生物脱氮除磷的开展简史！

　　生物脱氮除磷是指用生物处理法去除污水中养分物质氮和磷的工艺。水体的富养分化问题是20世纪中期提出来的。含氮和磷的污水无限制地排放，致使受纳水体中藻类过度繁衍，水质变坏。原水受氮和磷的污染，水处理的困难加大，费用添加。
　　1、生物脱氮除磷的开展
　　1932年，祖师Wuhrmann提出内源呼吸反硝化脱氮理论，这也是早的脱氮工艺，被称为Wuhrmann工艺。(见图2)该工艺在好氧池中进行有机物的氧化及氨氮的硝化反响，在缺氧池中运用活性污泥内源呼吸进行反硝化。但由于以微生物内源呼吸代谢物质作为碳源，反硝化速率很低，所以需求扩展缺氧池的容积，一起在缺氧池中微生物内源呼吸将有机氮和氨氮开释到水中，下降脱氮功率，导致该工艺在工程上并不有用，但该工艺为今后的脱氮除磷工艺的开展奠定了根底。　　1962年，Ludzack和Ettinger初次提出运用进水中的可生物降解有机物作为碳源的前置反硝化工艺，处理了碳源短少的问题，但由于两个反响器间的液体交流短少操控，影响脱氮效果。(该工艺短少描绘，笔者也不知道详细的工艺流程)
　　1973年，Barnard在开发Bardenpho(音译为：巴登福)工艺是提出改善型Ludzack-Ettinger脱氮工艺，即广泛应用的A/O工艺(见图3)(题外话，这个工艺至今现已47年了，如今绝大部分的脱氮工艺都是在这个工艺的根底之上进行改善，而非立异)。A/O工艺中，许多的硝氮经过内回流(别号：硝化液回流、好氧回流、混合液回流)回流到缺氧区后，运用原水中的有机物进行反硝化。但A/O工艺不能到达完全脱氮，由于好氧池总流量的一部分硝化后的硝氮没有回流到缺氧池而是直接随出水排放(这是现在二级生物脱氮的一个硬伤)。　　1973年为战胜A/O工艺不完全脱氮的缺点，Barnard提出把此工艺与祖师等级的Wuhrmann工艺联合，并称之为Bardenpho工艺，(见图4)。详细机理后文再述。　　Bardenpho工艺在理论上尽管有完全去除硝酸盐的潜力，但实践上是不可能的。
　　1976年，Barnard经过对Bardenpho工艺进行中试研讨发现在Bardenpho工艺的初级缺氧反响器前添加一厌氧反响器就能有用的除磷(见图5)。该工艺在南非称5阶段Phoredox工艺(音译为：福列德克斯)或简称为Phoredox工艺。在美国称之为改善型Bardenpho工艺。　　1980年，Rabinowitz和Marais对Bardenpho工艺的研讨中，挑选3阶段的Bardenpho工艺，即所谓的传统A2/O工艺(见图6)。至此为常用的脱氮除磷工艺正式上台(距今现已整整40年，现在还在许多运用)。　　2、生物脱氮除磷工艺合集(次序不分先后)
　　阐明：以下工艺简介仅从原理方面进行解析，不触及土建本钱和设备出资。
　　1、A2/O工艺
　　1、厌氧池
　　图6为传统的A2/O工艺流程，首段为厌氧池，本池的首要效果为开释磷(详细反映机理看前面)，其次在本池中也可发生水解酸化反响。原水与同步进入的二沉池回流的含磷污泥二者混合后再兼性厌氧发酵菌的效果下部分易生物降解的大分子有机物被转化为小分子的挥发性脂肪酸(VFA)，聚磷菌将细胞内的聚磷水解成正磷酸盐，开释到水中，开释的能量可供转型好氧的聚磷菌在厌氧的压抑环境下保持生计，一起吸收水解后的小分子有机物组成PHB并贮存在体内。别的，NH4+-N因细胞的组成而被去除一部分，一起回流污泥的稀释效果使污水中的NH4+-N浓度下降；别的回流污泥中的NO3—-N进入厌氧池后敏捷运用原水中的快速降解有机物而被复原为氮气开释，会部分去除进水中的有机物，该池出水简直不含NO3—-N。
　　影响要素：关于高氨氮废水，污泥回流中带着有许多的NO3—-N，当硝氮浓度≥4mg/L时，将削减了据街坊开释所取得的溶解性有机物的量，不能是该池构成较好的兼性厌氧环境，不只晦气于据街坊的释磷反响，而且也晦气于大分子的厌氧发酵为小分子有机物，对释磷反响晦气。
　　2、缺氧池
　　废水经过厌氧池进入缺氧池，该池首要功用为反硝化脱氮，硝氮经过内循环由好氧池进入缺氧池，回流比经过总氮去除率进行核算(见公式1)。混合液进入缺氧段后，反硝化菌运用污水中的有机物将回流液中的硝态氮复原为氮气开释到空气中，因而有机物浓度和硝态氮浓度都会大幅度下降。其次，该段可能发生磷的开释和吸收(反硝化除磷)反响，或许两者一起存在。别的，日子污水处理进程中，缺氧池结尾的COD底子在50以下乃至更低，在不考虑好氧池同步硝化反硝化的状况下TN浓度和出水底子相同。
　　η=r/(1+r)————1
　　其间：η：总氮去除率；
　　r：回流比
　　3、好氧池
　　混合液从缺氧池进入好氧池，曝气池的这一反响单元室多功用的，去除BOD、硝化、吸收磷等反响都在本反响器内进行。混合液有机物浓度现已很低，聚磷菌首要是靠分化体内贮存的PHB来获取能量供本身成长繁衍，一起过量吸收水中的溶解性正磷酸盐以聚磷(Poly-P)的方法贮存在细胞内，经过沉积排出剩下污泥，到达除磷的效果。有机氨被氨化继而被硝化，氨氮浓度明显下降。跟着硝化进程的进行，硝氮浓度添加，碱度下降(关于高氨氮废水，需在好氧池中许多投加碱才干保持硝化反响的进行)。
　　4、A2/O工艺的优缺点
　　长处：一起脱氮除磷；反硝化进程为硝化供给碱度；释磷及反硝化进程一起除掉有机物；污泥沉降性能好，SVI值一般均小于100。
　　缺点：①回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；②脱氮受内回流比影响；③聚磷菌和反硝化菌都需求易降解有机物。
　　A2/O这是一个很老练的脱氮除磷工艺，后续介绍的其他脱氮处理工艺底子上是为战胜A2/O工艺的缺点而进行改动的，然后在节能的根底之上满意出水要求。
　　在A2/O工艺运转中常常一些问题，如：丝状菌胀大、污泥老化、SVI值过高、厌缺氧池外表呈现黑色或许黄色浮泥、曝气池外表呈现白色泡沫或许粘稠的黄色泡沫、二沉池跑泥等等。呈现这些问题，除进水目标的动摇、规划缺点外，其他均为工艺参数没有操控好所导致的。关于工艺参数的操控，这个在书本上仅仅给出了一个参阅值，比方：
　　DO：2-4mg/L
　　污泥龄：10-15d
　　C：N：P=100：5:1
　　反硝化碳氮比：(4-6)：1
　　碳磷比：20:1
　　MLSS：3000-4000mg/L
　　混合液回流比：200-300%
　　污泥回流比：50-100%
　　厌、缺氧池拌和功率：4-8W/m³(我是依据水质、池体类型进行选型)
　　HRT：6-8h(针对市政污水，实践经历告诉我，这个停留时刻谁用谁哭)
　　厌氧：缺氧：好氧停留时刻：1:1:(3-4)(这也是谁用谁哭)
　　乃至有些半吊子规划人员依据这些工艺参数去规划工业废水，关于这点，我真的很敬服规划人员的胆大、业主的抠门。
　　这些工艺参数仅仅参阅，运转参数需求针对自己的污水厂/污水站的实践状况进行调整，然后到达杰出的处理效果。所以，在运转中各位污师需求针对问题进行剖析，找到问题的底子地点，而不是盲意图排泥、投加碳源、投加养分、添加/削减曝气等等。在自我剖析问题之后能够到污托邦社区或许污托邦群里边进行评论，而不是呈现问题榜首时刻问他人，每个人运转的污水厂/污水站的状况都不相同，他人给你的只会是他遇到过的状况，但不必定适用于你运营的污水厂，乃至有时候相同一个现象，在不同污水厂发生的机理是完全相反的。
　　2、倒置A2/O工艺
　　与惯例的A2/O工艺比较，倒置A2/O工艺(见图7)早年往后以此为缺氧-厌氧-好氧，该工艺的规划初衷是为了下降污泥回流中硝态氮对厌氧释磷的影响，特别是关于高氨氮废水污泥回流中带着有许多的硝氮，按捺厌氧释磷反响。一起，为了处理碳源分配的问题，选用两点进水的方法来供给厌氧释磷中有机物的耗费。　　该工艺由于硝态氮在前端的缺氧池中完全反硝化，消除了硝氮对厌氧释磷的晦气影响，然后确保厌氧释磷的安稳进行，而且聚磷菌释磷后直接进入生化功率比较高的好氧环境，使其在厌氧条件下构成的吸磷动力得到了更有用的运用。
　　有些规划人员在规划倒置A2/O工艺时省去了混合液回流，经过增大二沉池的污泥回流来满意反硝化需求。增大污泥回流尽管不改动二沉池的比外表积负荷率，可是在必定程度上下降了二沉池的沉积时刻，不主张选用。
　　厌氧释磷的实践停留时刻(含回流量)一般要求在0.5-2h，倒置A2/O尽管满意了硝氮对厌氧释磷的影响，可是需求添加厌氧池的池容，然后满意厌氧释磷实践停留时刻的要求，添加了土建本钱。一起多点进水需求很好的进行操控，以此来调整厌、缺氧池的碳源配比到达杰出的脱氮除磷效果。
　　该工艺合适原水中TN含量比较高的废水，只需缺氧池的容积规划的合理能够完全反硝化，然后为厌氧释磷供给杰出的厌氧环境。
　　3、A+A2/O工艺与JHB工艺
　　A+A2/O工艺(见图8)与A2/O工艺比较，在厌氧池的前段添加了一个预脱硝池，首要是为了处理污泥回流中带着的硝酸盐对厌氧释磷的影响。该工艺与UCT工艺的意图是相同的。　　图8 A+ A2/O工艺　　在进水TN含量较高的状况下，该工艺不太适用，由于污泥回流中带着有许多的硝氮，预脱硝池因规划停留时刻过短(一般在0.5-0.8h)无法进行完全的反硝化反响，然后影响厌氧释磷。
　　1991年，Pitman等人提出Johannesburg(JHB)工艺，该工艺是在A2/O工艺到厌氧区污泥回流道路中添加了一个缺氧池(见图9)，来自二沉池的污泥可运用33%左右(进水分配可调)进水中的有机物作为反硝化碳源去除硝态氮，以消除硝酸盐对厌氧池厌氧释磷的晦气影响。　　图9 JHB工艺　　其实这两个工艺是相同的，仅仅叫法不同。在规划中A+A2/O工艺也会规划多点进水，究竟碳源的有用分配是要害。
　　4、UCT工艺
　　A2/O工艺的回流污泥中很难确保不含有硝氮，为了完全扫除在厌氧池中硝氮的搅扰，南非开普敦大学于1983年开发了UCT工艺(见图10)，将污泥回流至缺氧区，并添加了从缺氧段至厌氧段的缺氧混合液回流，使污泥经缺氧反硝化后再回流至厌氧区，削减了回流污泥中的硝酸盐含量，尽量的避免了硝态氮对厌氧释磷的影响，一起在该工艺总存在反硝化除磷现象。但当进水碳氮比较低时缺氧池不能完结完全反硝化，仍有一部分硝氮回流到厌氧区对厌氧释磷发生晦气影响。　　图10 UCT工艺　　书本上给出的规划参数：厌氧区HRT 1-2h；缺氧区HRT 2-4h；好氧区HRT 4-12h；污泥回流比80%-100%；缺氧回流比200%-400%；硝化液回流比100%-300%。(以上数据仅为参阅，在规划时需求依据实践水质进行规划。)
　　5、MUCT工艺
　　与A2/O工艺比较，UCT工艺在恰当的COD/KTN份额下，缺氧池的反反硝化可使厌氧池回流液中的硝氮含量接近于零。当进水COD/KTN较低时，缺氧池无法完结完全的脱氮，导致有一部分硝氮随缺氧回流进入厌氧池，因而又发生了改善型UCT工艺—MUCT工艺(见图11)。　　图11 MUCT工艺　　MUCT工艺有两个缺氧池，榜首个缺氧池承受二沉池回流污泥，后一个缺氧池承受好氧池硝化液回流，使污泥的脱氮与混合液的脱氮完全分隔，进一步削减硝酸盐进入厌氧池的可能性。
　　该工艺的首要意图是优化除磷效果，第二个缺氧池进水中含有必定量的碳源，该部分碳源反硝化速率较高，在该部分碳源耗费殆尽后，还可进行内源呼吸反硝化，尽管反硝化速率较低，但可进一步进步TN的去除率。
　　6、Bardenpho工艺系列
　　6.1 Bardenpho工艺(两级AO工艺)
　　Barnard(1974)开发的Bardenpho工艺归于前期生物脱氮(除磷)工艺，其意图是不投加外部碳源的状况下脱氮率到达90%以上。如图12所示，在榜首个缺氧段，来自硝化段的混合液内回流中含有许多的硝氮，在榜首个缺氧段中运用原水中的碳源作为电子供体，进行反硝化，在该段去除的硝氮约占70%(依据规划停留时刻的不同，去除率也不相同)。BOD去除、氨氮氧化和磷的吸收都是在硝化(榜首个好氧池)段完结的。第二缺氧段供给满意的停留时刻，经过混合液的内源呼吸进一步去除剩余的硝氮。终好氧段为混合液供给时刻短的曝气时刻，以下降二沉池呈现厌氧状况和释磷的可能性。　　图12 Bardenpho工艺(两级AO)　　6.2 五段Phoredox工艺(简称为Phoredox工艺)
　　由于发现Bardenpho工艺中混合液回流中的硝氮对生物除磷有十分晦气的影响，经过Bardenpho工艺的中试研讨，Barnard(1976)提出真实意义上的生物脱氮除磷工艺流程(见图13)，即在Bardenpho工艺前段增设一个厌氧区。这一工艺流程在南非称为五段Phoredox工艺(简称为Phoredox工艺)，在美国称之为改善型Bardenpho工艺。改善型Bardenpho工艺一般按低污泥负荷(较长污泥龄)方法规划和运转，意图是进步脱氮功率。　　图12 五段Phoredox工艺(南非)或改善型Bardenpho工艺(美)　　五段Phoredox工艺运用的SRT比A2/O工艺更长(10-20d)，其他规划参数为：厌氧区 HRT=0.5-1h；榜首缺氧区HTR=1-3h；第二缺氧区HRT=2-4h；榜首好氧区HRT=4-12h，第二好氧区HRT=0.5-1h；污泥回流比为50%-100%；混合液回流比为200%-400%。(以上数据仅供参阅，详细规划请依据水质进行变化。)
　　6.3 3段改善Bardenpho工艺(或A2/O工艺)
　　测验标明，五段Phoredox工艺并不能将硝酸盐含量下降至零，与榜首缺氧区比较，第二缺氧池由于选用内源呼吸反硝化导致单位容积反硝化速率恰当低。第二缺氧池的低效促进Simpkins和McLaren(1978)提出，在某些状况下可取消第二缺氧池，恰当加大榜首缺氧池，以取得大的反硝化处理效果和低的回流污泥硝酸盐浓度，即3段改善Bardenpho工艺(见图13)，也便是现在常用的A2/O工艺。　　图13 3段改善Bardenpho工艺(或A2/O工艺)　　7、约翰内斯堡(Johannesburg)工艺
　　本工艺源自南非约翰内斯堡，为UCT变型工艺，该工艺(见图14)的首要意图是尽量削减污泥回流中的硝氮进入厌氧池，进步较低进水浓度废水德尔处理功率(其实脱氮工艺便是碳源的合理分配问题，在不考虑反硝化除磷的状况下，低COD废水，除磷量越多，反硝化脱氮越差，要害是看操作人员怎么取舍)。回流活性污泥直接进入缺氧池，该池有满意的停留时刻运用内源呼吸去复原污泥中带着的硝氮，然后再进入厌氧区进行释磷反响。(题外话，这个工艺在有些材料上给归为JHB工艺，我以为知道工艺的原理就行，有些问题没必要去纠结。　　图14 约翰内斯堡工艺　　8、PASF工艺
　　针对A2/O工艺中各菌群间污泥龄需求对立的问题，近年来有许多研讨提出将活性污泥法和生物膜法相结合(非泥膜共存工艺)以缓解这一对立。这时体系中就存在两类菌群：短泥龄悬浮活性污泥和长龄生物膜上附着的菌群，这样能很好的处理硝化细菌与聚磷菌间的泥龄对立。在此根底之上开展的工艺为PASF工艺，(见图15)。该工艺分为前后两段，前段选用活性污泥法，首要包含厌氧、缺氧、好氧、二沉等；后段选用生物膜法，首要选用曝气生物滤池或许加装填料的生物膜池。　　图15 PASF工艺　　该工艺中硝化效果首要会集在曝气生物滤池内，许多的硝化反响在二沉池之后完结，避免了污泥回流带着硝氮对厌氧释磷的影响。别的硝化菌和聚磷菌的分隔更有利于营建适合各类菌群成长的环境。该工艺中，菌群分隔专性较强，能够缩短各反响器的停留时刻。一起，在前段活性污泥工艺中释磷菌在短少好氧除磷的状况下，反硝化除磷菌(DPB)能够许多富集然后发生反硝化除磷反响，节约碳源、节约能耗。
　　该工艺在规划中，好氧池起到下降污泥沉降比、进一步下降BOD(不影响硝化反响)的功用，简直不参加硝化反响，所以该池停留时刻能够很短(1-2h)。
　　9、Dephanox工艺
　　Wanner(1992)初次提出Dephanox双污泥反硝化脱氮除磷工艺雏形(见图16)。　　图16 Dephanox工艺　　所谓双污泥体系便是硝化菌独立于反硝化除磷菌(DPB)而独自存在于固定膜生物反响器中。该工艺处理了聚磷菌和反硝化菌竞赛碳源的问题(参照反硝化除磷原理)，一起也奇妙的处理了活性污泥体系培育硝化菌需求的较长SRT这一晦气条件。
　　在该工艺中，含DPB回流污泥首先在厌氧池完结释磷和贮存PHB，经过快沉池别离后，富含DPB的污泥逾越固定膜反响器至缺氧池，含氨氮的上清液直接进入固定膜反响器，进行好氧硝化，发生的硝化液流入缺氧池后与DPB污泥触摸，完结反硝化除磷反响。由于DPB污泥没有经过好氧池，所以它体内的PHB简直全用于反硝化吸磷效果。因DPB每吸收1份的正磷酸盐就需求7份的NO3—-N，故而在污水中N/P低于7时，就意味着缺氧池中硝氮含量短少导致不能完全除磷，因而需求在缺氧池后添加再曝气池，然后确保TP的安稳合格。
　　其实该工艺还有必定的缺点，比方：①厌氧池中无法完全吸附有机物，导致固定膜反响器进水中带着有BOD，一方面按捺硝化反响，另一方面形成有机物的糟蹋和能耗的增高；②在进水氨氮偏高时，缺氧池中反硝化除磷菌不能完全的去除硝氮，导致出水TN的升高。
　　3、总结
　　以上工艺是比较惯例的脱氮除磷工艺，一些衍生工艺或许不常见的工艺就不在此一一列举了，如果有爱好的话，能够自己查一下材料。如：VIP、BCFS、Enbnras、OCO、A2N-SBR、SBR、MSBR、CAST以及A2/O工艺衍生的工艺等等，这些工艺都是根据脱氮除磷原理发生的。
　　笔者以为脱氮除磷前文所述的工艺，可归结为碳源的分配(除反硝化除磷工艺外)，每个工艺都有其长处，所以不能说哪个工艺好，就看其适不适应进水水质(不考虑操作水平)。
　　现在环保要求越来越严，关于不少污水厂由于TN问题，给生化池中投加许多的碳源，来满意出水TN的要求，针关于这种污水厂来说，能够不必考虑生物除磷，究竟生物除磷的本钱比化学除磷的高的太多。
　　原标题：生物脱氮除磷的开展简史！