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1、 强化吸附生物除磷工艺的探讨 专 业： 给排水工程 目录 1. 课题概述3 2. 课题研究的意义3 3. 文献综述5 4. 强化吸附法进行生物除磷实验20 5. 实验结论241 课题概述生物除磷是近二十年来发展不久的一种工艺，它对水体富营养化的防治有很大的意义。国内最新颁布的污水排放原则“GB9781996”规定排入、类水体的磷酸盐含磷量分别不得超过0.5和1.0mg/l。强化吸附作用原理即在老式的生物除磷工艺A/O工艺流程厌氧池的前面加一种小的厌氧池，此小的厌氧池的停留时间比比原厌氧池短的多（不不小于30min），称之为吸附池。此工艺是根据微生物的生理特性和厌氧好氧除磷的原理而设计的。其作用
2、原理即在解决流程首断增长一种生物选择器，以改善污泥性能，促使微生物对有机物的吸取。曾有学者将强化吸附用于生物脱氮工艺，获得良好效果。从理论上分析，它对于生物除磷效果也应有增进作用。2 课题研究的意义一、富磷给水体所导致的危害用好氧活性污泥解决法解决废水，重要是清除废水中含碳的有机污染物（BOD），在好氧解决过程中，活性污泥微生物有增长。由于氮、磷等营养元素是构成微生物细胞的重要组分之一（氮一般占污泥干重的12.5%，磷占干重的1.52.0%），因此通过同化合成微生物细胞，并以剩余污泥形式排放可以清除废水中的一部分氮、磷营养物。但是，出水中磷含量常常会超过0.51.0mg/l的排放原则，成为藻类
3、生长的营养来源，可因此导致水体的富营养化，导致溶解氧减少，浮现厌氧消化，变黑发臭，对水产养殖、饮用水质量等导致严重危害。二、生物除磷的意义由于水体中生长着固氮微生物、固氮蓝藻，它们能固定大气中的分子氮，供藻类生长所需。磷浓度的高下将成为控制湖泊中藻类生长丰度最重要的因子。据计算，水体中如含磷水平低于0.5mg/l(以PO43-计)，就能控制藻类的过盛生长，如低于0.05mg/l(PO43-),则藻类几乎停止生长。因此目前世界各国对控制水体中的磷含量都十分注重。 长期以来，各国大多采用化学法除磷。化学法除磷简便易行，适合于水量小、水质成分波动大的含磷废水解决。然而，化学法除磷沉淀后污泥量大、并难
4、以处置；所有物化法除磷成本均很昂贵，对解决量大的污水厂往往难以承受。 在六十年代，环境工程学家发现好氧活性污泥解决厂在某些运营条件下污泥中磷含量特别高。因此通过排放剩余污泥而清除的磷量也大大增长，此现象后来被众多学者研究和开发成多种各样的生物除磷工艺。据Gilbert等人(1965)简介，生物除磷法有许多突出的长处： （1) 除磷效果高; （2) 可减少化学污泥量; （3) 可减少活性污泥的膨胀现象、改善污泥沉降性能、污泥易脱水、肥效高; （4) 动力消耗低，平常运营费用省; （5) 操作以便; （6) 适合于既有污水解决厂的改建。三、进行生物除磷是新都市污水解决厂面临的实际问题最新颁布的都市
5、污水解决厂排放原则GB9781996对1998年1月1日之后建成的污水解决厂排放水质提出了新的更高的国标。它规定排入I、II类水体和IV、V类水体中的氨氮含量不应高于15和20毫克/升，磷酸盐磷含量分别不高于0.5和1.0毫克/升。其中磷的含量达到了发达国家的排放原则。老式的活性污泥法不能达到上述排放原则。而用化学法除磷不仅投资大，运营费用也相应增长，并且会产生大量化学污泥。但目前对生物除磷可靠性没有把握。因此需要研究有效的、投资节省的生物除磷措施，使之能尽快得到实际应用。四、强化吸附法生物除磷理论设想 介于老式的生物除磷工艺的除磷效率尚有待提高，而强化吸附法生物除磷工艺是在老式的生物除磷工艺
6、流程厌氧池的前面加一种小的厌氧池，此小的厌氧池的停留时间比比原厌氧池短的多（不不小于30min），称之为吸附池。在这样一种小环境中，集磷菌可以运用充足的营养使之以PHB的形式储存在菌体内，并使产酸、发酵过程得以继续进行，到下一种厌氧池得以更进一步的放磷，从而为后来的好氧吸磷发明了充足的条件。此工艺是根据微生物的生理特性和厌氧好氧除磷的原理而设计的。其作用原理即在解决流程首断增长一种生物选择器，以改善污泥性能，促使微生物对有机物的吸取。曾有学者将强化吸附用于生物脱氮工艺，获得良好效果。从理论上分析，它对于生物除磷效果也应有增进作用。推断其除磷效果较其他常用生物除磷工艺要好，近而作了实验研究。3
7、文献综述一、生物除磷机制假说的发展 早在1955年，Greenberg等报导了活性污泥可吸取超过微生物正常生长所需的磷量。Srinath(1959)和Alarcon(1961)一方面报导了污水解决厂污泥生物除磷的现象，但她们均未解释其因素。 对活性污泥过量除磷的系列研究始于六十年代中期，Shapiro等对此进行了大量研究，她们肯定了曝气对污泥吸磷的作用，在不曝气时，可发现磷释入溶液。当pH低时也有磷释放现象发生。 比较有代表性的解释污泥能过量积累并清除磷的假说有两个，一是生物诱导的化学沉淀作用；二是生物积磷作用。1、生物诱导的化学沉淀作用这一假说的核心是由于污泥微生物的代谢作用，导致微环境发生
8、变化，成果使废水中的溶解性磷酸盐化学性地沉积于污泥上，并随剩余污泥的排放一起清除。（1）Menar和Jenkins的假说1969年Menar提出，污泥的过量积磷是由于磷酸钙的沉淀和重新溶解的成果。废水中的磷被化学性地沉淀并结合在活性污泥中，随剩余污泥而清除。她们的论点是：在推流式曝气池的进水端，回流污泥与进水混合，由于废水中有机基质含量丰富，因此污泥活性强、代谢和好氧速率高、CO2产量高。成果污水的DO减少，pH也下降，使污泥中也许存在的磷酸钙沉淀部分溶解，加上污泥对废水中有机磷和脂肪酸钙盐的降解，使溶解性磷酸盐浓度升高。随着污泥混合液在曝气池中向前推动，可运用的有机基质减少，污泥的呼吸速率和
9、CO2产率减少。若供氧速率不变，溶解氧将会增长。CO2产率的减少和曝气对CO2的吹脱，使pH上升，导致浮现磷酸钙沉淀。（2）借助pH微环境变化的化学沉淀作用除了在大环境pH变化的影响下发生磷酸钙沉淀假说外，有人提出了与之相似的假说，即在污泥絮体内部pH微环境变化所导致的化学沉淀。2、生物积磷作用生物积磷假说觉得污泥中某些微生物在某些环境条件下，有过量积聚磷酸盐的作用，并通过剩余污泥的排放从系统中除磷。当细菌细胞生活在营养丰富的环境里开始大量繁殖即将进入对数生长期时，因细菌为大量分裂作准备，细胞能从外界大量吸取可溶性磷酸盐，在体内合成多聚磷酸盐并积累起来，供对数生长期合成磷酸耗磷之需。此外，当细
10、菌通过对数生长期时，环境中的某些营养物质，如碳源、氮源或硫源等已消耗殆尽，成为其生长繁殖的限制因子。这时大部分细胞已停止繁殖，核酸的合成也已停止，对磷的需要量已经很低，若环境中的磷源仍然有余，细胞又有一定的能量，便能从外界吸取磷素，以多聚磷酸盐的形式积贮于细胞内。许多学者对细菌体内积磷的机理和清除环境中磷的途径进行了更进一步的研究。其中许多人觉得细菌的积磷是通过“过度积累” 和“贪婪吸取”两种不同的机制进行的。（1）过度积累所谓过度积累是指微生物临时处在缺磷条件之后，若再进入具有大量磷素和其她合适营养的环境，这时细菌就能大量的吸磷。（2）贪婪吸取所谓贪婪吸取是指细菌处在必要的营养元素受限制，但
11、磷不受限制的条件下，若这时细菌有足够的能量可供运用，它们即可将磷吸取并积极转移至细胞内贮藏起来。这个条件相称于处在内源呼吸期或静止生长期，只能在细菌大量生长后营养已接近用尽的状况下发生。在污水解决厂中相称于曝气池末端的活性污泥所处的条件。这种状况下的细菌，当进入厌氧压抑条件时，体内积累的聚磷酸盐可大量释放出来。二、生物除磷的原理贪婪吸取和过度积累现象只是部分的解释了生物过量除磷的机理，还留下某些问题没有解决。例如厌氧压抑对贪婪吸取磷酸盐似乎没起什么作用。1、对生物除磷细菌的研究在七十年代初，Arizona大学的一种研究组发现假单胞菌黄单胞菌群去磷的能力高，而埃希氏菌气单胞菌群去磷能力低。在污水
12、基质中添加葡萄糖可诱导提高后一类菌的吸磷数量。这是第一次摸索污泥中的积磷细菌。后来人们发现不动杆菌莫拉氏菌群具有吸放磷和过量积贮磷的能力。到目前为止已发现了许多在活性污泥中能过量积累聚磷酸盐的微生物。2、积磷细菌在除磷污泥中的发展通过进一步的研究，人们总结了厌氧/好氧系统中有机基质的运用状况和生物除磷的机理。废水中的有机物进入厌氧区后，在发酵性产酸菌的作用下转化成乙酸。积磷菌在厌氧的不利环境条件下（压抑条件），可将贮积在菌体内的聚磷酸盐分解。在此过程中释放出的能量可供积磷菌在厌氧压抑环境下存活之用；另一部分能量可供积磷菌积极吸取乙酸、H+、和e-，使之以聚合羟基-b-丁酸（以PHB表达）形式贮
13、藏在菌体内，并使产酸发酵过程得以继续进行。聚磷分解后的无机磷盐释放出积磷菌体外，此即观测到的积磷细菌厌氧放磷现象。进入好氧区后，积磷菌即可将积贮的PHB好氧分解，释放出的大量能量可供积磷菌的生长、繁殖。当环境中有溶磷存在时，一部分能量可供积磷菌积极吸取磷酸盐，并以聚磷的形式贮积在体内，此即为积磷菌的好氧吸磷现象。这时，污泥中非积磷的好氧性积磷细菌虽也能运用废水中残存的有机物进行氧化分解，释放出的能量可供它生长繁殖；但由于废水中的大部分有机物已被积磷菌吸取、贮藏和运用，因此在竞争中得不到优势。可见厌氧、好氧交替的系统仿佛是积磷细菌的“选择器”，使它可以一支独秀。三、生物除磷动力学 1、不同种类碳
14、源对污泥厌氧放磷的影响许多研究者都观测到磷的释放与厌氧区内溶解性可迅速生物降解有机基质Sbs密切有关。Malnon等（1984）、Hascoet等（1985）进一步提出磷的释放基本上取决于进水中碳源的性质，而不是厌氧状态自身。Gerber等（1987）除了批准这一观点外，还进一步将诱导放磷的有机基质划分为三类，它们都属于Sbs类基质：A类：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有机酸；B类：乙醇、甲醇、柠檬酸和葡萄糖等；C类：丁酸、乳酸和琥珀酸等。郑兴灿等（1992）对此作了具体研究，她们觉得A类基质（SA）存在时放磷速率较大，污泥初始线性放磷系由A类物质诱导所致，放磷速率与SA浓度无关，仅与活性污泥的浓度
15、和微生物构成有关，可以觉得SA类基质诱导的厌氧放磷呈零级动力学反映。B类基质（SB）必须在厌氧状态下转化成A类物质后才干被积磷菌运用，从而诱发磷的释放。因此，SB诱导的放磷速率重要取决于SB类基质转化成SA类基质的速率。SB诱导的厌氧放磷曲线可近似地用Monod型方程式表达之。C类基质（SC）能否引起放磷则与污泥微生物构成有关。在用该基质驯化后，其诱发的厌氧放磷速率与SA接近。（2）硝酸盐对磷释放的影响郑兴灿等（1992）测试了不同浓度的硝酸盐对A类基质、B类基质和都市污水厌氧放磷的影响。她们发现硝酸盐的存在不影响SA诱导的放磷速率，仅影响释放总量。硝酸盐可明显克制SB诱导的磷释放。硝酸盐存在时，污水基质样品中浮现明显的磷的净吸取，当硝
