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污水生物除磷影响因素分析

【摘要】磷的污染已成为环境污染的重要因素之一,污水中对磷的去除已显得越来越重要,目前大多数污水处理在工艺选择中选择了生物除磷的工艺技术,但在污水生物除磷的实际操作中,有许多因素会对除磷的效果产生影响。本文通过对污水生物除磷的影响因素进行探讨,以寻求提高生物除磷的对策,希望能为业界同行提供参考。

【关键词】污水;生物除磷;影响因素

引言

近年来,我国的污水处理业务取得了长足的进步和发展,生活污水、工业废水、畜禽养殖污水设施基本建成,但是在设施的运行管理中,仍然存在很多困难,特别是对于污水生物除磷的问题,由于存在影响因素较多,不能稳定达标。中国现行的《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的第一级标准就严格要求磷酸盐含量少于0.5mg/L。而大多数污水处理厂使用的是二次生物处理方法,难以实现这一目标[1]。

1污水生物除磷技术

1.1磷的存在形式

通常来说,磷在大多数情况下主要通过点污染进入水体。研究表明,水中大部分的磷来自排放的污水,而家用洗涤剂(粉状洗涤剂)是排放的污水中磷的主要来源。随着三磷酸盐作为合成洗衣粉中的骨架成分的引入,水的富营养问题变得越来越严重,污水中的磷通常以磷酸盐、多磷酸盐和有机磷的形式存在。

1.2生物除磷

水环境中磷的管理问题在国外相对较早,一般采用“前处理”与“后处理”相结合的方法。换句话说,前提是关于粉状洗涤剂的磷含量和污水处理中除磷的严格规定作为补充措施。在中国,目前尚无明确的禁用磷的法律,仅在污水的二级处理阶段。在当前普遍强调在水生环境中大规模控制磷的情况下,通过化学沉淀去除磷显然不能满足商业化的迫切需求[2]。生物除磷工艺流程如图1所示。近年来,随着科学技术的快速发展,微生物学也得到了很好的发展,人们对微生物技术的掌握水平也越来越高,慢慢将微生物技术应用到了污水除磷工艺中,替代了以往单纯的除磷工艺,改变了除磷工艺的发展方向,进而实现了高效率、低能耗的除磷目的,对污水生物除磷技术进行了强化,并广泛的进行推广应用。污水生物除磷的原理就是根据聚磷菌来吸取污水中的磷,将其转变为聚磷酸盐,存储在细胞内,之后将其作为剩余污泥排除。根据研究发现,聚磷菌可以在厌氧条件下释放磷并吸收水中的挥发性脂肪酸。从工程学角度来看,所谓的反硝化和好氧性聚磷菌只是微生物从污水中去除氮和磷的研究中的微生物定义。

2污水生物除磷的

近几年,水体的富营养化问题变得更加严重,水体的富营养化主要是由于氮、磷等植物营养物质的过量排放。磷是水体富营养化的主要限制因素,因此,控制磷的释放浓度尤为重要。根据我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)标准,一级A标磷的排放浓度低于0.5mg/L,而一级B标的磷排放浓度被控制在1.0mg/L及以下[3]。在南部大部分地区,污水处理厂收集的城市污水浓度较低,长期的低负荷导致去除生物磷非常困难。因此,有必要详细研究生物除磷的机理,分析影响生物除磷的各种因素,促进工艺操作的优化,确保磷的排放达标。

3生物除磷的影响因素

3.1有机物质浓度

水中有机物的浓度是影响厌氧磷释放的另一个因素,某大学的一个研究小组调查了农村和城市污水的水质,发现流入TKN/COD0.14,即使采用UCT工艺,其脱磷效果也很差。当然,该比率基于南非的城市污水成分,在其他国家/地区中,污水中易生物降解的底物的浓度会有所不同,其比例也会相应改变。据报道,当TKN/COD为0.13时,西欧脱磷工厂具有良好的脱磷效果。

3.2碳源类型和浓度

废水中有机物的成分,特别是其生物降解性,极大地影响了除磷过程的性能。生物除磷的机理表明,生物除磷需要足够的碳源以满足聚磷菌厌氧段的磷释放要求。同样,如果不合成细胞内聚合物,就不能消除无效的磷释放。富磷细菌用于易分解的小分子,并且它们触发磷释放的能力比有机物强得多,有机物在高分子量时难以分解。最近的研究表明,在生物去磷酸化中,由于聚磷菌和聚糖菌之间的竞争而导致的不同类型碳源之间的竞争,会导致不同碳源释放出不同程度的磷。GAOs吸收水中的有机物并在厌氧区合成PHAs,但不会释放磷。当聚糖菌在竞争中占主导地位时,污泥的磷释放能力将大大降低。当C/P比超过50mgCOD/mgP时,除磷效率降低,这主要是因为聚糖细菌目前具有足够的碳源来支持其生长[4]。

3.3温度

低温下聚磷菌的生长速度很慢,但是温度对生物除磷的影响很小。根据某污水处理厂的数据,即使水的温度降至8~9℃,污水中的磷也低于2mg/L,温度对除磷的影响主要是影响发酵细菌的产酸。另外,如果需要同时进行脱氮,则必须实现硝化,这需要减少负荷并延长泥龄。结果减少了酸的产生并影响了脱磷作用,解决方案是添加一个外部VFA。污水处理厂采用的方法是添加含有大量VFA的污泥浓缩池的上清液,从而可以在寒冷的天气中同时去除氮和磷。

3.4pH
pH不合适的工业废水需要在处理和监测之前进行调整,并应安装房屋流动设备以避免污泥中毒[5]。污水生物除磷系统的合适pH范围与常规中性、弱碱性生物处理方法相同,生活污水的pH通常在此范围内。pH较高的处理器,尤其是生物膜填充剂,通常会看到磷酸钙并去除一些磷。液相中磷的浓度与pH相应关系如图2所示。

3.5溶解氧

溶解氧对生物除磷过程的影响分为厌氧区和好氧区。在厌氧区,富磷细菌具有良好的生长条件、磷释放能力和PHB合成能力,所以必须严格控制厌氧条件。一方面,DO充当最终的电子受体,抑制了产氧细菌的酸产生,从而阻碍了磷的释放。另一方面,DO消耗每克氧气迅速分解的有机物。每克氧消耗2mg的COD,导致容易被微生物降解的COD不足,从而影响厌氧磷的释放。在好氧区,需要足够的DO来支持聚磷菌分解PHB,并且必须获得足够的能量来过量吸收磷,以增强除磷效果。通常,厌氧段的溶解氧应控制在0.2mg/L以下,好氧段的溶解氧应控制在2.0mg/L以下,否则,将促进细胞的内源性呼吸并禁用磷的释放[6]。

3.6泥龄

生物除磷系统中的除磷是通过排放富含磷的残留污泥来完成的,因此残留污泥的量决定了系统的除磷效率。泥龄越短,活性污泥每单位质量的磷含量越高,排出污泥的磷含量越高,除磷效率越高。因此,对于主要目的是除磷的污水处理来说,使用相对较短的泥龄通常是合适的,根据相关数据,最好将SRT控制在3.5-7d。

3.7污泥沉降性能

由于生物除磷系统中污泥的磷含量很高,当固液分离不好时,溢出的污泥会对除磷效率产生重大影响。造成泥浆逸出的一个重要因素是二级沉淀池中泥浆的局部脱氮,并且二级沉淀池中积聚的污泥花费的时间太长,无法消耗DO。反硝化细菌使用NO3进行反硝化并生成N2气体和N2O气体,它在水中的溶解度非常低,并以小气泡的形式附着在污泥絮凝物上漂浮,并随水溢出[7]。污泥沉降性能差会导致二级沉降池中的固液分离不良,许多数据表明,厌氧和好氧循环脱磷系统可以避免由丝状微生物过度生长引起的污泥膨胀,但在某些情况下,污泥长仍保留在厌氧区,会诱导丝状真菌的生长。

4结束语

为了控制水污染,保护城市水环境以及人类健康和维持生态平衡,必须对废水进行处理和排放,以达到标准。虽然很难达到0.5mg/L磷酸盐的一级标准,但以上对影响生物除磷的因素的分析和讨论是基于未来的污水处理。严格控制反应池中的pH、温度等环境条件,大大提高了生物除磷效率,使得污水处理厂可以达到其相应的排放标准。

参考文献

[1]王亚东,王少坡,郑莎莎,等.生物除磷系统的聚磷微生物种群及其检测方法[J].环境工程,2015,33(2):21-26.

[2]任立,邢丽贞,孙非凡,等.生物除磷中聚磷菌与聚糖菌竞争因素研究进展[J].山东建筑大学学报,2014(2):170-175.

[3]张华,张学洪,郭周芳,等.微孔曝气氧化沟生物脱氮除磷影响因素的研究[J].水处理技术,2014(4):103-106.

[4]彭赵旭,韩微,彭志远,等.反应时间和碳磷比对单级好氧除磷的影响[J].郑州大学学报:工学版,2018(4):46-50.

[5]章璋,朱易春,王佳琪,等.短程反硝化除磷的影响因素分析[J].江西理工大学学报,2019(1):46-53.

[6]金鹏康,郑未元,王先宝,等.倒置A~2/O与常规A~2/O工艺除磷效果对比[J].环境工程学报,2015,9(2):501-505.

[7]付腾飞,王璐.SBR法处理城市污水脱氮除磷的影响因素研究[J].能源与环境,2014(4):72-73.

作者:张深 单位:重庆市合川区生态环境监测站

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