双污泥系统脱氮除磷的研究 近年来，由于生活污水和工业废水中氮磷的排放，水体富营养化现象依然呈现出不断加剧的趋势，因而如何控制水中氮磷的含量仍然是当前水环境研究的重点. 现行的污水处理厂大都采用传统的生物脱氮除磷处理工艺，基本原理都是厌氧-好氧-缺氧工艺，或者其改进后的工艺，如UCT、 MUCT、 VIP及JHB工艺等[1]. 碳源充足的条件下，这些工艺都可以达到很好的脱氮除磷效果. 然而我国大多数地区城市污水中碳源比较缺乏[2, 3, 4, 5]，尤其是氨氮含量比较高[6]时，这一现象更为明显. 因而污水厂需要另外添加碳源来实现氮磷的更好去除，如甲醇、乙酸钠等[7, 8]，但这进一步提高了污水厂的运行费用. 最近有研究者提出把剩余污泥厌氧发酵液作为外加碳源用于补充污水中碳源的不足[9, 10, 11, 12, 13, 14]. 虽然污泥厌氧发酵液可以改善污水中碳源情况，但是目前只限于实验室实验研究阶段，大规模应用仍然存在很大难度，同时污泥中可能含有的有毒有害物质会破坏污水处理的微生物系统，实际应用之前应慎重考虑. 因而如何通过工艺改进提高碳源的有效利用率，从而实现氮磷的高效去除仍然是处理低浓度碳源废水的重中之重. Kuba等[15]在1996年提出的双污泥脱氮除磷系统，近年来有不少学者进行了研究[2, 3, 16, 17, 18]. 和传统的好氧脱氮除磷系统相比，该工艺可以节约50%的COD，并且氧气的消耗和污泥的产量也有一定程度的减少; 但是该工艺存在一定的缺陷，即出水中会残留部分氨氮而无法达到排放标准. 因此，本研究在双污泥系统的基础上，进一步改良该工艺，使反应器中残留的氨氮发生硝化反应，并且生成的硝酸盐或者亚硝酸盐可进一步作为电子受体进行反硝化除磷，从而提高系统的脱氮除磷效率. 通过与传统的多级厌氧-好氧-缺氧系统(多级SBR)进行对比，探究改良后的工艺对氮磷去除效率，最大程度地提高碳源的利用效率，以期为低碳源废水的处理提供一定的理论依据. 1 材料与方法 1.1 实验装置及运行方法 整个实验分为实验组和对照组，具体的工艺运行流程见图 1. 实验组由主流SBR和侧流SBR两个反应器组成，对照组由单个反应器组成，图 1中的多个反应器只是一个反应器不同的运行阶段. 反应器由有机玻璃制成，有效容积为4 L，每次进水、排水均为3 L. 反应器底部安装曝气盘进行微孔曝气,由曝气泵及气体流量计控制曝气量. 每个反应器配有强力搅拌器，保证泥水的均匀混合. 每天运行3个周期,并采用微电脑时控开关自动控制曝气和搅拌. 实验组为改良型双污泥系统，两个反应器的污泥是各自独立的，不存在污泥之间的回流交换，只是在上清液之间存在回流交换. 改良之处是在原来的缺氧段之间增加了两段微曝气阶段(如图 1红色框内所示)，控制曝气量0.50 L ·min-1，侧流SBR控制曝气量1.5 L ·min-1; 对照组采用控制曝气量1.5 L ·min-1. 搅拌速度控制在250 r ·min-1，污泥停留时间(SRT)控制在15 d,整个过程中不控制pH值.
污水处理工艺中如何进行脱氮除磷？ 氮、磷的主要危害：一是受纳水体富营养化；二是影响水源水质，增加给水处理成本；三是对人和生物有一定的毒害。 生物脱氮分为三步： 1、氨化作用，即水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化成氨氮。在普通活性污泥法中，氨化作用进行得很快，无需采取特殊的措施。 2、硝化作用，即在供氧充足的条件下，水中的氨氮首先在亚硝酸钠的作用下被氧化成亚硝酸盐，然再在硝酸菌的作用下进一步氧化成硝酸盐。为防止生长缓慢的亚硝酸细菌和硝酸细菌从活性污泥系统中流失, 要求很长的污泥龄。 3、反硝化作用, 即硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气。这一步速率也比较快, 但由于反硝化细菌是兼性厌氧菌, 只有在缺氧或厌氧条件下才能进行反硝化, 因此需要为其创造一个缺氧或厌氧的环境( 好氧池的混合液回流到缺氧池) 。 生物除磷原理 所谓生物除磷, 是利用聚磷菌一类的微生物, 在厌氧条件下释放磷。而在好氧条件下, 能够过量地从外部环境摄取磷, 在数量上超过其生理需要, 并将磷以聚合的形态储藏在菌体内, 形成高磷污泥排出系统, 达到从污水中除磷的效果。 可分为三个阶段，,即细菌的压抑放磷、过渡积累和奢量吸收。 首先将活性污泥处于短时间的厌氧状态时,储磷菌把储存的聚磷酸盐进行分解,提供能量,并 大量吸收污水中的BOD、释放磷( 聚磷酸盐水解为正磷酸盐) ,使污水中BOD 下降,磷含量升高。然后在好氧阶段,微生物利用被氧化分解所获得的能量,大量吸收在厌氧阶段释放的磷和原污水中的磷,完成磷的过渡积累和最后的奢量吸收,在细胞体内合成聚磷酸盐而储存起来,从而达到去除BOD 和磷的目的。 脱氮除磷工艺 1、传统A2/O 法即厌氧→缺氧→好氧活性污泥法。污水在流经三个不同功能分区的过程中,在不同微生物菌群作用下,使污水中的有机物、氮和磷得到去除。原污水的碳源物质(BOD)首先进入厌氧池聚磷菌优先利用污水中易生物降解有机物成为优势菌种,为除磷创造了条件,然后污水进入缺氧池,反硝化菌利用其它可利用的碳源将回流到缺氧池的硝态氮还原成氮气排入到大气中, 达到脱氮的目的。 2、氧化沟工艺是一种污水处理工艺形式，因其构造简单、易于维护管理，很快得到广泛应用。主要有Passveer单沟型、Orbal同心圆型、Carrousel循环折流型、D型双沟式和Ｔ型三沟式等。传统Passveer单沟型和Carrousel型氧化沟不具备脱氮除磷功能，但是在Carrousel氧化沟前增设厌氧池，在沟体内通过曝气装置的合理设置形成缺氧区和好氧区，形成改良型氧化沟，便具备生物脱氮除磷功能。 3、SBR 法是间歇式活性污泥法，降解有机物，属循环式活性污泥法范围，主要是好氧活性污泥，回流到反应池前部的污泥吸附区，回流污泥中硝酸盐得以反硝化在充分条件下可大量吸附进水中的有机物达到脱氮除磷的效果。 随着对脱氮除磷机理的深入探究，新工艺的不断出现及其可行性, 为水处理工艺提供了新的理论和思路。但社会的可持续发展给污水脱氮除磷处理提出了越来越高的要求，污水处理已不仅限于满足排放标准,更要考虑污水的资源化和能源化的问题,必须朝着最小的COD 氧化、最低的氮磷排放量、最少的剩余污泥排放等可持续污水处理工艺的方向发展。而生物学及其技术的发展,能使生物脱氮除磷工艺得到更大的发展。
生物脱氮除磷原理及工艺 1 引言 氮和磷是生物的重要营养源，随着化肥、洗涤剂和农药普遍使用，天然水体中氮、磷含量急剧增加，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖，水体缺氧并产生毒素，使水质恶化，对水生生物和人体健康产生很大的危害。然而, 我国现有的城市污水处理厂主要集中于有机物的去除,污（废）水一级处理只是除去水中的沙砾及悬浮固体；在好氧生物处理中，生活污水经生物 降解，大部分的可溶性含碳有机物被去除。同时产生N NH -3、N NO --3和- 34PO 和-24 SO ，其中25%的氮和19%左右的磷被微生物吸收合成细胞，通过排泥得到去除；二级生物处理则是去除水中的可溶性有机物，能有效地降低污水中的5BOD 和SS , 但对N 、P 等营养物只能去除10%～ 20% , 其结果远不能达到二级排放标准。因此研究开发经济、高效的, 适于现有污水处理厂改造的脱氮除磷工艺显得尤为重要。 2 生物脱氮除磷机理 2.1 生物脱氮机理 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，将3NH 转化为N NO --2和N NO --3。在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转 化为氮气，即，将N NO -- 2（经反亚硝化）和N NO --3（经反硝化）还原为氮气，溢出水面释放到大气，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[1]。 ○ 1硝化——短程硝化：O H HNO O NH 22235.1+→+ 硝化——全程硝化（亚硝化+硝化）：O H HNO O NH 22235.1+???→?+亚硝酸菌 3225.0HNO HNO O ??→?+硝酸菌 ○ 2反硝化——反硝化脱氮：O H H CO N OH CH CH HNO 2222333][222+++→+ 反硝化——厌氧氨氧化脱氮：O H N HNO NH 22232+→+ ][35.122233H O H N HNO NH ++→+
A2N反硝化除磷： A2N(Anaerobic /Anoxic /Nitrification) 连续流反硝化除磷脱氮工艺是基于特殊的反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate Removal Bacteria, 简称DPB) 缺氧吸磷的理论而开发的新工艺, 是采用生物膜法和活性污泥法相结合的双污泥系统。与传统的生物除磷脱氮工艺相比较, A2N 工艺具有“一碳两用”、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的优点 1．基本原理： 厌氧区：DPB吸收VFA转化为PHA(PHB PHV影响)作为缺氧段反硝化吸磷的电子供体, 并将体内聚磷酸分解为磷酸盐。 挥发酸是通过主动运输进入细胞,且糖原经过ED？EMP途径提 供还原力,多聚磷酸盐水解提供ATP和释放磷酸盐于体外,最终产生PHA。
主要影响因素：硝酸盐影响？（硝酸盐存在，会使普通反硝化细菌优先使用COD作电子供体进行反硝化，影响DPB合成PHA）HRT长：充分吸收COD合成PHA，为缺氧段反硝化除磷提供电子供体；HRT 过长造成无效释磷（无有机物吸附也无PHA合成），造成总的吸磷效率下降。大部分COD进入硝化段被微生物好氧降解, 硝化段由于好氧异养菌的过量繁殖, 影响了硝化效果。硝化段去除的大量COD既不利于系统的脱氮, 也不利于除磷。尽量缩短HRT，提高处理效率。 丙酸为碳源时，PAO将吸收丙酸转化为聚3 - 羟基戊酸盐( PHV)和聚3 - 羟基- 2 - 甲基戊酸盐( PH2MV)。乙酸为碳源时,PAO 将吸收乙酸转化为PHB.(影响)
生物膜硝化段：（自养硝化细菌：厌氧段COD/N比不宜过高）氨氮的氧化，为缺氧吸磷提供电子受体。 主要影响因素：生物膜段存在微缺氧环境（DO:4 mg/L过高影响反硝化，脱氮效果降低；过低影响硝化，出水氨氮增加，甚至影响反硝化除磷），形成同步硝化反硝化，有利于脱氮，保持较长HRT，脱氮效率提高？（缺氧段反硝化除磷需要硝酸盐氮作电子受体） 缺氧区：厌氧合成的PHA 被降解并合成糖原,同时过量摄取污水中的磷合成聚磷酸盐。PHA作为电子供体，NO3-作为电子受体，过量吸磷。主要影响因素：电子供体（厌氧段吸收PHA）,电子受体（硝酸盐氮与亚硝酸盐氮作为电子受体？反硝化速率与硝酸盐氮的浓度无关），随HRT的延长而降低？ 后曝气：DPB 污泥不经好氧段直接回流到厌氧段后污泥解体（DO:1.5 ～2.0 mg/L过高：污泥解体）对反硝化气体的吹脱，有益于污泥浓缩；对剩余P的好氧吸收。 缺点：多设了二沉池；中间沉淀池流量分配比较大时系统脱氮效果
聚磷菌的培养 背景：污水中的磷和氮含量过高是造成水体富营养化的主要因素。而其中的磷不像氮那样可以结合氧转化为气体，含磷的气态物质（PH3）又不易转化，所以污水除磷一直都用生物除磷法。即用细菌等微生物来摄取水中的磷，达到除磷的效果。而为了提高微生物除磷的效率、便于和其他材料协同使用，筛选、培养除磷细菌也是必不可少的工作。 培养菌种\菌落：聚磷菌（PAOs） 菌落来源：废水除磷工艺中的活性污泥 菌落组成：主要由β—2亚群紫色细菌、不动杆菌、红环菌属和绿单胞菌属组成；其中不动杆菌为主导细菌，除磷作用突出 聚磷菌除磷机理： ①好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用 于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP 而储存起来。细菌以聚磷的形式在细胞中储存磷，其量可以超过生长所 需，这一过程称为聚磷菌磷的摄取。处理过程中，通过从系统中排除高 磷污泥以达到除磷的目的。 ②在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成 ADP。这一过程称为聚磷菌磷的释放。 聚磷菌除磷则就是通过以上两种过程完成的。 培养过程： 1、材料准备 1.1取样： 从实验室运行稳定的厌氧\缺氧SBR反应器中，取富含反硝化聚磷菌的 活性污泥做为实验样品。 1.2培养基配方： ( 1 ) 牛肉膏蛋白胨培养基（L1-）：蛋白胨10 g；牛肉膏3 g；NaCl 5 g；琼 脂20 g ；p H 7.2 ，用于反硝化聚磷菌的分离、纯化 ( 2) 缺磷培养基（L1-）：CH3COONa 2g ；Na2HPO4·2H2O 23 mg； CaCL2·2H2O 11 mg；NH4C1 152.8mg；MgSO4·7H2O 81.12 mg； K2SO4 17.83 mg；HEPES缓冲液7 g；微量元素)1( 2 mL；p H 7.2
反硝化聚磷菌同步解决脱氮除磷两大问题 01 反硝化除磷机理 反硝化除磷就是在厌氧 /缺氧环境交替运行的条件下，易富集一类兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物，该聚磷菌能利用 NO3-作为电子受体，通过它们的代谢作用同时完成过量吸磷和反硝化过程。最大限度地减少碳源需求量，实现了能源和资源的双重节约。反硝化除磷能节省 COD 约 50%，节省氧约 30%，剩余污泥量减少 50%左右。 大量实验室和生产性规模的生物除磷脱氮研究也表明，当微生物依次经过厌氧、缺氧和好氧 3个阶段后，约占 50%的聚磷菌既能利用氧气又能利用NO3-作为电子受体来聚磷，即反硝化聚磷菌（DPB的除磷效果相当于总聚磷菌的 50%左右）。这些发现一方面说明了硝酸盐亦可作为某些微生物氧化PHB 的电子受体，另一方面也证实了在污水的生物除磷系统中的确存在着 DPB 属微生物，而且通过驯化可得到富集 DPB 的活性污泥。 02 反硝化除磷工艺 该技术对城市污水特别是 C/N 比较低的污水有很好的处理效果。目前满足 DPB 所需环境和基质的工艺有单双两级。在单级工艺中，DPB 细菌、硝化细菌及非聚磷异养菌同时存在于悬浮增长的混合液中，顺序经历厌氧／缺氧／好氧 3种环境，最具代表性的是 BCFS 工艺。在双级工艺中，硝化细菌独立于DPB 而单独存在于某一反应器中，Dephanox 工艺和A2N 工艺是最具代表性的双级工艺。
1、BCFS 工艺 BCFS 工艺是在 UCT 工艺及原理的基础上开发的。 其工艺流程如图 1。改进在于增加了 2个反应池，接触池与混合池；增加了 2个混合液循环 Q1和Q3 。 接触池的功能为：回流污泥和来自厌氧池的混合液在池中充分混合，吸附剩余 COD；有效防止污泥膨胀。 混和池的功能为：最大程度地保证污泥再生而不影响反硝化或除磷；容易控制 SVI；最大程度地利用 DPB 以获得最少的污泥产量。 混合液循环Q1 的功能是为了增加硝化或同时反硝化的机会，从而获得良好的出水氮浓度。Q3则是起辅助回流污泥向缺氧池补充硝酸盐氮的作用。 BCFS 将生物、化学除磷工艺合并，是在线磷分离与离线磷沉淀的生物与化学除磷结合方式，充分利用反硝化聚磷菌的反硝化除磷和脱氮双重作用，来实现磷的完全去除和氮的最佳去除过程。由于充分利用BCFS 工艺中的污泥龄易满足硝化细菌增长所需的生长条件，污泥产
第一作者:李勇智,男,1971年出生,博士研究生,主要研究方向为环境生物技术和水污染控制工程。*国家自然科学基金重点资助项目(50138010) 硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响* 李勇智1 彭永臻1,2 张艳萍2 游伟民 2 (1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 哈尔滨150001;2.北京工业大学环境与能源工程学院, 北京100022)摘要 采用SBR 反应器,详细研究了硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化除磷过程的影响。结果表明,缺氧环境下的反硝化吸 磷速率与作为电子受体的硝酸盐浓度有很大的关系,硝酸盐浓度越高,吸磷速率越快。当硝酸盐浓度较低,不足以氧化反硝化聚磷菌细胞内的PHB 从而导致体系反硝化除磷效率的下降。相同浓度的硝酸盐,采用流加的方式可以获得比一次性投加更高的反硝化吸磷速率。缺氧环境下,反硝化脱氮量与磷的吸收量成良好的线性关系,借助于反硝化聚磷菌,反硝化脱氮与除磷可在一种环境中完成,有效解决了废水中C OD 不足的问题,同时达到了节省能源和降低污泥产量的目的。 关键词 反硝化除磷 缺氧吸磷 生物除磷 反硝化聚磷菌 硝酸盐 Eff ect of nitrate on denitrif ying dephosphatation L i Y ongz hi ,et al .College of M unicip al and E nv ir onmental Engi -neer ing ,H arbin I nstitute of T echnology ,H arbin 150001 Abstract :T he effect of nit rate o n denitr ify ing depho sphatat ion w as investig ated by using a la bo rat or y -scale Se-quencing Batch Reactor (SBR).T he results show ed t hat t he r ate of taking up phosphate in ano x ic co ndit ion wa s r e-lat ed to t he concentrat ion of nitr ate.T he hig her concentr ation of nitra te w as,the higher r ate of taking up phosphate w as obtained.W hen the co ncentr atio n o f nitr ate w as lim it facto r in r eact or ,the PHB st or ed in the cell of denitr ify -ing pho spho rus r emov al bacteria co uld not be o xidized fully ,which led t he decr ease o f efficiency of pho sphate r e-mov al.T he co nt inuo us and steady a ddition o f nit rate could obtain the hig her r ate o f t aking up pho sphate than the ni-tr ate w as added o nce.T her e w as a linea r r elatio nship betw een the nitr og en remo val and pho sphate taken up under anox ic co ndit ion .Based o n the activ ity o f denitrifying phospho rus r emo val bacteria ,the anox ic pho sphate remo val occurs simulta neo usly w ith denitr ifica tio n under same co nditio n so that the o rg anic subst rat e and ener gy co uld be saved and the aim of r educing sludg e pr o ductio n co uld be o btained . Keywords :D enitrifying depho sphatat ion A nox ic pho sphor us upt ake Bio lo gical pho sphor us r emov al D eni-tr ifying phosphat e remo val bact eria Nitr ate 废水中的磷和氮可以通过微生物的方法而被去除。然而,传统理论认为缺氧区对废水的强化生物除磷没有任何贡献,磷浓度在缺氧区基本稳定,同时硝酸盐被认为是对生物除磷过程带来不利影响的物质[1]。最近的研究表明,至少存在一部分聚磷菌可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体进行吸磷,这一类微生物称为反硝化聚磷菌。反硝化聚磷菌被证实具有和好氧聚磷菌极为相似的代谢特征[2～6]。Kuba 等[5,6]从动力学性质上对这两类聚磷菌进行了比较,认为以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌有着和好氧聚磷菌同样高的强化生物除磷性能。因为反硝化聚磷菌可以在缺氧环境摄磷,这就使得摄磷和反硝化脱氮这两个生物过程借助同一类微生物在同一种环境下一并完成。摄磷和脱氮过程的结合不仅节省了脱氮对碳源的需要,而且摄磷在缺氧内完成可节省曝气所需要的能源。由此带来的另外一个好处就是,产生的剩余污泥量大为降低[7]。 在传统好氧生物除磷过程中,聚磷菌以氧为电子受体,氧是以曝气的方式连续地加入到反应体系当中。在缺氧条件下,反硝化聚磷菌以硝酸盐作为电子受体,硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化除磷和脱氮过程构成的影响必然与好氧 条件下不同,国内外的研究中对这种影响并没有详细的报道。本文正是针对这一问题做了细致的研究。 1 实验材料与方法1.1 试验设备与试验用水 试验采用SBR 反应器,高70cm ,直径20cm ,用有机玻璃制成,底部泥斗为圆台形,总有效容积为15L 。在反应器壁的垂直方向每隔10cm 设置一个取样口(兼有排水作用),反应器底部设有排泥放空管,以粘砂块作为微孔曝气头,采用鼓风曝气方式。反应器设有搅拌器,作用是在厌氧和缺氧阶段通过搅拌使活性污泥处于悬浮状态。试验采用人工合成模拟废水(见表1),进水COD 和磷浓度通过不同的乙酸钠和K 2HP O 4的投加量进行控制。缺氧段根据需要加入不同浓度的硝酸钾溶液作为反应所需的电子受体。 1.2 污泥的培养与驯化 试验所用污泥取自采用传统活性污泥法污水处理厂的曝气池。根据聚磷菌可以分为两类的理论,以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌是聚磷菌中的一部分,所以对反硝化聚磷 ? 323?李勇智等 硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响
反硝化除磷技术概述 土建学院 季斌 摘 要：反硝化除磷技术是废水生物除磷的一个新方式，能够解决废水处理工艺运行中碳源不足、污泥产量大和好氧阶段曝气能耗大等问题，因而受到环境保护领域的关注。文章对反硝化除磷的机理、影响因素、现有工艺及研究现状做出综述。 关键词：废水处理；反硝化除磷；DPBs ；缺氧吸磷 Abstract ：As a new way to achieve waste water biological phosphorus removal, denitrifying phosphorus removal technology can resolve problems such as organic deficiency, large production of sludge and big energy consumption. It gets much attention from environmental protection domain. The mechanisms, effect factors, processes and research status of denitrifying phosphorus removal were reviewed and discussed in the paper. Key words ：wastewater treatment ；denitrifying dephosphatation ；DPBs ；anoxic phosphorus uptake 污水脱氮除磷技术因能有效控制水体富营养化，因而是现阶段污水生物处理技术研究的热点问题。传统的生物脱氮除磷是利用硝化菌和反硝化菌脱氮、聚磷菌PAOs(Phosphorus accumulating organism)除磷达到去除目的。由于释磷和反硝化菌反硝化都需要碳源，两种菌争夺进水中的碳源，当可用碳源量不足时，磷的去除效率将受到影响。1993年荷兰Delft 大学Kuba 等发现集反硝化与除磷于一身的一类兼性厌氧微生物——反硝化聚磷菌DPBs(Denitrifying phosphorus removal bacteria), 它能利用2O 或X - NO 作为电子受体在缺氧 环境下达到去除磷的作用。反硝化除磷有着广泛的应用前景，文章接着介绍了反硝化除磷的影响因素和相关常见的工艺。 1. 反硝化除磷的机理 如下图，厌氧条件下，乙酸分子扩散进入DPBs 的细胞后，与ATP 水解反应耦合，活化成CH 3CH 2～C O A ，其中所需能量由多聚磷酸盐（Poly-P n ）的水解提供；部分乙酰辅酶A 经TCA 循环代谢提供合成PHB(聚β-羟基丁酸盐，一种常见细菌内含物)所需的还原力，其余的乙酰辅酶A(约90%)被转化为PHB, 作为储备的营养物质。 缺氧条件下，DPBs 为了生长,利用储存的PHB 作为碳源和能源,通过氧化磷酸化产生ATP ， X -NO 作为电子受体被还原成2N ；由于A TP/ADP 增大，而外界污水中磷酸盐丰富， 多聚磷酸盐的合成受到促进,因而能够“过量吸磷”,在细胞内重新储存多聚磷酸盐。后经过剩余污泥的排放而达到最终的除磷的目的，当然剩余污泥需进一步的处理。 图1 反硝化除磷机理示意图
污水处理生物脱氮除磷基本原理 国外从六十年代开始系统地进行了脱氮除磷的物理处理方法研究，结果认为物理法的缺点是耗药量大、污泥多、运行费用高等。因此，城市污水处理厂一般不推荐采用。从七十年代以来，国外开始研究并逐步采用活性污泥法生物脱氮除磷。我国从八十年代开始研究生物脱氮除磷技术，在八十年代后期逐步 实现工业化流程。目前，常用的生物脱氮除磷工艺有A2/O法、SBR法、氧化沟法等。 ?生物脱氮原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有机物转化成氨氮，而后在好氧条件下，由硝化菌左右变成硝酸盐氮，这阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。在硝化和反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及碳源，生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄。反硝化菌的生长主要是在缺氧条件下进行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。 由此可见，生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件： 硝化阶段：足够的的溶解氧，DO值在2mg/L以上，合适的温度，最好在20℃，不能低于10℃，，足够长的污泥泥龄，合适的PH条件。 反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件DO值在0.2mg/L左右，充足碳源（能源），合适的PH条件。 生物脱氮过程如图5—1所示。 反硝化细菌 +有机物（氨化作用）（硝化作用）（反硝化作用）
?生物除磷原理 磷常以磷酸盐（H 2PO 4 -、HPO 4 2-和H 2 PO 4 3-)、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除 磷就是利用聚磷菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。 生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报道称，当泥龄为30d时，除磷率为40%，泥龄为17d时，除磷率为50%，而当泥龄降至5d时，除磷率达到87%。 大量的试验观测资料已经完全证实，再说横无除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸盐的活性污泥，在好氧状态下有很强的吸磷能力，也就是说，磷的厌氧释放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷，磷的厌氧释放可以分为两部分：有效释放和无效释放，有效释放是指磷被释放的同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内储存，即磷的释放是有机物吸收转化这一耗能过程的偶联过程。无效释放则不伴随有机物的吸收和储存，内源损耗，PH变化，毒物作用引起的磷的释放均属无效释放。 在除磷系统的厌氧区中，含聚磷菌的会留污泥与污水混合后，在初始阶段出现磷的有效释放，随着时间的延长，污水中的易降解有机物被耗完以后，虽然吸收和储存有机物的过程基本上已经停止，但微生物为了维持基础生命活动，仍将不断分解聚磷，并把分解产物（磷）释放出来，虽然此时释磷总量不断提高，但单位释磷量所产生吸磷能力随无效释放量的加大而降低。一般来说，污水污泥混合液经过2小时厌氧后，磷的释放已经甚微，在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性，磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厌氧释放1mgP，在好氧条件下可吸收2.0~2.24mgP，厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放1mgP，所产生的好氧吸磷能力降至1mgP以下，甚至达到0.5mgP。因此，生物除磷并非厌氧时间越长越好，同时在运行管理中要尽量避免PH的冲击，否则除磷能
生物强化除磷中的聚磷菌利用比较普遍，目前也是生物除磷的主要研究方向，本文详细介绍聚磷菌的除磷原理及影响因素！ 一、除磷原理 聚磷菌也叫做摄磷菌、除磷菌，是传统活性污泥工艺中一类特殊的细菌，在好氧状态下能超量地将污水中的磷吸入体内，使体内的含磷量超过一般细菌体内的含磷量的数倍，这类细菌被广泛地用于生物除磷。 在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。而好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚b-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。 二、影响因素 生物除磷的影响因素包括：温度、pH值、厌氧池DO、厌氧池硝态氮、泥龄、RBCOD含量、糖原。 （1）温度 温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响那么明显，在一定温度范围内，温度变化不是十分大时，生物除磷都能成功运行。试验表明，生物除磷的温度宜大于10℃，因为聚磷菌在低温时生长速度会减慢。 （2）PH值 在pH在6.5一8.0时，聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持稳定，当pH值低于6.5时，吸磷率急剧下降。当pH值突然降低，无论在好氧区还是厌氧区磷的浓度都急剧上升，pH降低的幅度越大释放量越大，这说明pH降低引起的磷释放不是聚磷菌本身对pH变化的生理生化反应，而是一种纯化学的“酸溶”效应，而且pH下降引起的厌氧释放量越大，则好氧吸磷能力越低，这说明pH下降引起的释放是破坏性的，无效的。pH升高时则出现磷的轻微吸收。
反硝化细菌和反硝化聚磷菌在污水处理中的运用 摘要：微生物法在污水处理过程中起到十分重要的作用。其中反硝化细菌与反硝化聚磷菌在污水处理中运用更为广泛，本文就对这两种细菌的研究情况作一些简单概述。 关键词：反硝化细菌；反硝化聚磷菌；自养反硝化；好氧反硝化 随着人类生活水平的不断提高和工业生产的快速发展，带来越来越严重的水质污染问题。寻求新的高效污水处理办法也是现在的一大研究方向，微生物处理法在污水处理中有着广泛的运用。本文着重介绍两种细菌：反硝化细菌和反硝化聚磷菌在污水处理中的一些运用。 一．反硝化细菌 反硝化细菌(Denitrifying bacteria) 是一类兼性厌氧微生物,当处于缺氧环境时,反硝化细菌可用硝酸盐、氮化物等作为末端电子受体。有些反硝化细菌能还原硝酸盐和亚硝酸盐,有些反硝化细菌只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐。 反硝化细菌与污水除氮原理：污水中的含氮有机物经过异养菌的氨化作用转变为氨氮,再经过硝化细菌的硝化作用将氨氮转变为亚硝酸盐和硝酸盐态氮,最后经过反硝化细菌的反硝化作用将亚硝酸盐和硝酸盐还原为NO、N 2 O ,并最终变 为N 2 ,从而将含氮物质从污水处理系统中排出。当环境中有分子态氧存在时,反硝化细菌氧化分解有机物,利用分子态氧作为最终电子受体。在无分子态氧存在下,反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体,有机物则作为碳源及电子供体提供能量。在污水处理中,当溶解氧(DO) 小于或等于0.15mgPL 情况下,反硝化细菌利用污水中的有机碳源(污水中的BOD) 作为氢供体,以硝酸态盐作为电子 受体,将硝酸盐还原为NO、N 2O 或N 2 ,这既可消除污水中的氮,又可恢复环境的pH 稳定性,对污水处理系统的正常运行起重要作用。在污水处理中反硝化细菌种类很多。 影响污水脱氮过程中反硝化反应的因素： 1.有机碳源：一般认为,当污水中的BOD 5 PT2N 值> 3～5 时,即可认为碳源是充足的,此时不需要补充外加碳源。甲醇作为碳源时反硝化速率高,被分解后的产物为 CO 2和 H 2 O ,但处理费用较高。污水处理系统中碳源的种类不同可导致反硝化细 菌的类群及反硝化活性不同。
生物脱氮除磷工艺 第一节 概述 一、营养元素的危害 氮素物质对水体环境和人类都具有很大的危害，主要表现在以下几个方面： 氨氮会消耗水体中的溶解氧； 氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量； 含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：① 氨氮对鱼类有毒害作用；② NO 3- 和NO 2-可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质；③ 水中NO 3-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症——“Bluebaby ”； 加速水体的“富营养化”过程；所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化，其主要因子是N 和P （尤其是P ）；解决的办法主要就是要严格控制污染源，降低排入水环境的废水中的N 、P 含量；对于城市废水来说，利用传统的活性污泥法进行处理，对N 的去除率一般只有40%左右，对磷的去除率一般只有20~30%。 二、脱氮的物化法 1、氨氮的吹脱法： -++?+OH NH O H NH 423 2 O H H Cl NH HOCl NH 224++→+++ +-+++→+H O H Cl N HOCl Cl NH 332222 每mgNH 4+--N 被氧化为氮气，至少需要7.5mg 3、选择性离子交换法去除氨氮： 采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。 出水 折点加氯法脱氯工艺流程
三、除磷的物化法（混凝沉淀法） 1、铝盐除磷 4343AlPO PO Al →+++ 一般用Al 2(SO 4)3，聚氯化铝（PAC ）和铝酸钠（NaAlO 2） 2、铁盐除磷：FePO 4 Fe(OH)3 一般用FeCl 2、FeSO 4 或 FeCl 3 Fe 2(SO 4)3 3、石灰混凝除磷 O H PO OH Ca HPO OH Ca 23452423))((345+→++--+ 向含磷的废水中投加石灰，由于形成OH -，污水的pH 值上升，磷与Ca 2+反应，生成羟磷灰石。 第二节 生物脱氮工艺与技术 一、活性污泥法脱氮传统工艺 1、Barth 提出的三级活性污泥法流程： 第一级曝气池的功能：① 碳化——去除BOD 5、COD ；② 氨化——使有机氮转化为氨氮； 第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH 值； 第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。 该工艺流程的优点是氨化、硝化、反硝化分别在各自的反应器中进行，反应速率较快且较彻底；但七缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。 2、两级活性污泥法脱氮工艺
课程设计 课程名称水污染控制工程 题目名称A/A/O脱氮除磷工艺课程设计学生学院环境科学与工程学院 专业班级 07环境工程（1）班 学号 学生姓名 指导教师 20010 年 7 月 6 日
一．基本原理 厌氧-缺氧-好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic，简称A/A/O或A2/O）工艺由厌 氧池、缺氧池、好氧池串联而成，是A 1/O与A 2 /O流程的结合。是20世纪70年 代由美国专家在厌氧-好氧除磷工艺基础上开发出来的。该工艺在厌氧-好氧除磷工艺中加入缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液流至缺氧池的前端，以达到反硝化脱氮的目的。工艺流程图如下： 污水出水 回流污泥剩余污泥 污水进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境下释磷，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分氨氮因细胞的合成而去除。 污水经过第一厌氧反应器以后进入缺氧反应器，本反应器的首要功能是进行脱氮。硝态氮通过混合液内循环由好氧反应器传输过来，通畅内回流量为2至4倍原污水量，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得到降解去除，磷基本无变化。 混合液从缺氧反应区进入好氧反应区，混合液中的COD浓度已基本接近排放标准，在好氧反应区除进一步降解有机物外，主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中的硝态氮回流至缺氧区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。 厌氧-缺氧-好氧工艺可以同时完成有机物的去除、反硝化脱氮、除磷的功能，脱氮的前提是氨氮应完全硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池能完成脱氮的功能，厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。 二．工艺特点 (1)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同类型的微生物菌群的有机结合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。 厌氧池缺氧池好氧池沉淀池
污泥反硝化除磷能力 1 引言 在传统生物脱氮除磷工艺中，氮的去除主要是通过好氧硝化和缺氧反硝化两个独立的过程来 实现，磷则是通过厌氧释磷和好氧吸磷两步完成.因此，同步脱氮除磷需要硝化菌、反硝化菌和 聚磷菌(PAOs)同时参与.由于反硝化过程和释磷过程都需要有机物提供碳源，反硝化细菌和PAOs 之间存在竞争，所以当污水中碳源不足时，系统对氮、磷的去除效果将受到影响. 反硝化除磷菌(DNPAOs)可以利用同一碳源处理硝酸盐/亚硝酸盐和磷，从而避免了对有机碳 源的竞争.DNPAOs能在厌氧条件下将有机物转化为PHA存储在细胞内，而且能利用硝酸盐或亚硝 酸盐作为电子受体进行好氧吸磷.DNPAOs产能效率较低，污泥产量可以降低20%~30%.因此，DNPAOs在同步生物脱氮除磷中具有较大优势.颗粒污泥具有结构致密、沉降性能好、生物密度大、微生物种类多、污泥活性高、抗冲击能力强等优点.研究表明，颗粒污泥内部由于氧气渗透深度 有限可以同时存在好氧/缺氧/厌氧环境，有利于同步脱氮除磷.在SBR反应器中，通过搅拌、曝 气等选择压能够得到反硝化除磷颗粒污泥，这种颗粒污泥兼具反硝化除磷技术和颗粒污泥的优势. 反硝化除磷颗粒污泥技术作为一种新型的污水处理技术，目前尚处于实验室小试阶段，尚未 得到广泛应用，关于颗粒化过程的报道及颗粒污泥特性等的文章也不多见.为此我们进行本试验 的探究，拟为反硝化除磷颗粒污泥的颗粒化过程及其特性提供一定的实践参考和理论依据.试验 采用三套完全相同的SBR反应器R1、R2和R3，以A/O/A运行模式，接种普通絮状污泥，分别以 普通人工配水、加Ca2+人工配水和实际生活污水为进水水源，进行反硝化除磷颗粒污泥的培养，并研究反硝化除磷颗粒污泥的相关特性及其除污性能. 2 材料与方法 2.1 试验装置 本试验采用的3套SBR反应器R1、R2、R3形态结构完全相同，试验装置如图 1所示.反应器由有机玻璃加工制成，内径120 mm，外径220 mm，高800 mm，高径比H/D为6.7，有效容积7 L.SBR反应器的运行采用时间程序控制器进行自动控制，反应器全程不控温，均在室温(23~28 ℃)条件下运行.人工配水和实际生活污水由计量泵从反应器上部引入，厌氧和缺氧过程由搅拌仪实现，转速为300 r · min-1，好氧过程利用气泵从底部曝气实现.试验所用污泥取自武汉市沙湖 污水处理厂二沉池，经初步处理后投加到反应器中，初始污泥浓度约为5000 mg · L-1.
A2O工艺脱氮与除磷矛盾 A2O法又称AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称（厌氧-缺氧-好氧法），是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。在传统A2O工艺的单泥系统中高效地完成脱氮和除磷两个过程，就会发生各种矛盾冲突，比如泥龄的矛盾、碳源竞争、硝酸盐及溶解氧（DO）残余干扰等。 一、传统A2O工艺存在的矛盾 1、污泥龄矛盾 传统A2/O工艺属于单泥系统，聚磷菌（PAOs）、反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生长于同一系统中，而各类微生物实现其功能最大化所需的泥龄不同： 1）自养硝化菌与普通异养好氧菌和反硝化菌相比，硝化菌的世代周期较长，欲使其成为优势菌群，需控制系统在长泥龄状态下运行。冬季系统具有良好硝化效果时的污泥龄（SRT）需控制在30d以上；即使夏季，若SRT＜5 d，系统的硝化效果将显得极其微弱。 2）PAOs属短世代周期微生物，甚至其最大世代周期（Gmax）都小于硝化菌的最小世代周期（Gmin）。 从生物除磷角度分析富磷污泥的排放是实现系统磷减量化的唯一渠道。 若排泥不及时，一方面会因PAOs的内源呼吸使胞内糖原消耗殆尽，进而影响厌氧区乙酸盐的吸收及聚-β-羟基烷酸（PHAs）的贮存，系统除磷率下降，严重时甚至造成富磷污泥磷的二次释放；另一方面，SRT也影响到系统内PAOs和聚糖菌（GAOs）的优势生长。 在30℃的长泥龄（SRT≈10d）厌氧环境中，GAOs对乙酸盐的吸收速率高于PAOs，使其在系统中占主导地位，影响PAOs释磷行为的充分发挥。 2、碳源竞争及硝酸盐和DO残余干扰 在传统A2/O脱氮除磷系统中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面，其中释磷和反硝化速率与进水碳源中易降解部分的含量有很大关系。一般而言，要同时完成脱氮和除磷两个过程，进水的碳氮比（BOD5 /ρ(TN)）＞4～5，碳磷比（BOD5/ρ(TP)）＞20～30。
反硝化聚磷菌机制总结 本次文献总结主要来源：A2 /O工艺缺氧池中反硝化聚磷菌的比例、特性研究及菌株鉴定；Interaction of denitrification and P removal in anoxic P removal systems；反硝化聚磷菌的SBR 反应器中微生物种群与浓度变化；EBPR系统中聚磷菌与聚糖菌的竞争和调控的基础研究；反硝化聚磷菌特性与反硝化除磷工艺研究。 本次文献总结主要总结了硝化反硝化聚磷的机制，及聚磷菌释磷和聚磷速率的一种算法，简单介绍了聚磷微生物的研究。重点介绍了在SBR反应器中一种更为详细的较好的培养富集反硝化聚磷菌的方法及其中微生物种群及其浓度的变化。 有一类聚磷菌能够利用硝酸盐作为电子载体，同时进行反硝化脱氮和聚磷，称为反硝化聚磷菌。反硝化聚磷菌既可以利用硝酸盐作为电子受体，也可以利用氧气作为电子受体。1、硝化反硝化作用和聚磷作用 污水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮形式存在。废水脱氮的基本原理则是利用硝化和反硝化过程，其过程如下： 对于污水中磷的去除则采用聚磷菌聚磷的机制，在乙酸盐作为碳源的条件下，其过程如下： 而丹麦技术大学的Henze等研究者提出了在厌氧和好氧的条件下，聚磷菌体内磷的释放（r PR）和摄取（r PU）的速率可分别用如下Monod方程表示：
其中各字母代表意义如下： 代表乙酸盐与磷酸盐的化学计量系数（HAC/P），为2mol/mol ;K HAC代表乙酸利用速率常数，（HAC/PAO）,kg/（kg.d）;S HAC代表乙酸质量浓度，mg/L ;K S’HAC代表乙 酸去除的饱和常数，mg/L;X PAO代表聚磷菌PAO浓度，mg/L ;代表PO43-的最大比降解速率（PO43-/PAO），kg/(kg.d)；代表PAO的最大产率系数（PAO/ PO43-）,kg/kg；代表磷酸盐中磷的质量浓度，mg/L;代表磷酸盐中磷的饱和常数，mg/L。 2、反硝化聚磷微生物的研究 生物除磷系统中的微生物种群受环境因素如基质、电子受体和碳磷比等影响，主要分为PAOs和非PAOs两大类，它们之间竞争碳源。PAOs多为球杆状，非PAOs称为聚糖菌（GAOs）,多呈四分染色体球状。 随着荧光原位杂交（FISH），变性梯度凝胶电泳（DGGE），16SrRNA靶向寡核苷酸探针等方法在生物除磷系统微生物学研究方面的应用，发现生物除磷系统微生物群落与非除磷系统的微生物群落一样具有很高的多样性。 关于反硝化聚磷菌的研究起步较晚，研究者们发现在生物除磷系统中至少存在两种PAOs，一类可以氧气和硝酸盐作为电子受体的DPAOs，一类只以氧气为电子受体的 non-DPAOs。罗宁等对A2N-SBR反硝化除磷脱氮工艺中的活性污泥进行了分离鉴定，发现假单胞菌属、莫拉氏菌属、肠杆菌科和气单胞菌属占到细菌总数的67%，并具有反硝化聚磷脱氮作用；不动杆菌占28%，没有反硝化聚磷作用，但能在好氧条件下吸磷。 3、聚磷菌与聚糖菌的竞争 Fukase第一次报道了在EBPR系统内有另一类微生物和聚磷菌竞争，可以在厌氧条件下吸收VFA但是不聚磷。Cech和Hartman发现在以葡萄糖或者乙酸为基质的系统中有大量的四联体的球菌，这种系统在厌氧条件下碳被吸收而磷不被去除。最后Mino把它们称为GAO，定义：好氧储存糖原厌氧消耗糖原，以糖原为主要能量来源吸收碳源并且储存为PHA的一类微