第30卷第2期水處理技術(shù)Ⅴol.30No.22004年4月TECHNOLOGY OF WATER TREATMENTApr.,2004城市可持續(xù)污水生物處理技術(shù)王曉蓮彭永臻王淑瑩馬勇2(1.北京工業(yè)大學(xué)北京市水環(huán)境恢復(fù)重點試驗室北京100022.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱1500000摘要計對傳統(tǒng)污水生物脫氮除磷處理技術(shù)存在旳冋題提岀了可持續(xù)污水處理的概念介紹了國內(nèi)外生物脫氮除磷領(lǐng)域開發(fā)的若干新工藝為水處理工藝選擇提供了新思路、新方法在此基礎(chǔ)上提岀了城市可持續(xù)污水生物處理工藝。關(guān)鍵詞污水生物處理河持續(xù)生物脫氮除磷反硝化除磷DPB)中圖分類號Q085+.413文獻標(biāo)識碼:A文章編號0037xX200402-0106-041可持續(xù)污水處理概念值從氨氮的微生物轉(zhuǎn)化過程來看氮氮被氧化成針對傳統(tǒng)污水生物脫氮除磷處理技術(shù)存在旳問硝酸氮是由兩類獨立的細菌催化完成的兩個不同反題我們提出了可持續(xù)污水生物處理技術(shù)的概念以應(yīng)應(yīng)該可以分開。對于反硝化菌無論是硝酸氮還盡可能的減少能耗、高效節(jié)能和污水可回用為目的是亞硝酸氮均可以作為最終受氫體因而整個生物的新技術(shù)推動污水處理技術(shù)不斷前進。本概念主脫氮過程也可以經(jīng)NH-NO2-N2這樣的途徑完成。要包含以下幾個內(nèi)容:盡可能減少COD氧化可早在1975年Voet等就發(fā)現(xiàn)在硝化過程中亞硝酸氮能大的甲烺CH)產(chǎn)量浕可能低的能量消耗相應(yīng)積累的現(xiàn)象并首次提岀了亞硝酸型生物脫氮(也可盡可能減少CO2釋放盡可能減小剩余污泥產(chǎn)量磷稱為不完全或稱短硝化/反硝化生物脫氮這種將酸鹽再生汰理水回用。硝化過程控制在亞硝酸階段的短程生物脫氮工藝具2可持續(xù)污水生物脫氮技術(shù)有以下特點對于活性污泥法,可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%降低能耗節(jié)省反硝化所需碳源40%在C/N2.1短程硝化/反硝化比一定的情況下提高TN去除率減減少污泥生成量長期以來,無論是在污水生物脫氮理論上還是可達50%減少投堿量縮短反應(yīng)時間相應(yīng)反應(yīng)器在工程實踐中都認為要實現(xiàn)污水生物脫氮就必須容積減少節(jié)省基建費用。針對這些新發(fā)現(xiàn)開發(fā)出使NH經(jīng)歷典型的硝化和反硝化過程才能完全被多種生物脫氮新工藝去除這條途徑稱為全程或完全潲硝化反硝化生物SharON( Single reactor for High activity Ammonia脫氮。最近研究表明生物脫氮過程中出現(xiàn)了一些 Removal Over nitrite)藝是由荷蘭Delf技術(shù)大學(xué)開超出傳統(tǒng)認識的新現(xiàn)象如亞硝酸型硝化硝化不僅發(fā)的脫氮新工藝1其基本原理是將氨氮氧化控制可以由自養(yǎng)菌完成而且異氧菌也可以完成好氧硝在亞硝化階段然后進行反硝化。用 SHARON工藝化某些微生物在好氧條件下也可以進行反硝化作來處理城市污水二級處理系統(tǒng)中污泥消化上清液和用。有些研究者在實驗中發(fā)現(xiàn)在厭氧條件下氨氮減垃圾濾岀液等高氨氮廢水可使硝化系統(tǒng)中亞硝酸少的情況。這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為水處理工作者設(shè)計處積累達100%。該工藝核心是應(yīng)用硝酸菌和亞硝酸理工藝提供了新的理論和思路具有較高的應(yīng)用價菌的不同生長速率即在高溫(30~35℃)亞硝酸菌的生長速率明顯高于硝酸菌的生長速率亞硝酸王曉蓮等,城市可持續(xù)污水生物處理技術(shù)107菌的最小停留時間小于硝酸菌這一固有特性通過者說它可以利用硝酸鹽作為電子受體來氧化氨?？刂葡到y(tǒng)的水力停留時間使其介于硝酸菌和亞硝酸ANAMMOX工藝基本原理為氨的氧化與NO菌最小停留時間之間隊從而使亞硝酸菌具有較高的的還原相偶聯(lián)從理論上講并不新穎。本工藝的新濃度而硝酸菌被自然淘汰維持穩(wěn)定的亞硝酸積累。穎之處在于利用生化原理開發(fā)岀切實可行的生物脫在 SHARON工藝中通過提高反應(yīng)器中的溫度,使氮的新工藝在較高溫度下增長速率較快的亞硝化細菌占優(yōu)勢,2.3 SHARON和 ANAMMOX聯(lián)合工藝所以溫度和HRT值應(yīng)嚴格控制。利用此專利工藝SHARON工藝可以通過控制溫度、水力停留時的兩座廢水生物脫氮處理廠已在荷蘭建成間、pH等條件使氨氮氧化控制在亞硝化階段目前OLAND( Oxygen Limited Autotrophic Nitrificati盡管 HARON工藝以好氧/厭氧的間歇運行方式處Denitrification氧限制自養(yǎng)硝化反硝化冮藝是由比理高氨廢水取得較好的效果但由于在反硝化中需利時cent微生物生態(tài)實驗室開發(fā)。該工藝技術(shù)關(guān)要消耗有機碳源并且岀水濃度相對較高因此可以鍵是控制溶解氧濃度使硝化過程僅進行到NH氧 SHARON工藝作為硝化反應(yīng)器而 ANMMOX工藝作化為NO2階段。由于該過程缺乏電子受體使得為反硝化反應(yīng)器進行組合工藝。 SHARON工藝可以N氧化產(chǎn)生的NO2直接氧化未反應(yīng)的NH而控制部分硝化使出水中的NH與NO2比例為形成N。溶解氧濃度是硝化與反硝化過程中的重從而作為 ANAMMOX工藝的進水組成一個新型要因素研究表明低溶解氧下亞硝酸菌增殖速率加的生物脫氮工藝。聯(lián)合的 SHARON- ANAMMOX工快補償了由于低氧所造成的代謝活動下降使得整藝具有耗氧少、污泥產(chǎn)量少不需外加碳源等優(yōu)點,個硝化階段中氨氮氧化未受到明顯影響而亞硝酸具有很好的應(yīng)用前景。氧化受到明顯的扣制。研究表明低氧下亞硝酸大量2.4 CANON工藝積累是由于亞硝酸菌對溶解氧的親合力較硝酸菌CANON( Completely autotrophic nitrogen removal強。亞硝酸菌氧飽和常數(shù)一般為0.2~0.4mgL硝 Over nitrite冮藝是將好氧亞硝酸化和厭氧氨氧化相酸菌的為1.2~1.5mg/。 OLAND工藝就是利用這結(jié)合的一種新型脫氮工藝。其原理是好氧氨氧化菌兩類菌動力學(xué)特性的差異實現(xiàn)了淘汰硝酸菌使亞及厭氧氨氧化菌具有共生關(guān)系。硝酸氮大量積累。2.5同時硝化反硝化2.2厭氧氨氧 ANAMMOX)傳統(tǒng)觀點認為硝化與反硝化反應(yīng)不能同時發(fā)1990年荷蘭Delt技術(shù)大學(xué) Kluyver生物技術(shù)生而近年來的新發(fā)現(xiàn)突破了這一認識使得同時硝實驗室開發(fā)出 ANAMMOX工藝( Anaerobic ammoniun化反硝化成為可能。近年來好氧反硝化菌和異養(yǎng)菌Oxidation521即在厭氧條件下以NO3作為電子受的發(fā)現(xiàn)以及好氧反硝化、異養(yǎng)反硝化等研究的進展,奠定了SND生物脫氮的理論基礎(chǔ)。當(dāng)好氧環(huán)境與體將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣研究發(fā)現(xiàn)NO2是一個關(guān)鍵的缺氧環(huán)境在一個反應(yīng)器中同時存在硝化和反硝化電子受體。由于該菌是自養(yǎng)菌不需要添加有機物在同一個反應(yīng)器中同時進行稱為同時硝化反硝化來維持反硝化。發(fā)生的反應(yīng)可以假定為SND- Simultaneous Nitrification and Denitrification b5NH+ 3NO→*4N2+9H2O+2H+同時硝化反硝化不僅可以發(fā)生在生物膜反應(yīng)器中△G=-297kJ/ mol nh4如流化床、曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤也可以發(fā)生在最近研究表明NO2也可以作為電子受體進行活性污泥系統(tǒng)中如曝氣池、氧化溝。與傳統(tǒng)生物脫如下反應(yīng)氮工藝相比sND工藝具有明顯的優(yōu)越性主要表現(xiàn)NH4 NO2N,+21,O在潲化過程中堿度被消耗而同步反硝化過程中產(chǎn)△G=-358kJ/ mol NH生了堿度SND能有效地保持反應(yīng)器中pH穩(wěn)定而根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)原理,上述反應(yīng)的△G<0,說且無需外添加堿節(jié)省運行費用。SND意味著在同眀反應(yīng)可以自發(fā)進行厭氧氨氮化過程的總反應(yīng)是—反應(yīng)器相同的操作條件下硝化反硝化能同時進個產(chǎn)生能量的反應(yīng)。從理論上講,可以提供能量行。如果能保證好氧反應(yīng)器中一定效率的硝化反硝108水處理技術(shù)第30卷第2期積。對于僅由一個反應(yīng)池組成的SBR反應(yīng)器而言,除而且還可以減少50%的COD需求量和減少30%SND能夠降低實現(xiàn)完全硝化反硝化所需的總時間。的需氧量以及堿少50%的產(chǎn)泥量;不僅如此還避3可持續(xù)廢水生物除磷新技術(shù)免了反硝化細菌和聚磷菌對有機物的競爭,也避免了兩種細菌泥齡的差異該工藝還可以抑制污泥膨3.1反硝化除磷原理脹的發(fā)生。系統(tǒng)適合CODN較低的情形。當(dāng)進水傳統(tǒng)生物除磷是指聚磷菌(PAOs)在好氧糸件COυN較高時由于缺乏足夠的NOξ磷的去除不下吸磷在厭氧條件下放磷。而傳統(tǒng)脫氮除磷系統(tǒng)充足。這種情況下在缺氧池后增加的好氧池,使中缺氧反硝化細菌和聚磷菌競爭有機物聚磷菌必剩余的磷通過DPB利用O2作為電子受體來去除須在反硝化結(jié)束后,系統(tǒng)進入完全厭氧狀態(tài)時才能3.2.2BCFS工藝進行放磷這樣就必須增加碳源的投加量如果處理BCFS Biologische-Chemische- Fosfaat-Stikstof高濃度氨氮廢水耗費碳源的量就更大。最近研究 zerwijdering冮藝是由荷蘭DELF科技大學(xué)在改進發(fā)現(xiàn)存在反硝化除磷細菌(DPB- nitrifying Phωos-本囯污水處理廠脫氮除磷效果基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新phorus Removing bacteria)能在缺氧無O2存在NO3)工藝4,它充分利用DP的缺氧反硝化除磷作用以環(huán)境下攝磷。DPB被證實具有同PAO極為相似的實現(xiàn)磷的完全去除和氮的最佳去除對于城市污水除磷原理只是它們氧化細胞內(nèi)貯存的PHA時電子在處理過程中無需添加化學(xué)藥劑。BCFS工藝將不受體不同而已PAO為O2而DPB為NO3)這使得同功能的細菌用空間分隔開來并通過不同的循環(huán)攝磷和反硝倀脫氮這兩個不同的生物過程借助同系統(tǒng)來控制其生長環(huán)境。BCFS工藝由5個功能相細菌在同一個環(huán)境中完成。其結(jié)果攝磷和脫對專一的獨立反應(yīng)器厭氧池、選擇池、缺氧池、缺氧氮過程的結(jié)合不僅節(jié)省了脫氮對碳源的需要洏且好氧池、好氧池)3個循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成(如圖2所攝磷在缺氧內(nèi)完成可縮小曝氣區(qū)的體積(亦節(jié)省能示源)產(chǎn)生的剩余污泥量也有望降低3.2反硝化除磷新工藝3.2.1 DEPHANOX工藝厭解F選缺期追氯氧忍好氯泥定隕)上渡回萬餅圖2BCFS工藝流程圖富剩泉BCFS工藝的主要特點對氮、磷的去除率高可使出水中總氮<5mg/L,正磷酸鹽含量幾乎為零。圖1 DEPHANOX工藝流程圖sⅥ值低(80~120ml/g)且穩(wěn)定從而可有效地減少典型的反硝化除磷工藝為 DEPHAOⅹ3]工藝流曝氣池及二沉池的容積。控制簡單通過氧化還原程圖如圖1所示?；亓魑勰嗤瓿稍趨捬醭刂械姆帕纂娢慌c洿解氧可有效地實現(xiàn)過程穩(wěn)定尤其利于對和PHA儲備后在中間沉淀池中泥水分離汾離后的負荷的控制。與常規(guī)污水廠相比其污泥產(chǎn)量減少上清液直接進入隨后的好氧固定膜反應(yīng)池進行硝了10%從而進一步減少了污泥的處理費用。利用化沉淀的污泥則跨越固定膜反應(yīng)池進入缺氧反應(yīng)DPB實現(xiàn)生物除磷使碳源COD能被有效地利用池內(nèi)同時完成反硝化和攝磷關(guān)鍵步驟)脫氮和攝從而使該工藝在CO(N+P相對低的情況下仍磷后的混合液再進入曝氣池再生(氧化細胞內(nèi)殘余能保持良好的運行狀態(tài)同時使除磷所需的化學(xué)藥王曉蓮等,城市可持續(xù)污水生物處理技術(shù)1094可持續(xù)城市污水處理推薦工藝反應(yīng)最后處理清水同二沉池出水一起外排作為城市回用水。該推薦工藝充分體現(xiàn)了可持續(xù)污水處理以上污水脫氮除磷的新工藝在很大程度上可以概念能最大程度的減少COD氧化生成大量的甲解決目前傳統(tǒng)生物處理技術(shù)存在的問題,為實現(xiàn)可烷αH4)相應(yīng)盡可能減少CO2釋放瀧能減小剩余污持續(xù)污水處理可以將亞硝酸型生物脫氮、反硝化除泥產(chǎn)量潾酸鹽污泥可充分利用烻理水也可回用。磷等新工藝進行優(yōu)化組合作為推薦工藝應(yīng)用到城市污水處理中做到最大限度的高效、經(jīng)濟、節(jié)能。5結(jié)語可持續(xù)污水處理概念的提出為日后污水處理廠的設(shè)計提供了新的思路并且也為傳統(tǒng)污水二級處調(diào)BCFSIZ理的改進提供新的解決措施。但以上所介紹的可持續(xù)污水處理新技術(shù)主要以工程試驗研究成果為依據(jù)對于該技術(shù)的研究還需進一步深入?yún)⒖嘉墨I氯臺沒CANON藝[1] Jetten M S M,et al. Towards a more sustainable municipal圖3可持續(xù)污水生物處理推薦工藝wastewater treatment systen j]. Wat Sci Tech 1997 359)如圖3所示為城市污水處理推薦工藝流程。城171-180市污水首先進入吸附調(diào)節(jié)池中在此進行水質(zhì)均化[2] Straous M net al. Ammonium removal from concentrated waste穩(wěn)定后進入初沉池;沉淀后上清液進行BCFS工藝streams with the anaerobic ammonium oxidation( ANAM-單元中完成反硝化和攝磷(關(guān)鍵步驟):然后在二沉MOX process inigura-tions[ J ] Wat Re池中進行泥水分離沉淀污泥和中間沉淀池產(chǎn)生的【31ptea. Biological anoxic phosphorus removaDephanox proces[ J]. Wat Sci Tech, 1996(1-2): 119的CH4以作為能量使用同時放磷消化的污泥排入磷沉淀池在其中投加Mg鹽進行化學(xué)除磷沉[4] M CM Van loosdrecht,etad. Upgrading of waste water淀的高磷污泥可作為農(nóng)用肥料后消化產(chǎn)生的高Treatment processes for integrated nutrient removal-the溫高氨混合液進入 CANON工藝處理單元進行脫氮BCFS Proces J ]. Wat Sci Tech 1998 379)209-211URBAN SUSTAINABLE WASTEWATER BIOLOGICAL TREATMENT TECHNOLOGYWANG Xiao-lian, PENG Yong-zhen', WANG Shu-ying, MA Yong?(1. Beijing Municipal Key Lab of Enuironment Recovery Beijing University of Technology Beijing 100022, China2. Faculty of Municipa and Environmental Engineering, Harbin institute of technology, Harbin 150090, China)Abstract Aiming at the biological nitrogen and phosphorus removal technology for conventional wastewater, we introducethe conception about the sustainable treatment technology which deals with many new technologies about biological nitrogen and phosphorus removal in this paper and provides new idea and method for water treatment. On the basis of theabove the urban wastewater sustainable treatment technology is also introducedKey words wastewater biological treatment sustainable i biolobical nitrogen and phosphorus removal DenitrifyingPhosphorus Removing Bacteria DPB)