生物除磷机理

 

聚磷菌(英文名称:poly-P bacteria )

聚磷菌也叫做摄磷菌、除磷菌,是传统活性污泥工艺中一类特殊的细菌,在好氧状态下能超量地将污水中的磷吸入体内,使体内的含磷量超过一般细菌体内的含磷量 的数倍,这类细菌被广泛地用于生物除磷。一般认为,聚磷菌分为两种,兼性厌氧的反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌,其中反硝化聚磷菌能利用氧或硝酸盐作为电子受 体,而好氧聚磷菌只能利用氧作为电子受体。

当活性污泥中的聚磷菌生活在营养丰富的环境中,在将进入对数生长期时,为大量分裂作准备,细胞能从废水中大量摄取溶解态的正磷酸盐,在细胞内合成多聚磷酸盐,如具有环状结构的三偏磷酸盐和四偏磷酸盐;具有线状结构的焦磷酸盐和不溶结晶聚磷酸盐;具有横联结构的过磷酸盐等,并加以积累,供下阶段对数生长时期合成核酸耗用磷素之需。另外,细菌经过对数生长期而进入静止期时,大部分细胞已停止繁殖,核酸的合成虽已停止,对磷的需要量也已很低,但若环境中的磷源仍有剩余,细胞又有一定的能量时,仍能从外界吸收磷元素,这种对磷的积累作用大大超过微生物正常生长所需的磷量,可达细胞重量的6%-8%,有报道甚至可达10%。以多聚磷酸盐的形式积累于细胞内作为贮存物质。

但当细菌细胞处于极为不利的生活条件时,例如使好氧细菌处于厌氧条件下,即所谓细菌“压抑”状态时,聚磷菌能吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸及乙醇等极易生物降解的有机物质,贮存在体内作为营养源,同时将体内存贮的聚磷酸盐分解,以P043—P的形式释放到环境中来,以便获得能量,供细菌在不利环境中维持其生存所需,此时菌体内多聚磷酸盐就逐渐消失,而以可溶性单磷酸盐的形式排到体外环境中,如果该类细菌再次进入营养丰富的好氧环境时,它将重复上述的体内积磷

(聚-β-羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB),是一种存在于许多细菌细胞质内属于类脂性质的碳源类贮藏物)

聚磷菌除磷机理:

   ①     好氧条件下,聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物,产生的能量一部分用  于磷的吸收和聚磷的合成,  一部分则使  ADP (磷酸盐) 与  H  3  PO  4  结合,  转化为  ATP  (三磷酸腺苷) 而储存起来。细菌以聚磷的形式在细胞中储存磷,其量可以超过生长所  需,这一过程称为聚磷菌磷的摄取。处理过程中,通过从系统中排除高 磷污泥以达到除磷的目的。   

②     在厌氧条件下,聚磷菌体内的  ATP  进行水解,放出  H  3  PO  4  和能量,形成  ADP  。这一过程称为聚磷菌磷的释放。聚磷菌除磷则就是通过以上两种过程完成的。

 

活性污泥法处理污水时,将活性污泥交替在厌氧和好氧状态下运行,能使过量积聚磷酸盐的积磷菌占优势生长,使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中积磷菌在厌氧状态下释放磷,在好氧状态下过量地摄取磷。经过排放富磷剩余污泥,其结果与普通活性污泥法相比,可去除污水中更多的磷。

1)生物除磷只要由一类统称为聚磷菌的微生物完成,由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产物,使得聚磷菌在生物除磷系统中具备了竞争的优势。
2)在厌氧状态下(没有溶解氧和硝态氮存在),兼性菌将溶解性有机物转化成挥发性脂肪酸;聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐,并从中获得能量,吸收污水中的易降解的COD,同化成细胞内碳能源存贮物聚β-羟基丁酸(PHB)或β-羟基戊酸(PHA)等。
3)在好氧或缺氧条件下,聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体,氧化代谢内贮物质PHB或PHV等,并产生能量,过量地从污水中摄取磷酸盐,能量以高能物质ATP的形式存贮,其中一部分有转化为聚磷,作为能量贮于胞内,通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的。
除磷示意图
除磷示意图

除磷示意图

生物除磷的基本过程

1、除磷菌的过量摄取磷
好氧条件下,除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚b-羟基丁酸(PHB)的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷,一部分磷被用来合成ATP,另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。
2、除磷菌的磷释放
在厌氧条件下,除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP,并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内,以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内,同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。
3、富磷污泥的排放
在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多,废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程,将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的
注:磷的去除有化学除磷生物除磷两种工艺,生物除磷是一种相对经济的除磷方法,但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/l出水标准的要求,所以要达到稳定的出水标准,常需要采取化学除磷措施来满足要求.
生物除磷主要是由一类统称为聚磷菌的微生物完成的,这类微生物均属于异养型微生物.其特点是都是利用有机物作为碳源.
在生物除磷过程中存在着厌氧和好氧环境,这两个环境起着不同的作用:
在厌氧的条件下,聚磷菌将细胞中的聚磷水解为磷酸盐,得到能量,并利用污水中易降解的COD合成储能物质存于细胞内;
在好氧的条件下,聚磷菌氧化这些胞内的储能物质,释放出能量用于摄取污水中的磷酸盐合成ATP,其中一部分又转化为聚磷作为能量存于细胞内.
整个过程不断的循环,且好氧的吸磷量大于厌氧的释磷量,从而达到除磷的目的.
这是生物除磷的原理了,

污水化学除磷技术详解

一、传统污水化学除磷工艺

化 学除磷的基本原理是通过投加化学试剂形成不溶性的磷酸盐沉淀物,然后通过固液分离将磷从污水中除去。固液分离可单独进行,也可以与初沉污泥和二沉污泥的排 放相结合。按照工艺流程中化学试剂投加点的不间,磷酸盐沉淀工艺可以分成前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀三种类型。前置沉淀的药剂投加点是原污水,形成的沉 淀物与初沉污泥一起排出。协间沉淀的药剂投加点包括初沉出水、曝气池以及二沉池以前的其他点位,形成的沉淀物与剩余污泥一起排出。后置沉淀的药剂投加点在 二级生物处理之后,形成的沉淀物通过另设的固液分离装置(澄清池成滤池)进行分离。

可用于化学除磷的金属盐有n种:铝盐(巯酸铝、铝酸钠)、钙盐和铁盐(三氯化铁、 硫酸铁、硫酸亚铁和氧化亚铁)。化学法除磷,也可称混凝沉淀除磷技术,污水中的磷酸盐能和以h物质生成不溶性的沉淀物而被去除。化学法除磷过程中发生的化学反应如下:

化学法的特点是磷的去除率髙,处理结果稳定,污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷而造成二次污染,但污泥产量大。

此 外,也可以采用石灰或者钢铁工业的酸洗废液。在选用化学药剂时,主要应当考虑价格、污泥产生置、安全和装置的维护等。由于石灰法除磷的药剂投加设备费用和 运行维护费用相当高,20世纪80年代以后已经很少使用。从安全角度看,选用硫酸铝更伴,_因为尽管这些药剂都有腐蚀性,但程度不同。酸洗废液和三氯化铁 的腐蚀性强,能够伤害人体,并对钢铁、混凝土材料产生严重的腐蚀。从处理费用的角度看,如果酸洗废液的来源可靠,杂质含量能够满足后续工艺的运行条件以及 出水、污泥纯度的要求,那么,通过以废治废,就可以大幅度地降低除磷费用。由于疏酸铝产生的污泥相当难以处理,因而需要设置污泥综合处理设施(浓缩、消化 和脱水)的污水处理厂不宜采用。总之,药剂的选用,需要考虑多方面的因索后才能得到满意的结果。

污水化学除磷需要一些相关设施.包括药剂的储存库房、药剂的溶解与投加系统、药剂加人置控制系统、药剂混合与絮凝单元以及澄清池等部分。只有充分优化相关单元的操作条件,才能达到预期的化学除磷效果。

二、弗斯特利普除磷工艺

弗斯特利普(Phostrip)除磷工艺,又名侧流工艺,由Levin于1965年首先提出,是一 种将生物除磷与化学除磷方法相结合的工艺(工艺流程见下图)。该工艺采用石灰为化学 除磷的沉淀剂,剩余污泥中含有大量的Ca3(P04)2。

与 其他除磷工艺相比,Phostrip除磷工艺的最大优势是操作灵活、适应性强、能够保证出水很低的总磷浓度。例如,当原污水的VFA/TP比值较低时,由 于有效厌氧释磷量和剩余泥产生量均不足,好氧除磷效率不高,这时候,可以增大药剂的投加量,以保证出水达标排放,而当生物除磷率很高时,又可以及时地减少 投药量,避免不必要的浪费。试验表明,其石灰用最一般介于21~31.8 [mgCa(OH>2/m3污水],是比较低的。第二,剩余污泥中含磷量约为2.1%~7.1%,是比较低的,可以充作肥料。第三,本工艺的SVI 值低于100,污泥易于沉淀、浓缩和脱水、肥分高,丝状菌难于增殖,污泥不膨胀。但是,该工艺也有—些劣势:

①Phostrip工艺的流程复杂,石灰储存和预备系统的问题也较多,维护、运行和管理的要求也较高,因而基建投资和运行费用均比较髙。

②沉淀池的底部可能形成缺氧环境而产生磷释放的现象,应当及时排放和回流含揉污泥。

 

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