一、生物脫氮除磷的原理
污水生物脫氮的基本原理就是在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的基礎(chǔ)上，利用硝化菌和反硝化菌的作用，在好氧條件下將氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓_(dá)到從廢水中脫氮的目的。廢水中氮的去除還包括靠微生物的同化作用將氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞原生質(zhì)成分。主要過程如下：氨化作用是有機(jī)氮在氨化菌的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。其中亞硝酸菌和硝酸菌為好氧自養(yǎng)菌，以無(wú)機(jī)碳化合物為碳源，從NH4+或NO2-的氧化反應(yīng)中獲取能量。
污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物來(lái)完成：在好氧條件下，聚磷菌不斷攝取并氧化分解有機(jī)物，產(chǎn)生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分則使ADP與H3PO4結(jié)合，轉(zhuǎn)化為ATP而儲(chǔ)存起來(lái)。細(xì)菌以聚磷(一種高能無(wú)機(jī)化合物)的形式在細(xì)胞中儲(chǔ)存磷，其能量可以超過生長(zhǎng)所需，這一過程稱為聚磷菌磷的攝取。處理過程中，通過從系統(tǒng)中排除高磷污泥以達(dá)到去除磷的目的。在厭氧和無(wú)氮氧化物存在的條件下，聚磷菌體內(nèi)的ATP進(jìn)行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，這一過程為聚磷菌磷的釋放。
在生物處理工藝中，水力停留時(shí)間(hydraulic retention time，HRT)是一個(gè)非常重要的參數(shù)，不同的HRT直接影響微生物與基質(zhì)底物的接觸時(shí)間以及傳質(zhì)過程，進(jìn)而影響工藝對(duì)污水的處理效能，停留時(shí)間過短，反應(yīng)器內(nèi)不能保持足夠的生物量，影響反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性和處理效果；而停留時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使反應(yīng)器處理能力過剩，造成浪費(fèi)。而且，它不僅影響整個(gè)系統(tǒng)的處理效能，還直接決定了反應(yīng)器容積的大小，從而影響了系統(tǒng)的基建費(fèi)用。因此，確定合理的HRT對(duì)于保證系統(tǒng)的處理效能及節(jié)省工程投資都具有十分重要的意義。
二、不同的HRT對(duì)脫氮的影響
A2/O工藝在較長(zhǎng)HRT條件對(duì)NH3-N有很好的去除效果，HRT過短，反應(yīng)池中各微生物種群沒有充分的時(shí)間生長(zhǎng)，污泥流失過快，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)都沒有得到充分的進(jìn)行。當(dāng)HRT達(dá)到一定的值時(shí)，已足夠各反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)充分進(jìn)行，再增加HRT，也只能是增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，對(duì)脫氮作用沒有更顯著的效果。
但是，通過對(duì)膜生物反應(yīng)器復(fù)合工藝的研究指出，試驗(yàn)選定的HRT范圍內(nèi)(4.97h-8.70h)，系統(tǒng)對(duì)TN的去除率隨著HRT的減少而增加。這是因?yàn)殚L(zhǎng)HRT條件下，系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷率降低，會(huì)使生物的內(nèi)源呼吸加劇，影響污泥的活性，最終降低系統(tǒng)對(duì)污染物去除效果。降低HRT可使系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷率提高，進(jìn)而使系統(tǒng)反硝化的能力增強(qiáng)，最終提高氮的處理效果。
三、不同的HRT對(duì)除磷的影響
在SBR工藝中，HRT對(duì)PO3-4-P的去除效果影響較小，該工藝對(duì)PO3-4-P沒有明顯的去除效果。這可能是由于反硝化菌與聚磷菌同屬異養(yǎng)菌，由于反硝化菌能夠先于聚磷菌吸收和利用VFA進(jìn)行反硝化脫氮，并且聚磷菌對(duì)于碳源的要求要嚴(yán)于反硝化菌，即易降解有機(jī)物優(yōu)先被反硝化菌利用，導(dǎo)致聚磷菌吸附的碳源較少，相應(yīng)地VFA也較少，在厭氧下轉(zhuǎn)化生成的PHB(聚β-羥基丁酸)就減少，從而需要釋放的磷產(chǎn)生的能量就相對(duì)減少。
通過對(duì)A2/O工藝的研究，HRT升高，TP去除率不一定升高，而是呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，HRT為8h時(shí)，TP去除率最高，去除效果最好。當(dāng)HRT升高至12h時(shí)，TP去除率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，除磷效果惡化。這就說明了較長(zhǎng)的HRT有利于TP的去除。但隨HRT的增大，TP去除率逐漸減小，還會(huì)對(duì)TP的去除有不利影響。這可能是因?yàn)镠RT太大的話，產(chǎn)生污泥膨脹，在碳源一定的情況下，硝化細(xì)菌與聚磷菌之間就會(huì)形成較為激烈的競(jìng)爭(zhēng)，而聚磷菌的存活能力低于硝化細(xì)菌，所以就會(huì)造成聚磷菌的死亡，不利于吸磷作用的進(jìn)行，因此，HRT增大，TP的去除率提高幅度逐漸減小。
四、總結(jié)
通過以上調(diào)研發(fā)現(xiàn)，HRT對(duì)不同生物脫氮除磷工藝的脫氮除磷效率的影響不同，因此，要具體情況具體分析，但是每一種工藝都有其最佳的水力停留時(shí)間，在此條件下，運(yùn)行效果最好，且基建成本最低。
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