生物脫氮除磷(Biological Nutrient Removal,簡(jiǎn)稱BNR)是指用生物處理法去除污水中營養(yǎng)物質(zhì)氮和磷的工藝。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,脫氮除磷工藝演變出了多種工藝和工藝變種,下面,江蘇銘盛環(huán)境對(duì)污水處理中常用的生物脫氮除磷工藝進(jìn)行匯總和介紹,以期為我們選擇污水處理技術(shù)路線,提供多種選項(xiàng)。
五、MUCT工藝
與A2/O工藝相比,UCT工藝在適當(dāng)?shù)?/span>COD/KTN比例下,缺氧池的反反硝化可使厭氧池回流液中的硝氮含量接近于零。當(dāng)進(jìn)水COD/KTN較低時(shí),缺氧池?zé)o法實(shí)現(xiàn)完全的脫氮,導(dǎo)致有一部分硝氮隨缺氧回流進(jìn)入?yún)捬醭?,因此又產(chǎn)生了改良型UCT工藝—MUCT工藝(見圖6)。
MUCT工藝有兩個(gè)缺氧池,第一個(gè)缺氧池接受二沉池回流污泥,后一個(gè)缺氧池接受好氧池硝化液回流,使污泥的脫氮與混合液的脫氮完全分開,進(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬醭氐目赡苄浴?/span>
該工藝的主要目的是優(yōu)化除磷效果,第二個(gè)缺氧池進(jìn)水中含有一定量的碳源,該部分碳源反硝化速率較高,在該部分碳源消耗殆盡后,還可進(jìn)行內(nèi)源呼吸反硝化,雖然反硝化速率較低,但可進(jìn)一步提高TN的去除率。
六、Bardenpho工藝系列
6.1 Bardenpho工藝(兩級(jí)AO工藝)
Barnard(1974)開發(fā)的Bardenpho工藝屬于早期生物脫氮(除磷)工藝,其目的是不投加外部碳源的情況下脫氮率達(dá)到90%以上。如圖7所示,在第一個(gè)缺氧段,來自硝化段的混合液內(nèi)回流中含有大量的硝氮,在第一個(gè)缺氧段中利用原水中的碳源作為電子供體,進(jìn)行反硝化,在該段去除的硝氮約占70%(根據(jù)設(shè)計(jì)停留時(shí)間的不同,去除率也不相同)。BOD去除、氨氮氧化和磷的吸收都是在硝化(第一個(gè)好氧池)段完成的。第二缺氧段提供足夠的停留時(shí)間,通過混合液的內(nèi)源呼吸進(jìn)一步去除殘余的硝氮。最終好氧段為混合液提供短暫的曝氣時(shí)間,以降低二沉池出現(xiàn)厭氧狀態(tài)和釋磷的可能性。
6.2 五段Phoredox工藝(簡(jiǎn)稱為Phoredox工藝)
由于發(fā)現(xiàn)Bardenpho工藝中混合液回流中的硝氮對(duì)生物除磷有非常不利的影響,通過Bardenpho工藝的中試研究,Barnard(1976)提出真正意義上的生物脫氮除磷工藝流程(見圖8),即在Bardenpho工藝前段增設(shè)一個(gè)厭氧區(qū)。這一工藝流程在南非稱為五段Phoredox工藝(簡(jiǎn)稱為Phoredox工藝),在美國稱之為改良型Bardenpho工藝。改良型Bardenpho工藝通常按低污泥負(fù)荷(較長(zhǎng)污泥齡)方式設(shè)計(jì)和運(yùn)行,目的是提高脫氮效率。
五段Phoredox工藝使用的SRT比A2/O工藝更長(zhǎng)(10-20d),其他設(shè)計(jì)參數(shù)為:厭氧區(qū) HRT=0.5-1h;第一缺氧區(qū)HTR=1-3h;第二缺氧區(qū)HRT=2-4h;第一好氧區(qū)HRT=4-12h,第二好氧區(qū)HRT=0.5-1h;污泥回流比為50%-100%;混合液回流比為200%-400%。(以上數(shù)據(jù)僅供參考,具體設(shè)計(jì)請(qǐng)根據(jù)水質(zhì)進(jìn)行變動(dòng)。)
6.3 3段改良Bardenpho工藝(或A2/O工藝)
測(cè)試表明,五段Phoredox工藝并不能將硝酸鹽含量降低至零,與第一缺氧區(qū)相比,第二缺氧池因?yàn)椴捎脙?nèi)源呼吸反硝化導(dǎo)致單位容積反硝化速率相當(dāng)?shù)?。第二缺氧池的低效促?/span>Simpkins和McLaren(1978)提出,在某些情況下可取消第二缺氧池,適當(dāng)加大第一缺氧池,以獲得最大的反硝化處理效果和最低的回流污泥硝酸鹽濃度,即3段改良Bardenpho工藝(見圖9),也就是目前常用的A2/O工藝。
七、約翰內(nèi)斯堡(Johannesburg)工藝
本工藝源自南非約翰內(nèi)斯堡,為UCT變型工藝,該工藝(見圖10)的主要目的是盡量減少污泥回流中的硝氮進(jìn)入?yún)捬醭兀岣咻^低進(jìn)水濃度廢水德爾處理效率(其實(shí)脫氮工藝就是碳源的合理分配問題,在不考慮反硝化除磷的情況下,低COD廢水,除磷量越多,反硝化脫氮越差,關(guān)鍵是看操作人員如何取舍)?;亓骰钚晕勰嘀苯舆M(jìn)入缺氧池,該池有足夠的停留時(shí)間利用內(nèi)源呼吸去還原污泥中攜帶的硝氮,然后再進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)進(jìn)行釋磷反應(yīng)。(題外話,這個(gè)工藝在有些資料上給歸為JHB工藝,我認(rèn)為知道工藝的原理就行,有些問題沒必要去糾結(jié)。)
八、PASF工藝
針對(duì)A2/O工藝中各菌群間污泥齡需求矛盾的問題,近年來有很多研究提出將活性污泥法和生物膜法相結(jié)合(非泥膜共存工藝)以緩解這一矛盾。這時(shí)系統(tǒng)中就存在兩類菌群:短泥齡懸浮活性污泥和長(zhǎng)齡生物膜上附著的菌群,這樣能很好的解決硝化細(xì)菌與聚磷菌間的泥齡矛盾。在此基礎(chǔ)之上發(fā)展的工藝為PASF工藝,(見圖11)。該工藝分為前后兩段,前段采用活性污泥法,主要包括厭氧、缺氧、好氧、二沉等;后段采用生物膜法,主要采用曝氣生物濾池或者加裝填料的生物膜池。
該工藝中硝化作用主要集中在曝氣生物濾池內(nèi),大量的硝化反應(yīng)在二沉池之后完成,避免了污泥回流攜帶硝氮對(duì)厭氧釋磷的影響。另外硝化菌和聚磷菌的分開更有利于營造最適宜各類菌群生長(zhǎng)的環(huán)境。該工藝中,菌群分開專性較強(qiáng),可以縮短各反應(yīng)器的停留時(shí)間。同時(shí),在前段活性污泥工藝中釋磷菌在缺少好氧除磷的情況下,反硝化除磷菌(DPB)可以大量富集從而產(chǎn)生反硝化除磷反應(yīng),節(jié)省碳源、節(jié)省能耗。
該工藝在設(shè)計(jì)中,好氧池起到降低污泥沉降比、進(jìn)一步降低BOD(不影響硝化反應(yīng))的功能,幾乎不參與硝化反應(yīng),所以該池停留時(shí)間可以很短(1-2h)。
九、Dephanox工藝
Wanner(1992)首次提出Dephanox雙污泥反硝化脫氮除磷工藝雛形(見圖12)。
所謂雙污泥系統(tǒng)就是硝化菌獨(dú)立于反硝化除磷菌(DPB)而單獨(dú)存在于固定膜生物反應(yīng)器中。該工藝解決了聚磷菌和反硝化菌競(jìng)爭(zhēng)碳源的問題(參照反硝化除磷原理),同時(shí)也巧妙的解決了活性污泥系統(tǒng)培養(yǎng)硝化菌需要的較長(zhǎng)SRT這一不利條件。
在該工藝中,含DPB回流污泥首先在厭氧池完成釋磷和儲(chǔ)存PHB,經(jīng)過快沉池分離后,富含DPB的污泥超越固定膜反應(yīng)器至缺氧池,含氨氮的上清液直接進(jìn)入固定膜反應(yīng)器,進(jìn)行好氧硝化,產(chǎn)生的硝化液流入缺氧池后與DPB污泥接觸,完成反硝化除磷反應(yīng)。由于DPB污泥沒有經(jīng)過好氧池,所以它體內(nèi)的PHB幾乎全用于反硝化吸磷作用。因DPB每吸收1份的正磷酸鹽就需要7份的NO3—-N,故而在污水中N/P低于7時(shí),就意味著缺氧池中硝氮含量不足導(dǎo)致不能徹底除磷,因此需要在缺氧池后增加再曝氣池,從而保證TP的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
其實(shí)該工藝還有一定的缺陷,比如:①厭氧池中無法完全吸附有機(jī)物,導(dǎo)致固定膜反應(yīng)器進(jìn)水中攜帶有BOD,一方面抑制硝化反應(yīng),另一方面造成有機(jī)物的浪費(fèi)和能耗的增高;②在進(jìn)水氨氮偏高時(shí),缺氧池中反硝化除磷菌不能徹底的去除硝氮,導(dǎo)致出水TN的升高。