城市污水生物除磷脱氮技术原理概述

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1、1.城市污水处理系统中的关键微生物　　在城市污水处理厂中，生物处理过程是由多种生物群体通过各式各样的生物反应过程来完成的。所有生物群体都来源于外部环境，即来源于污水、空气、土壤或处理厂内外的动物。这些生物群体包括细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物。在活性污泥系统中，构成生物群体生存压力和最终选择的因素主要包括最终电子受体的类型及利用能力、可获得的基质以及对基质的利用能力、是否具有絮凝沉淀特性、在环境温度下能否生存及生长、生长速率高低、是否具有生长悬浮能力。　　参与污水生物处理过程的关键性微生物群体可以划分为以下两个类别：　

2、　（1）异养菌：利用有机物质作为营养和能源的细菌。化能有机营养菌通过复杂有机物的分解代谢获得能源和生物合成所需的中间体，直接代谢初级基质或者二级基质。这是数量明显占优的一个类别。　　（2）自养菌：利用二氧化碳或碳酸盐作为唯一碳源。其中，无机化能自养菌通过氧化还原性无机物获得生长所需的能量，例如完成氨氮氧化的硝化菌，由亚硝酸菌和硝酸菌组成，这个类群只有存在溶解氧时才能增殖，厌氧和缺氧状态下均不能增殖；光能自养菌则直接利用太阳光能（例如蓝绿藻）。　　　　根据城市污水处理系统中异养菌对硝态氮的利用能力，可以将其划分为反硝化菌和非反

3、硝化菌：　　（1）反硝化菌：通常是兼性厌氧菌，好氧和缺氧状态下均可以利用快速生物降解有机物进行增殖，厌氧状态下可以进行有机物的水解，但不能增殖。　　（2）非反硝化菌：通常是好氧菌，好氧状态下可以利用快速生物降解有机物进行增殖，缺氧和厌氧状态下可以进行有机物的水解，但不能增殖。　　根据城市污水处理系统中微生物对磷酸盐的去除能力，可以将其划分为聚磷菌和非聚磷菌：（1）聚磷菌：在厌氧/好氧交替循环工艺过程的厌氧阶段，可以利用细胞内聚合磷酸盐分解所产生的能量，吸收外部的快速生物降解有机物并以高分子有机聚合物（PHA）的形式存储起来，

4、释放出正磷酸盐，但不出现细胞增殖；如果具有反硝化能力，就能够在随后的缺氧和好氧阶段，利用存储的有机物进行产能代谢和细胞增殖，同时大量吸收外部的磷酸盐，在细胞内以聚合磷酸盐的形式存储起来。如果不具备反硝化能力，则只有在好氧状态下才能利用存储的有机物进行产能代谢、细胞增殖和磷的吸收。（2）非聚磷菌：厌氧过程中进行有机物的水解和发酵，细胞不增殖；缺氧状态下是否利用快速生物降解有机物进行增殖取决于能否利用硝态氮；在好氧状态下能够利用快速生物降解有机物进行增殖。2.城市污水中氮的来源与去除途径　　城市污水中氮的主要来源为：生活污水；工

5、业污水，特别是化肥、焦化、洗毛、制革、印染、食品与肉类加工、石油精炼行业排放的污水；地表径流，氮氧化合物、固体物、渗滤液等。氮的存在形式包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及杂环化合物、氰化物等。　　在城市污水生物脱氮系统中，氮的转化过程如图1所示。颗粒性不可生物降解有机氮通过生物絮凝作用成为活性污泥组分，通过排除剩余活性污泥从系统中去除；颗粒性可生物降解有机氮通过水解转化为溶解性可生物降解有机氮。溶解性不可生物降解有机氮，随处理出水排出，决定出水的有机氮浓度；溶解性可生物降解有机氮通过异养细菌的氨化作用转化为氨氮，其中

6、尿素可迅速水解成碳酸铵。好氧条件下硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，缺氧条件下反硝化菌将硝酸盐异化还原成气态氮，从水中除去。图1污水生物脱氮系统中氮的生物转化过程　　硝化菌包括亚硝酸菌和硝化杆菌，是专性好氧菌，只有存在溶解氧的好氧条件下才能增殖，厌氧和缺氧条件下不能增殖，而其衰减死亡过程在厌氧、缺氧、好氧状态下均会发生。　　反硝化菌（兼性厌氧菌）能够在缺氧和好氧条件下利用快速生物降解有机物进行增殖；厌氧条件下，可以进行颗粒性有机物的水解和溶解性有机物的酸化（发酵），但通常不能增殖；部分反硝化菌同时也是聚磷菌，在缺氧和好氧条件下会出现

7、磷的吸收，厌氧条件下会出现磷的释放。　　非反硝化菌（好氧菌）能够在好氧条件下利用快速生物降解有机物进行增殖；厌氧和缺氧条件下，可以进行颗粒性有机物的水解和溶解性有机物的酸化（发酵），但不能增殖。　　由于硝化作用主要受硝化菌比增长速率、泥龄和温度控制，活性污泥中的硝化反应控制可以分成不硝化、部分硝化和完全硝化三种情况，其中部分硝化属于不可控制的高度不稳定过程，因此，活性污泥系统中硝化功能只能按完全硝化与不硝化这两种方式来设计，不能按部分硝化的方式设计。　　在低水温的环境中，需要增加设计泥龄来保障冬季的硝化能力；在已经投产的污水

8、处理厂中，可以在夏末秋初逐步提高反应池的活性污泥浓度，使冬季能够维持较高的活性污泥及硝化菌浓度，抵御低温条件对硝化的不利影响，春季后再逐步降低反应池的活性污泥浓度，以保障反应池的溶解氧控制水平。　　当污水处理系统按硝化设计时，从生物除磷角度及降低能耗角度考虑，处理系统都必须具备反硝化能力，