carrousel2000氧化沟脱氮除磷工艺技术探讨

carrousel2000氧化沟脱氮除磷工艺技术探讨

孙建华

孙建华（银川污水处理有限公司）

摘要：传统的活性污泥法虽然在除去BOD、COD、SS等方面效果良好，但在除磷、脱氮方面远远不能满足国家排放标准的要求。carrousel2000氧化沟具有优良稳定的处理效果和独特的降解机制。按照DO值不同可将氧化沟分为前置反硝化区、厌氧区、好氧区，利用各区域不同的特性进行脱氮、除磷。

关键词：carrousel2000氧化沟脱氮除磷城市污水化学问题

1污水中的氮、磷

在水体中，氮磷是维持生态系统营养物质循环的重要元素。污水中的氮主要有以下几种存在形成:①有机氮、谷氨酸、蛋白酸等，②有机氮(R4N+-N)，③氨氮(NH+4-N)，④亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。一般在生活污水中氨氮及有机氮所占比例较多。污水中磷的存在形式主要是磷酸盐和有机磷。氮磷含量过高将导致水体的富营养化。造成水体中原有的生态平衡被破坏，藻类、植物及水生物、鱼类趋于衰亡以至绝迹。因此，对城市污水进行脱氮除磷处理成为当今污水处理的一个研究热点。

2污水生物脱氮除磷的方法

2.1生物脱氮的基本原理

2.1.1氨化反应有机氮化合物在氨化细菌的作用下分解，转化为氨态氮，这一过程称为“氨化反应”。以氨基酸为例，其反应式为:

RCHNH2COOH+O2——RCOOH+CO2+NH3(1)

2.1.2硝化反应在硝化细菌的作用下，氨态氮进一步分解、氧化成硝酸盐的生化反应过程。首先，在亚硝化单胞菌的作用下，使氨氮(NH4+)转化为亚硝酸盐NO2-N，硝化杆菌再将NO2-N氧化成稳定的硝酸盐NO3-N，后一反应较快，一般不会造成NO2-N的积累。硝化反应总反应式为:

NH4++2O2+Org.(有机基质)硝化细菌NO3-+H2O+2H+(2)

2.1.3反硝化反硝化反应是指污水中的硝酸盐(NO3-)，在缺氧状态下，在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮(N2)的过程。

NO3-+Org.(有机基质)反硝化细菌N2+0H-+H2O(3)

2.2生物除磷基本原理

2.2.1聚磷菌对磷的过剩摄取在好氧条件下，聚磷菌仍有氧呼吸，不断的氧化体内储存的有机底物。同时也不断从外部环境向其体内摄取体内所需的有机底物，由于氧化分解，又不断的放出能量。能量为ADP所获得，并结合H3PO4而合成ATP(三磷酸腺苷)。即:

ADP+H3PO4+能量——ATP+H2O(4)

H3PO4除一小部分是聚磷菌分解其体内聚磷酸盐而取得的外，大部分是聚磷菌将外部环境中的H3PO4摄人体内的。摄人的H3PO4一部分用于合成ATP，另一部分则用于合成聚磷酸盐。

2.2.2聚磷菌对磷的释放在厌氧的条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，即:

ATP+H2O——ADP+H3PO4+能量(5)

这样，通过上述两个步骤，聚磷菌具有在好氧条件下，过剩摄取H3PO4，在厌氧条件下释放H3PO4的功能。在污水生物除磷工艺中，厌氧状态和好氧状态在时间或空间上的交替运行，使聚磷菌群体能在快速生物降解基质的竞争中取得优势，通过排除高含磷量的剩余污泥，获得低含磷量的净化处理出水。

3污水脱氮除磷中的化学问题

3.1脱氮除磷反应对碱度的要求在生物脱氮工艺中，pH值的控制是工艺运行的重要因素之一。大量研究表明，氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌适宜的pH值分别为7.0～8.5和6.0～7.5，当pH值低于6.0或高于9.6时，硝化反应停止。一些研究表明，硝化细菌经过一段时间驯化以后，硝化反应可以在低pH值(如pH=5.5)条件下进行，但pH值突然降低，则会使硝化反应速度骤降;当pH值升高后，硝化反应速度又会恢复。反硝化菌最适宜的pH值是7.0～8.5，在这个pH值的条件下反硝化速率最高，当pH值高于8.5或低于6.0时，反硝化速率将明显降低。此外，pH值还影响反硝化最终产物，pH值超过7.3时终产物为氮气，低于7.3时终产物为N2O。

对于生物除磷过程，25℃时pH值在8.5时聚磷菌最大比生长速率为42%，而pH值在7.0时最大比生长速率为8.5%，pH值低于6.0时微生物不再增长。而在pH值对好氧吸磷速率的影响试验研究中发现，pH值在6.5～7.0时吸磷速率无甚差别，pH值低于6.5时吸磷速率急剧下降，pH值为5.2时聚磷菌生物活性丧失，当pH值增加时，磷的吸收活性提高一倍。

3.2脱氮除磷对污泥龄的要求污泥龄(生物固体停留时间，SRT)是污水脱氮及除磷的重要控制指标。要想使硝化菌及聚磷脱氮菌在连续的系统中生存下来，必须保证污泥适当的停留时间。通常硝化菌繁殖速度慢，硝化菌冬季繁殖所需的世代时间可长达30d以上，即使是夏季，在泥龄小于5d的活性污泥法中硝化作用也十分微弱。聚磷脱氮菌多为短泥龄微生物，有研究证实，当泥龄从12d降至8d，继而降至5d时，系统的除磷效率是顺次上升的。至少泥龄在3d左右时，系统仍能维持好的除磷效率。这说明聚磷菌的世代时间的确很短。此外，生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥。但是若剩余污泥排放量高，泥龄就会缩短，硝化菌就难以存活，而降低剩余污泥排放量，泥不利于磷的去除;缩短泥龄，并且会因泥量过大而影响后续污泥处理。另外，过长泥龄使有机物氧化完全，导致厌氧区内聚磷菌PHB储备不够，进而聚磷菌进入好氧区后摄磷能力不强。因此，处理时应选取适当的泥龄以最大可能地同时满足脱氮与除磷的需要。

3.3反硝化及磷释放过程中碳源的需求在脱氮除磷系统中，反硝化菌脱氮、聚磷菌释磷和异氧菌的正常代谢去除有机物都需要碳源。在脱氮过程中，有研究认为当BOD/TKN≥4～6时，可以认为碳源充足。但是，投加碳源无疑大大增加了污水处理成本，因此反硝化和释磷碳源分配的问题逐渐成为人们研究的重点。目前针对反硝化及释磷对碳源需求的解决办法是增加生物池进水中易降解COD的数量，例如取消初沉池就是充分利用了原水中的碳源。但是，由于在大多数城市污水原水的BOD/COD值都<0.4，经过初沉池处理后，虽然初沉池出水的COD得到了一定去除，但由于只是去除了悬浮性COD，易降解的COD实际数量并没有提高，因此取消初沉池的效果有限。通过将初沉池改为酸化池，可以将这些悬浮颗粒性有机物转化为VFA。

3.4carrousel2000氧化沟除磷技术近年来发现的一种兼性厌氧反硝化除磷细菌(DPB).可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体氧化细胞内贮存的PHA，并从环境中摄磷，实现同时反硝化和过度摄磷。与传统的好氧吸磷相比，carrousel2000氧化沟工艺中污水在厌氧池中释磷，在氧化沟好氧区吸收磷，在沉淀池中进行泥水分离，处理合格后的上清液进入接触池，含磷较多的剩余污泥则被输送到缓冲池进行脱水，并最终达到对磷的去除。该工艺优点在于能够兼顾厌氧、好氧、缺氧区的控制，从而兼顾污水中脱氮和除磷的进行。

4结论

城市污水在处理过程中必须加强对氮、磷等营养物质的处理，大量的未经过处理或处理不充分的含氮、磷废水外排，会严重影响地表水质，造成水体富营养化，城市污水厂在工艺的选择上，carrousel2000氧化沟工艺是目前较多采用的一种工艺，兼顾脱氮、除磷、降解有机物等功能。通过对脱氮除磷部分问题的研究可知，大多数脱氮除磷的工艺较为复杂，一次性投资较大，对工艺参数的要求较高，但只要通过严格的控制，可以达到较好的去除效果。