|
磷是引起水体富营养化的关键限制性因子，过量的磷输入会导致藻类暴发、水质恶化及生态系统失衡。与化学沉淀法相比，生物除磷技术具有运行成本低、污泥产量少、无二次污染等优势，已成为污水处理领域的研究热点。当前，基于聚磷菌代谢特性的强化生物除磷工艺不断发展，从传统的厌氧-好氧工艺到新型功能菌群挖掘与耦合技术，为水体磷污染控制提供了多元化的解决方案。 一、传统强化生物除磷工艺 强化生物除磷的基本原理是利用聚磷菌在厌氧和好氧交替环境中的代谢特性实现磷的去除。在厌氧条件下，聚磷菌分解胞内多聚磷酸盐释放能量，吸收环境中的挥发性脂肪酸并合成聚羟基脂肪酸酯；在好氧条件下，聚磷菌利用PHA分解提供的能量，过量吸收水中的磷酸盐并以聚磷酸盐形式储存于胞内。通过排放富含磷的剩余污泥，实现磷从水相中的去除。 厌氧-好氧生物除磷工艺是一种流程简单、无需投药、无需混合液回流的成熟技术。该工艺污水停留时间一般为3-6小时，污泥浓度维持在2700-3000 mg/L之间，磷去除率可达76%左右，出水磷含量通常低于1.0 mg/L。该工艺的优势在于建设与运行费用较低，污泥沉降性能良好，污泥含磷量约4%，具有较好的肥效价值。但该工艺也存在除磷率难以进一步提高的局限，尤其当进水BOD浓度较低或含磷量过高时，受限于微生物过量吸磷的生理极限，除磷效果会受到影响。此外，沉淀池内污泥停留时间过长易发生磷的二次释放，影响最终出水水质。 二、基于新型聚磷菌的功能优化 传统研究长期聚焦于Candidatus Accumulibacter作为聚磷菌的代表菌属。然而，近年来基于高通量测序的研究揭示，Tetrasphaera菌在全球污水处理厂中普遍存在，其丰度甚至超过Accumulibacter，成为潜在的"除磷黑马"。Tetrasphaera具有代谢葡萄糖、氨基酸等多种碳源的能力，可能兼具脱氮与除磷的双重功能，但其在人工环境中的稳定富集一直是技术难点。 国内研究团队采用"自上而下"的群落构建策略，以复合碳源（蛋白质水解物、葡萄糖、乙酸钠）模拟真实污水环境，配合低浓度硝化抑制剂烯丙基硫脲的精准调控，成功实现了Tetrasphaera菌群的高效富集。经过170天的动态调控，Tetrasphaera菌群占比从初始的1.5%提升至40%，系统磷去除率稳定在85%，总氮去除率达80%。更为重要的是，污泥灰分中的磷含量较普通污泥提高23.2倍，达到32.5%，具备作为磷矿替代品的资源回收潜力。该研究不仅验证了Tetrasphaera在强化生物除磷中的核心地位，也为从污水处理向磷资源回收转型提供了技术支撑。 三、反硝化除磷与耦合工艺 反硝化除磷菌是一类能够以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，在缺氧条件下同步完成反硝化和过量吸磷的特殊聚磷菌。这类菌群的存在可实现"一碳两用"，即在去除氮素的同时完成磷的吸收，有效节约碳源需求，降低曝气能耗和污泥产量。研究表明，在固膜活性污泥强化生物除磷系统中，反硝化聚磷菌的丰度受硝酸盐回流比调控显著，Clade I型Accumulibacter与硝酸盐浓度呈正相关，而Clade II型则呈负相关。尽管反硝化聚磷菌对总脱氮贡献率通常低于10%，但其富集对碳源节约和工艺优化具有积极意义。 在工艺耦合方面，侧流强化生物除磷技术通过将部分污泥进行厌氧发酵后回流至主流系统，实现了碳源捕获与定向分配，使生物除磷与短程脱氮工艺得以兼容。中试研究表明，采用吸附/生物氧化与侧流强化生物除磷耦合工艺处理实际城市污水，在碳源相对有限的条件下仍可实现86%的氮去除和87%的磷去除。此外，北京工业大学彭永臻院士团队通过絮体管理策略，成功构建了厌氧氨氧化与强化生物除磷的单级混合系统，生物膜中厌氧氨氧化菌丰度达12.5%，氮和磷去除率分别达到97.7%和97.4%，突破了两种功能菌群在生态位和污泥龄方面的冲突。 基于硫铁矿的生物滤池技术代表了另一种生物-化学耦合的除磷思路。SMS-III生物滤池利用硫铁矿的缺氧生物氧化过程将硝酸盐转化为氮气，同时利用微生物代谢产生的铁离子与磷酸盐形成沉淀，在一个反应器中实现生物脱氮与化学除磷的自然耦合。该技术无需外加碳源，水力停留时间仅1小时即可将总磷降至0.2 mg/L以下，处理成本低于0.1元/吨水，为污水处理厂提标改造提供了经济高效的解决方案！
本文连接：http://www.codjiance.com/newss-4340.html
|
