每天處理15噸一體化污水處理裝置
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生物除磷
1、生物除磷的原理
污水生物除磷的原理就是人為創(chuàng)造生物超量除磷過程，實(shí)現(xiàn)可控的除磷效果。整個過程必須通過創(chuàng)造厭氧環(huán)節(jié)利用厭氧微生物的作用來實(shí)現(xiàn)生物除磷過程。
1）厭氧條件下釋磷
在沒有溶解氧或硝態(tài)氮存在的條件下，兼性細(xì)菌通過發(fā)酵作用將可溶性BOD5轉(zhuǎn)化為低分子揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。聚磷菌吸收這些發(fā)酵產(chǎn)物或來自原污水的VFA，并將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，同化成胞內(nèi)碳能源儲存物質(zhì)PHB，所需的能力來源于聚磷的水解以及細(xì)胞內(nèi)糖的酵解，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。
2）好氧條件下攝磷
好氧條件下，聚磷菌的活力得到恢復(fù)，并以聚磷的形式存儲超過生長所需的磷量，通過PHB的氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式捕集存儲，磷酸鹽從水中被去除。
3）富磷污泥的排放
產(chǎn)生的富磷污泥通過剩余污泥的形式排放，從而將磷去除。從能量角度來看，聚磷菌在無氧條件下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機(jī)物，在好氧狀態(tài)下降解吸收溶解性有機(jī)物獲取能量以吸收磷。
除磷的關(guān)鍵是厭氧區(qū)的設(shè)置，可以說厭氧區(qū)是聚磷菌的生物選擇器。聚磷菌能在短暫的厭氧條件下，由于非聚磷菌吸收低分子基質(zhì)并快速同化和儲存這些發(fā)酵產(chǎn)物，即厭氧區(qū)為聚磷菌提供了競爭優(yōu)勢。
這樣一來，能吸收大量磷的聚磷菌就能在處理系統(tǒng)中得到選擇性增殖，并可通過排除高含磷量的剩余污泥達(dá)到除磷的目的。這種選擇性增殖的另一好處是抑制了絲狀菌的增殖，避免了產(chǎn)生沉淀性能較差的污泥的可能，因此厭氧/好氧生物除磷工藝一般不會出現(xiàn)污泥膨脹。
生物除磷的影響因素：
1）溶解氧
首先必須在厭氧區(qū)嚴(yán)控制的厭氧環(huán)境，這直接關(guān)系到聚磷菌的生長狀況、釋磷能力及利用有機(jī)基質(zhì)合成PHB的能力。其次是必須在好氧區(qū)供給足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌對儲存的PHB進(jìn)行降解，釋放足夠的能量供其過量攝磷。一般厭氧段的DO要嚴(yán)格控制在0.2mg/L以下，而好氧段的DO要嚴(yán)格控制在2mg/L以上。
2）厭氧區(qū)硝態(tài)氮
硝態(tài)氮包括硝酸鹽和亞硝酸鹽，硝態(tài)氮的存在也會消耗有機(jī)基質(zhì)而抑制聚磷菌對磷的釋放，從而影響好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。另外，硝態(tài)氮的存在會被部分聚磷菌作為電子受體進(jìn)行反硝化，從未影響其以發(fā)酵產(chǎn)物作為電子受體進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸、抑制聚磷菌的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。
3）溫度
一般來說，在5~30℃范圍內(nèi)，都可以收到較好的除磷效果。
4）pH值
pH值在6~8范圍內(nèi)，磷的釋放比較穩(wěn)定。
5）BOD負(fù)荷和有機(jī)物性質(zhì)
一般認(rèn)為，進(jìn)水中的BOD5/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)，從而獲得理想的除磷效果。為此，可以采用部分進(jìn)水和跨越初沉池的方法，獲得除磷所需的BOD5量。
6）泥齡
一般以除磷為目的的生物處理系統(tǒng)的泥齡控制在3.5~7d。
廢水生物除磷的方法有哪些
廢水生物除磷包括厭氧釋磷和好氧攝磷兩個過程，因此廢水生物除磷的工藝流程由厭氧和好氧兩個部分組成。按照磷的終去除方式和構(gòu)筑物的組成，除磷工藝流程可分為主流程除磷工藝和側(cè)流程除磷工藝。
主流除磷工藝的厭氧段在處理污水的水流方向上，磷的終去除通過剩余污泥排放，典型的方法有厭氧/好氧（A/O）工藝，其他方法有厭氧/缺氧/好氧（A/²O）工藝、Phoredox工藝、UTC工藝、VIP工藝以及SBR工藝、氧化溝工藝等。
側(cè)流工藝的厭氧段不在處理污水的水流方向上，而是在回流污泥的側(cè)流上，具體方法是將部分含磷回流污泥分流到厭氧段釋放磷，再用石灰沉淀去除富磷上清液中的磷。
除磷設(shè)施運(yùn)行管理的注意事項
1）厭氧段是生物除磷關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其容積一般按0.5~2h的水力停留時間確定，如果進(jìn)水中容易生物降解的有機(jī)物含量較高，應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少水力停留時間，以保證好氧段進(jìn)水的BOD5含量。
2）如果磷的排放標(biāo)準(zhǔn)很高，而所選的除磷工藝不能滿足出水要求，可以增加化學(xué)除磷或者過濾處理去除水中殘留的低含量磷。
3）生物除磷工藝的機(jī)理是將溶解轉(zhuǎn)移到活性污泥生物細(xì)胞中，通過剩余污泥的排放從系統(tǒng)中除去。在污泥的處理過程中，如果出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，剩余污泥中的磷就睡重新釋放出來。
重力濃縮容易產(chǎn)生厭氧狀態(tài)，有除磷要求的剩余污泥處理不能采用這種方法，而應(yīng)當(dāng)使用氣浮濃縮、機(jī)械濃縮、帶式重力濃縮等不產(chǎn)生厭氧狀態(tài)的濃縮方法。如果只能選擇重力濃縮時，必須在工藝流程中增設(shè)化學(xué)沉淀設(shè)施去除濃縮上清液中所含的磷。
4）泥齡是影響生物脫氮除磷的主要因素，脫氮要求越高，所需泥齡越長。而泥齡越長，對除磷越不利。尤其是在進(jìn)水BOD5/TP小于20時，泥齡越短越好。
但如果進(jìn)水BOD5偏低，活性污泥增長緩慢，就不可能將泥齡控制的太短，此時必須進(jìn)行化學(xué)除磷。
生物強(qiáng)化技術(shù)
生物強(qiáng)化技術(shù)就是為了提高廢水處理系統(tǒng)的處理能力而向該系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢菌種或通過基因組合技術(shù)產(chǎn)生的菌種，以去除某一種或某一類有害物質(zhì)的方法。它通過向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物來增加生物量，以強(qiáng)化對某一特定環(huán)境或特殊污染物的去除作用。投人的菌種與基質(zhì)之間的作用主要有直接作用和共代謝作用。
①直接作用。即通過馴化、篩選、誘變、基因重組等技術(shù)得到一株以目標(biāo)降解物質(zhì)為主要碳源和能源的微生物，并將該菌種投入處理系統(tǒng)以去除目的物。目前投加的菌株主要是通過質(zhì)粒育種和基因工程構(gòu)建。
a.質(zhì)粒育種。即將兩種或多種微生物通過細(xì)胞結(jié)合或融合技術(shù)，使供體菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌體內(nèi)，使受體菌保留自身功能質(zhì)粒，同時獲得供體菌的功能質(zhì)粒，即培育出具有兩種功能質(zhì)粒的新品種，這已在環(huán)境工程中獲得初步研究成果:Chakrabarty等將嗜油假單胞菌體內(nèi)有降解辛烷、乙烷、癸烷功能的OCT質(zhì)粒和抗汞質(zhì)粒MER同時轉(zhuǎn)移到對汞(20mg/L)敏感的惡臭假單胞菌體內(nèi)，使其轉(zhuǎn)變成能抗50一70mg/L的汞且能分解辛烷的解烷抗汞質(zhì)粒菌。把降解芳烴、菇烴、多環(huán)芳烴的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到能降解脂烴的假單胞菌體內(nèi)，結(jié)果得到了可同時降解4種烴類的超級菌，它能把中約2/3的烴消耗掉。自然菌種要花一年多才能將海上浮油分解*，而超級細(xì)菌只要幾小時就分解*。將分別含有降解偶氮染料質(zhì)粒的編號為K24和K,6的兩株假單胞菌通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)移技術(shù)可培育出兼有分解兩種偶氮染料功能的脫色工程菌。Q5T工程菌是將嗜溫的 Pseudomonas putda pawl 和嗜冷的Q5菌株融合，使前者體內(nèi)降解甲苯、二甲苯的TOL質(zhì)粒轉(zhuǎn)移人Q5菌株體內(nèi)構(gòu)建而成，該菌在0℃仍能正常利用濃度為1000mg/L的甲苯作碳源，這對寒冷地區(qū)的廢水生物處理很有意義。
每天處理15噸一體化污水處理裝置b.利用基因工程構(gòu)建。基因工程是指在基因水平上的遺傳工程，又叫基因剪接，是用人工方法把所需要的某一供體生物的DNA提取出來，在離體的條件下用限制性內(nèi)切酶將離體DNA切割成帶有目的基因的DNA片段，每一片段平均長度有幾千個核昔酸，用DNA連接酶把它和質(zhì)粒(載體)的DNA分子在體外連接成重組DNA分子，然后將重組體導(dǎo)人某一受體細(xì)胞中，以便外來的遺傳物質(zhì)在其中進(jìn)行復(fù)制擴(kuò)增和表達(dá)，而后進(jìn)行重組體克隆篩選和鑒定，后對外源基因表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行分離提純，從而獲得新品種。
現(xiàn)在，利用基因工程獲得了分解多種有毒物質(zhì)的新型菌種。例如:A.Khan等從P.putdaOV83分離出3一苯兒茶酚雙加氧酶基因，將它與pCP13質(zhì)粒連接后轉(zhuǎn)人E.coli中表達(dá)。另外，將降解氯化芳香化合物的基因和降解甲基芳香化合物的基因分別切割下來組合在一起構(gòu)建成工程菌，使它同時具有降解上述兩種物質(zhì)的功能。McClure用4L曝氣池裝置考察體內(nèi)含有降解3一氯苯甲酸酪質(zhì)粒pD10的基因工程菌的存活時間和代謝活性，工程菌濃度為4x106個/L，存活時間達(dá)56d以上。此外，還獲得了含有快速降解幾丁質(zhì)、果膠、纖維二糖、淀粉和竣甲基纖維素等質(zhì)粒的大腸桿菌。
②共代謝作用。即微生物在有它可利用的惟一碳源存在時，對它原來不能利用的物質(zhì)也能分解代謝的現(xiàn)象。對于一些有毒有害物質(zhì)，微生物不能以其為碳源和能源生長，但在其他基質(zhì)存在下能夠改變這種有害物的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其降解，如在甲烷、芳香烴、氨、異戊二烯和丙烯為主要基質(zhì)而生長的一些菌可以產(chǎn)生一種氧合酶，這種酶可以共代謝三氯乙烯(TCE)。
代謝作用可以提高微生物對難降解物質(zhì)的降解效率。Grav。等發(fā)現(xiàn)，漂白廠的廢水對產(chǎn)甲烷菌有抑制作用，但當(dāng)用甲醇或乙醇作一級基質(zhì)時可以提高對廢水中難生化有機(jī)鹵化物的去除率。共代謝作用主要有3種類型:
a.生物在正常生長代謝過程中對二級基質(zhì)的共同氧化。這種代謝是指當(dāng)一級基質(zhì)存在時，一級基質(zhì)的代謝能夠提供足夠的碳源和能源供微生物生長并誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的降解酶來降解二級基質(zhì)。雜環(huán)化合物及多環(huán)芳烴的生物降解需要一個完整的厭氧微生物食物鏈系統(tǒng)，葡萄糖的存在可為相關(guān)的微生物提供碳源和能源，另外葡萄糖經(jīng)相關(guān)微生物的代謝還可為受試有機(jī)物的開環(huán)提供必需的還原力和各種輔酶。付莉燕等〔5〕考察了厭氧條件下廢水中活性染料(活性翠藍(lán))的生物降解，發(fā)現(xiàn)以活性翠藍(lán)為單一碳源時，厭氧菌不能降解活性翠藍(lán)，但在進(jìn)水中補(bǔ)充葡萄糖后，厭氧菌對葡萄糖和活性翠藍(lán)產(chǎn)生了共代謝作用，活性翠藍(lán)被降解。施漢昌等的研究也表明，補(bǔ)充碳源，可以提高啤酒廢水污泥對氯酚的降解作用。
b.微生物間的協(xié)同作用。這種代謝是指有些污染物的降解并不導(dǎo)致微生物的生長和能量的產(chǎn)生，它們只是在微生物利用一級基質(zhì)時由微生物所產(chǎn)氧化物進(jìn)而被另一種微生物利用并*降解。有研究證明，在用苯甲酸單獨(dú)培養(yǎng)普通的脫硫弧菌屬和銅綠假單胞菌屬時，二者均不能利用苯甲酸，但當(dāng)在含有苯甲酸和S02的基質(zhì)中共同培養(yǎng)時，苯甲酸即可
*被生物降解，同時so-2被還原為H2S;生物膜或顆粒污泥的形成能有效地發(fā)揮微生物間的協(xié)同作
用，提高生物降解率。
c一級基質(zhì)不存在時休眠細(xì)胞對二級基質(zhì)的利用。翟福平〔8〕研究了氯苯類有機(jī)物的生物降解，分別用氯苯、鄰二氯苯、間二氯苯、對二氯苯、1,2,4-三氯苯溶液馴化污泥并使其中微生物處于內(nèi)源呼吸階段，然后用這些污泥對這5種有機(jī)物在不同濃度下的降解進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)用氯苯、鄰二氯苯、間二氯苯溶液馴化的污泥，能夠有效地相互降解，它們誘
導(dǎo)的酶系統(tǒng)具有一個共同特征，即要求被作用的二級基質(zhì)苯環(huán)上至少具有一個“連續(xù)三空結(jié)構(gòu)”;由于對二氯苯、1,2,4一三氯苯缺乏“連續(xù)三空結(jié)構(gòu)”，故不能被由上述3種有機(jī)物馴化的污泥降解，而用這2種有機(jī)物馴化的污泥誘導(dǎo)的酶系統(tǒng)，作用的二級基質(zhì)范圍更寬，只要求二級基質(zhì)苯環(huán)上至少具有一個“連續(xù)二空結(jié)構(gòu)”即可，所以用這2種有機(jī)物馴化的污泥能夠降解所有受試的5種有機(jī)物。由此可見，共代謝作用在氯代苯的生物降解中能發(fā)揮重要作用，因此可考慮利用此技術(shù)來馴化和富集降解菌株。
