除磷问题TP影响因素Word格式文档下载.docx
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一是为聚磷菌提供挥发性有机酸(即厌氧段产生低级脂肪酸,为聚磷菌在好氧段的新陈代谢作用提供底物),另外使聚磷菌在与其他的异养菌竞争中可能处于优势。
因为除聚磷菌外的异养菌在厌氧条件下不进行释磷,不能够以贮存化合物的形式吸收底物。
因此厌氧、好氧段交替的工艺是非常有必要的。
衍生点1:
污泥中的磷浓度,与进水中磷含量直接相关:
根据物质守恒定律,进水量x(进水磷浓度-出水磷浓度)=污泥总量x污泥中磷浓度
根据除磷理论,所有反应去除的磷,最后都是到污泥了。
因此在污泥总量(污泥总量指剩余污泥)一定的情况下,进水磷浓度越高,污泥中磷浓度越高。
意思也就是说进来多少,最后通过排泥也要出去多少。
这样污泥里面才能使平衡的。
二、如何判断生物除磷效果
1、TP去除率
表1各厂除磷效果比较
指标
北厂
南厂
新周厂
北区
一期
二期
2013年
进水(mg/L)
3.24
3.60
2.64
3.79
3.67
出水(mg/L)
1.396
0.345
0.443
0.246
0.527
TP去除率
57%
89%
82%
94%
86%
2014年
3.57
3.02
2.31
4.61
4.64
1.474
0.666
0.238
0.640
59%
83%
71%
95%
2、生物除磷效果
表2生物除磷初步判断方法
衍生点2:
好氧区
缺氧区
厌氧区
BOD
总氮
氨氮
硝态氮
总磷
进水厌氧区出口缺氧区出口好氧区出口
衍生点3:
建议按照加碳源的方法,只要释磷,那就证明有生物除磷了。
我们只看厌氧,只要有释磷,必然有吸磷。
实验设计:
按照50~100mg/L投加碳源,模拟厌氧池反应,投入后连续搅拌,过程中取样也不要停止搅拌,直接取混合液,然后过滤或者离心。
反应时间上,一般每10分钟取样一次,测30分钟即可。
这是国家水中心测试的几个厂回流污泥释磷能力,供参考。
前三个基本上没有没有释磷了,后面两个释磷能力很强。
三、影响因素及工艺调控的探索性对策
国外生物除磷研究已有60年历史,而自上世纪80年代开始,通过全面的基础研究、生产性试验和工程运行总结,污水生物除磷的理论和技术都有重大的进展和突破。
序号
影响因素
原因分析
实际情况
一
化学除磷(最大的第一位影响因素)
只要你的除磷药剂是加在生物单元的,而且达到一定量,基本上不可能有生物除磷了。
除磷药剂与磷形成更强的聚合物,导致磷不再被微生物利用,那么聚磷菌因“缺磷”而逐渐失活。
化学辅助除磷,是在生物除磷不能达到的那部分,用化学除磷解决,但是目前国内基本上都是过量投加的,过量投加是不能再进行生物除磷的最关键。
如果你只是加了很少的一点,那么影响不会那么大,只会把这部分药剂消耗掉,生物除磷照样有,只是部分抑制。
各厂都有不同程度投加,且化学污泥全部回到生化系统。
试验分析
取样目的
检测指标
取样位置及性状
1
了解磷的形态及对应的含量
TP、溶解性P、颗粒性P
进水
2
了解磷的生物去除效果,反映厌氧释磷和缺好氧吸磷的情况
溶解性P
厌氧进口(不含回流污泥,只是厌氧进水)、厌氧末端、缺氧末端、好氧末端的泥水混合液静沉1h后的上清液
3
了解生反池内厌氧释磷效果
总体思路:
厌氧池中部取混合液,加入乙酸钠或乙酸,直接测试磷酸盐浓度变化
4
后续可与高校联合,进行微生物特性分析
菌株筛选,生物表征试验
厌氧末端、缺氧末端、好氧末端泥水混合液
二
碳源(可生物降解有机物)
在厌氧池中,聚磷菌本身是专性好氧菌,其运动能力很弱,增殖缓慢,只能利用溶解性的小分子有机物,是竞争能力差的弱势细菌。
只有当厌氧池内有足够浓度的VFA等小分子有机物时,聚磷菌才能充分吸收这些物质,并将其运输到细胞内,同化成胞内碳源存贮物,同时将细胞原生质中聚合磷酸盐的磷释放出来,在利用有机物的竞争中比其他好氧菌占优势,聚磷菌成为厌氧段的优势菌群。
在生物除磷系统中,由于聚磷菌只能利用低分子的有机物,故污水中可生物降解有机物(即挥发性脂肪酸VFA)对聚磷菌厌氧释磷起关键性作用,一般认为进水总BOD/TP大于20-25,或者溶解性BOD/溶解性P大于12-15时,出水溶解性磷浓度可低于1mg/L;
一般要求厌氧池进水中的溶解性P与溶解性有机物的比值(SP/SBOD)应在0.06之内,且有机物的污泥负荷率应》0.10kgBOD5/kgMLSS·
d。
BOD/TP在30-100的范围内可以达到较为完全的生物除磷效果。
(帮助理解:
脱氮除磷过程中反硝化菌和聚磷菌之间的矛盾主要是由碳源的竞争引起的。
厌氧条件下,聚磷菌可以利用VFA合成体内PHB,同时完成释磷的过程,进水中VFA含量越高,释磷速度越快,除磷效果也越好,因此,厌氧条件下释磷的程度和合成的PHB量是随后好氧条件下过量摄磷的必要条件和决定性因素。
但是在A2/O工艺中聚磷菌与反硝化菌是混合生长的,并且反硝化菌可先于聚磷菌吸收和利用VFA进行反硝化脱氮,在废水中VFA含量过低时,必然会影响聚磷菌对PHB的合成,并导致聚磷菌释磷程度降低,最终影响聚磷菌在好氧条件下的聚磷作用。
因此,在生物脱氮除磷系统中,反硝化和聚磷速率与废水中VFA含量的关系最大,碳源不足会给系统的稳定运行造成较大困难,同时,过量的碳源对系统脱氮效果会产生负面作用,因为好氧硝化有机质浓度不宜过高。
因此厌氧池,要有较高的有机物浓度,缺氧池,应有充足的有机物,而在好氧池的有机物浓度应该较小。
)
待测
了解进水及厌氧池中的溶解性P与溶解性有机物的比值(SP/SBOD)
SP、SBOD
进水、厌氧进水(不含回流污泥)
了解厌氧池有机物的污泥负荷率
BOD、MLSS
厌氧进水、厌氧池污泥
了解碳源的性状及含量
BOD、SBOD
进水、厌氧进水(不含回流污泥)。
了解VFA含量
VFA
5
碳源消耗的情况
BOD
厌氧末端、缺氧末端、好氧末端的泥水混合液静沉1h后的上清液
三
泥龄
磷的去除主要是通过排出含高磷剩余污泥,剩余污泥排放量太少,达不到较高的除磷效率,同时过高的泥龄会造成磷从污泥中重新释放,更降低了除磷效果,因此泥龄是除磷效率至关重要的影响因素。
泥龄如果太小,聚磷菌会流失;
太大,会出现硝化菌,降低除磷能力。
如果单纯的A/O工艺,一般泥龄控制4-8天,但是考虑到A2/O工艺,兼顾硝化菌泥龄,一般宜为10-15天,以满足硝化功能,因此也造成系统在一定程度上牺牲了部分有机物降解和除磷效率。
泥龄反映了微生物在曝气池中的平均停留时间,泥龄的长短与污水处理效果有2方面的关系:
一方面是泥龄越长,微生物在曝气池中停留时间越长,对有机污染物降解越彻底,处理效果越好;
另一方面是泥龄长短对微生物种群有选择性,因为不同种群的微生物有不同的世代周期,如果泥龄小于某种微生物的世代周期,这种微生物还来不及繁殖就排出池外,不可能在池中生存。
在不影响繁殖的情况下泥龄越短,反硝化速率越快,除磷效果越好。
若系统的泥龄过长,则会使污泥的活性降低,污泥的含磷量下降,使得去除单位重量的磷需消耗的BOD增加。
(帮助理解:
1、磷靠排泥去除,泥含磷少,去除单位质量的磷需要排的泥量就增加了,而污泥是bod转化的,对应单位质量磷的BOD就多了;
2、更好的理解应该是污泥龄长了之后,污泥活性降低,导致厌氧池和缺氧池很难达到厌缺氧要求,这样的话需要更多的碳源才能使其实现厌缺氧目标,因此说需要消耗的BOD增加)
统计2013-2014年月平均,北厂泥龄一区19-22天,二区34-39天不等;
南厂一期20-28天,二期34-37天(2015年t更长);
新周37-39天;
北区27天左右(2015年稍短)。
聚磷菌要么不成为优势菌,要么已经菌种老化,影响其活性。
四
DO
在严格的厌氧环境下,聚磷菌才能从体内大量释放出磷而处于饥饿状态,为好氧段大量吸磷创造了前提,从而才能有效地从污水中去除P。
但由于回流污泥将溶解氧和硝态氮带入厌氧段,很难保持严格的厌氧状态,所以一般要求DO小于0.2mg/l,对除磷影响不大。
好氧段:
DO升高,硝化速度增大,但当DO》2mg/l后其硝化速度增长趋势减缓,同时好氧池过高的溶解氧会随污泥回流和混合液回流分别带至厌氧段和缺氧段,影响厌氧释磷和缺氧反硝化,对脱氮除磷不利。
相反,好氧池的DO浓度太低也限值了硝化菌的生长率,其对DO的忍受极限为0.5-0.7mg/l,否则将导致硝化菌从污泥系统中淘汰,严重影响脱氮效果。
根据实验经验,好氧池的DO为2mg/l左右为宜,基本维持2-3mg/l,太高太低都不利。
曝气过量,使好氧DO大大升高,为了维持微生物的生长,聚磷菌内部储存的PHB被部分或完全消耗,当PHB降到0时,微生物体内的糖元被作为微生物生长所需的能量而消耗。
实际运行表明为了保持系统较好的除磷效率,聚磷菌体内应维持最低水平的糖元含量(需要解释,见衍生点4),糖元的含量限制了磷的吸收量,因此要避免糖元的过度消耗。
见附件-各厂实际情况
了解厌氧、缺氧、好氧段溶解氧沿程分布环境
DO(按实验规范检测DO值)
厌氧进口混合均匀处、厌氧中段、厌氧末端、缺氧进口混合均匀处(北厂实际上缺氧容积只有设计的一半)、缺氧中段、缺氧末端、好氧各廊道首端、好氧末端
五
污泥回流比r
过低,一方面影响各段的生化反应速率(靠回流污泥维持各段污泥浓度);
另一方面,防止聚磷菌在二沉池内遇到厌氧环境发生磷的释放,导致出水TP过高。
在保证快速排泥的前提下,应尽量降低回流比,以免缩短污泥在厌氧区的实际停留时间,影响磷的释放。
过高,影响的主要是厌氧区的硝态氮量。
回流污泥中硝态氮的引入,尤其是大量引入引起反硝化菌和聚磷菌的竞争,因聚磷菌是软弱菌群,所以反硝化速度大于磷的释放速度,反硝化菌抢先消耗掉易生物降解的有机物,如VFA,当反硝化脱氮完全后才开始聚磷菌的磷的释放,有利于脱氮而不利于除磷。
另一方面也减少了聚磷菌释放所能获得的溶解性有机物的量,不能使厌氧池形成较好的兼性厌氧条件,不仅不利于聚磷菌的放磷反应,而且也不利于大分子的厌氧发酵为易于利用的小分子有机物,对磷的释放不利,同时进入缺氧反应器的外碳源量减少,反硝化潜力降低。
研究表明厌氧段硝态氮大于1.5mg/l,释磷会受到抑制,当COD/TKN大于10,则硝态氮浓度对生物除磷也没有多大影响。
一般r=60-100%为宜,最低也应在40%以上。
各厂回流比在适合范围内,但是否真正适合各厂,还需结合厌氧段硝酸盐量、二沉池释磷情况等,综合调整。
六
硝酸盐
主要原因同上。
由于厌氧区存在硝酸盐和氧,易生物降解的COD量就会不足,从而影响厌氧释磷,尽管混合液回流带回厌氧区的溶解氧的影响不容忽视,但在生产条件下,硝酸盐对生物除磷的影响更大。
硝酸盐问题归根结底是碳源的竞争问题,解决此问题有两种方法:
1、在实际工程中应严格控制向厌氧区回流的污泥中硝酸盐的量,要做到这一点就要求必须充分反硝化。
2、采用分配进水去厌、缺段。
使碳源达到合理分配。
了解硝态氮对厌氧段的影响情况
硝态氮
厌氧进口、厌氧末端泥水混合液静沉1h后的上清液
了解厌氧池中COD/TKN的比值情况
COD、TKN
厌氧进口、泥水混合液静沉1h后的上清液
七
水力停留时间HRT
厌氧区停留时间的长短影响VFA的产生以及聚磷菌对VFA的吸收。
生物除磷系统的厌氧区停留时间大多取1-2h。
过长的厌氧停留时间并没有好处,停留时间过长可导致没有VFA吸收的磷释放,这就有可能导致碳源贮存物量不足,不能在好氧区产生足够的能量来吸收所释放的磷。
另有一说法,除磷工艺,对于运行良好的城市污水厂来说,夏季释磷和吸磷一般需要1.5-2.5h和2-3h;
冬季低温环境,会进一步延长。
但是把整个除磷系统联系起来进行考察会发现,微生物的厌氧释磷过程更为关键。
厌氧段应进一步延长,夏天2-3h,冬天3-4h。
但目前设计基本按厌氧段停留时间1.5h来设计。
见附件-各厂实际情况若对结构有质疑,需查看图纸。
八
pH
在厌氧段,聚磷菌厌氧释磷的适宜值为6-8。
低于6.5聚磷菌的活性显著降低,当5.2时,聚磷菌失去活性。
了解厌氧段沿程pH变化情况
pH(按环境监测方法检测)
厌氧进口混合均匀处、厌氧中段、厌氧末端
九
出水SS浓度
一般主流除磷工艺MLSS的含P量平均在6%左右,也可以达到8-12%的。
因为出水SS浓度升高会增加出水颗粒态磷含量。
(衍生点5:
见附图)
污泥里面磷的成分比较复杂。
除了聚磷(生物除磷形成的)外,还有沉淀状态的磷,因为我们的进水中含有铁、钙、镁等离子。
化学除磷的污泥中,磷含量也会很高的。
因此测泥饼里的P含量,如果有PAC加药,且化学泥不直接排掉,是没有意义的,反映不了大于3%就有生物除磷的效果。
生反池污泥P含量,计算P/VSS的值,根据出水SS的浓度,可以算出出水非溶解性P量;
十
二沉池P的释放
只要污泥处于好氧状态,就不会出现P释放,如果污泥处于厌氧状态,污泥中的P就会很快释放到液相中。
因此污泥不能在二沉池中停留过长,可以通过降低二沉池的泥层厚度解决。
(增大排泥和提高回流比)
了解二沉池是否存在磷释放
DO、溶解性P
二沉池、好氧末端泥水混合液静沉1h后的上清液、出水
十一
水温
厌氧段,温度对厌氧释磷的影响不太明显,在5-30℃除磷效果均很好。
严冬是否有影响,可监测。
了解厌氧段沿程温度变化情况
水温(按环境监测方法检测)
十二
污水中阳离子
生物除磷系统中,污水中必须有足够数量的阳离子,因为它们与聚磷酸盐的贮存有着非常密切的关系。
尤其是Mg、K、Ca。
大多数城市污水都含有足够量这类无机元素,但在工业废水处理中采用生物磷时,应该注意维持足够量的无机元素。
北厂、南厂原则上无需检测。
此块检测还需深入了解。
衍生点4:
污泥含糖类物质(carbohydrates简写为CH)代谢是除磷工艺中活性污泥的一个普遍而重要的生命活动。
在生物除磷工艺中,污泥CH含量是变化的,其含量的上升与污泥除磷能力的下降同步,因此将污泥CH量控制在较低水平是实现高效生物除磷的一个重要条件。
在好氧条件下,反硝化脱氮后的泥水混合液进入好氧池,微生物将代谢体内吸收的未被降解的有机物,并吸收磷合成聚磷。
同时,微生物还将合成一定数量的糖,供回流到泥水接触分离池后降解体内糖、吸收有机物和释放磷,实现污泥CH和聚磷酸盐的再生。
在厌氧条件下,微生物倾向于利用降解体内的糖提供能量维持生活,而不倾向于利用聚磷水解提供能量吸收有机物,只有当活性污泥中的含糖量降到10%以下时,微生物才会利用聚磷水解提供能量吸收有机物,同时释放磷。
换言之,活性污泥含糖量很高时,微生物虽然也可能吸收有机物,但不能除磷;
只有当含糖量低于10%时,才能取得满意的除磷效果。
活性污泥中的含糖量过高会影响出水TP。
衍生点6:
反硝化除磷
反硝化除磷:
是脱氮和除磷共生体,代替反硝化脱氮和好氧吸磷,给大家一个我画的关于缺氧池反硝化除磷的关系图,供参考。
现在的大部分设计,可能不利于反硝化除磷的。
厌氧段有释磷发生,后面缺氧段没有碳源,有硝态氮和磷酸盐就会利于反硝化聚磷菌的形成。
所以要想有反硝化除磷,缺氧池前段不要进碳源,不要有DO,厌氧段有释磷,培养一段时间,就这么简单。
但是,很多厂现在都是化学除磷,PHB已经没有了,就不要考虑这个了。
衍生点:
7:
进水COD负荷
当进水COD负荷率较低时,一方面聚磷菌不能产生足够多的PHB用作磷的吸收,去除率较低;
另一方面在保证产生足够的PHB用作磷的吸收同时,由于COD负荷率低,聚磷菌不能实现自身生物的净增长,吸收的磷无法通过剩余污泥排除,除磷效率低。
当进水COD负荷率较高时,非聚磷菌的好氧异养微生物将与聚磷菌产生竞争,而聚磷菌与其他好氧异养菌相比是生长缓慢的微生物,最终导致活性污泥中的聚磷菌因非聚磷菌的好氧异养微生物的增殖而减少,反过来使磷的去除率降低。
因此为了获得稳定的生物除磷效率,必须控制好运行系统的COD负荷率,以保证能够产生足够的PHB,同时实现活性污泥的净增长。
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