orbal 氧化沟同时硝化反硝化及生物除磷的机理研究

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1、Orbal氧化沟同时硝化/反硝化及生物除磷的机理研究　　　活性污泥法是一种废水生物处理工艺，它也可设计成除营养即脱氮除磷的构形，通过混合使非曝气段形成缺氧及厌氧环境而达到上述目的。Grady、Daigger及Lim[1]定义了其发生在各段中的功能及获得不同除营养程度的必要条件。采用这些明确定义的缺氧及厌氧段工艺已发展了20年，至今仍在污水处理中广为应用。　　与此同时，在那些没有很明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们曾多次观察到脱氮除磷现象，在曝气系统中也曾多次观察到氮的消失[2]，这些现象被称为同时硝化/反硝化。另外，人们在同一个曝气池中也观察到生物除磷现象[3、4](其中并没

2、有正式的厌氧段存在)。正如表1所列，同时去除营养(氮及/或磷)即SBNR系统提供了今后降低投资并简化生物除营养(BNR)技术的可行性。然而，对于SBNR的机理至今还没有很深入地认识与了解，它不仅仅是一个设计与运行的简单问题。如果能对其应用机理很好地进行分析，则SBNR的推广应用范围将更广泛，使其能在现有处理设施中更易被采用。　表1 SBNR的优缺点优点缺点（1）不需加导流板去形成缺氧及/或厌氧段（2）不需单独设置缺氧及/或厌氧段装置（3）不需要液内循环（4）可以在现有设施中实施，不需另设构筑物（1）运行操作机理还没有很好地被认识，因而不知如何推广应用（2）工艺控制可能会更复杂　　根

3、据对实现SBNR系统的分析表明，三个主要机理是造成发生SBNR的原因：　　①混合形态　　由于生物反应池混合形态不均，例如充氧装置的不同，可在生物反应池内形成缺氧及/或厌氧段。此种情况称为生物反应池的大环境，即宏观环境。　　②菌胶团　　缺氧及/或厌氧段可在活性污泥菌胶团内部形成，即微环境。　　③新的专用微生物菌种　　目前先进的微生物学已在一定范围内展示先前并没有被认识的微生物菌种，其可以在曝气生物反应池中用来去除氮、磷。　　在生产规模的生物反应池中，整个反应池处于完全均匀混合状态的情况并不存在。就氧化沟及一些通过采用充氧装置来完成大量混合液循环的处理厂而言[1、5]，高度的充氧发生在

4、反应池一端，受限制的充氧发生在反应池的其余部分，混合液在曝气及非曝气段循环。这种生物反应池流态也是BNR系统的特点，定义为好氧、缺氧、及厌氧段。　　此外，发生在菌胶团内部的溶解氧浓度梯度目前也已被公众认同，从而使实现BNR所必须的缺氧及/或厌氧段可在菌胶团内部形成。因此，SBNR也可在这种非正式的、没有形成明显区别的缺氧及/或厌氧段内被观察到[6～8]。事实上，根据这个机理，目前已对有关达到脱氮的SBNR工艺的运行效果建立了数学模型，并进行了分析。　　在过去几年中，许多新的氮生物化学菌族被鉴别出来，其中至少部分菌种以组团形式对SBNR起作用，包括起反硝化作用的自养硝化菌(统称AMA

5、NMOX工艺)及起硝化作用的异养菌(即曝气反硝化)[9]。目前对生物化学及生物除磷工艺的微生物学理解还不够完善，对其认识还在发展之中[10]。　　以上所阐述的关于研究SBNR最基本假设的三个机理可以同时应用于任何系统中实现SBNR，但符合逻辑的每种机理的相对作用可能变化，这取决于系统的设计及运行参数。理解及控制SBNR的关键是要了解工艺设计及运行参数将如何影响SBNR，这也是整个SBNR研究的基本目标。　　本文对那些具有生产规模的、已知或被认为具备发生SBNR的活性污泥处理厂进行定性分析，以确定SBNR在其中的状况，重点放在采用Orbal构形的污水处理厂。Orbal工艺生物反应池是

6、由3个闭路环形沟道以串联方式组成。其中每个沟道充氧程度不同，因而在各沟道创造了不同的环境[6]。这种变化的空间环境贯穿于整个生物反应池，以使先前描述的第一个混合形态机理得以成立及应用。同时由于3个沟道均处于曝气状态，故液相中溶解氧浓度受到控制，从而造成一种在生物菌胶团内部形成缺氧及/或厌氧微环境的趋势(即第二个机理)，这就使得Orbal构形成为理想的研究SBNR的对象。同时若将重点集中于具体处理厂的有关构形，则可允许对与SBNR有关的其它设计及运行参数的影响因素进一步定性分析。　　①定性分析发生在所选生产规模的处理厂中同时脱氮、除磷的程度；　　②定性分析工艺运行参数将如何影响其特性

7、(脱氮、除磷或两者兼有)及对SBNR的限制程度；　　③记录观察到的任何可能有助于对所选具体处理厂进一步深入研究的现象。1方法及材料1.1Orbal工艺描述　　图1提供了一个典型的三沟道Orbal处理系统的简图。废水从沟道1(外沟道)进入，然后依次流入沟道2、3(内沟道)。曝气池混合液出水流入二沉池。回流污泥由二沉池打回沟道1。充氧是通过曝气转碟来完成，这种充氧方式同时也使混合液在各自沟道呈悬浮态的循环。象其它闭路循环生物反应池一样，混合液将在其沟道内循环多次再流入下一