过氧化,除磷效果会很差,因为过度曝气会消耗部分聚磷菌在好氧条件下的糖原,导致厌氧条件下形成PHA的原料NADH不足。
9)HRT
城市污水生物脱氮除磷系统的总释磷和总吸磷分别需要1.5~2.5小时和2.0~3.0小时。总而言之,释磷过程似乎更重要一些,因此,我们更加关注污水在厌氧段的停留时间,厌氧段的HRT太短,无法保证磷的有效释放,而污泥中的兼性酸化菌则不能将污水中的大分子有机物充分分解为低水平的脂肪酸,从而使聚磷菌摄取,这也会影响磷的释放;而HRT太长,也不是必须的,这会增加基建投资和运营成本,同时也会产生一些副作用。总而言之,磷释放和磷吸收是相互联系的两个过程,聚磷菌只有在厌氧充分的条件下才能较好地吸收好氧,也只有在厌氧充分的条件下,聚磷菌才能较好地释放磷素,从而形成良性循环。在实际操作中,我厂摸索得出的数据是:1小时厌氧段HRT值为15~1小时45分,而2小时~3小时10分的好氧段HRT值则更适合。
10)回流率(R)
对于A/O工艺来说,确保磷的释放是一个非常重要的环节,它是使系统污泥在曝气池中携带足够的溶解氧进入二沉池,目的是防止污泥在二沉池中因厌氧而释放磷,但是如果A/O系统不能迅速排出污泥,造成二沉池内泥层过厚,再高的DO也无法保证污泥不厌氧释磷,因此A/O系统的回流比不宜过低,应保持足够的回流比,尽快排出二沉池。
文章关键词
生物学的除磷