污水處理技術(shù)之污泥濃度對脫氮除磷的影響
污水處理中污泥濃度是個關(guān)鍵指標(biāo)，污泥脫氮需要較長的污泥齡，以便培養(yǎng)硝化細(xì)菌，下面分析下污泥濃度對脫氮除磷的影響。
一、脫氮除磷的控制因素
普遍觀點(diǎn)認(rèn)為任何理想的脫氮除磷工藝應(yīng)控制以下幾個關(guān)鍵點(diǎn)：
a.泥齡控制應(yīng)大于硝化菌、聚磷菌所需的泥齡。
b.回流至厭氧區(qū)的回流污泥盡可能少的攜帶氧，包括：分子氧、離子氧（NO3-N）。
c.回流至缺氧段反硝化的混合液盡可能少的攜帶分子氧。
d.進(jìn)水碳源應(yīng)滿足厭氧池有效釋磷、缺氧池反硝化。
e.各生物處理功能單元應(yīng)滿足在正常污泥濃度下各自所需的反應(yīng)時(shí)間。
二、污泥濃度與脫氮關(guān)系
生物脫氮過程中，硝化作用的程度往往是生物脫氮的前提，其控制相對比較簡單；反硝化作用是生物脫氮的關(guān)鍵，其受諸多因素影響較大，同時(shí)反硝化效果也很大程度上影響系統(tǒng)除磷。
1、污泥濃度對硝化影響
影響硝化反應(yīng)的環(huán)境因素有很多包括：PH、溫度、SRT、DO、BOD/TKN、污泥濃度、有毒物質(zhì)等。實(shí)際污水處理廠在工藝的運(yùn)行中只能對SRT、DO、BOD/TKN、污泥濃度等參數(shù)進(jìn)行控制。
a.在好氧硝化過程中較高的污泥濃度其硝化細(xì)菌的濃度相對較高，因此好氧硝化反應(yīng)的速率在高污泥濃度條件下較高。
b.一定污泥泥齡是保證生物污泥中的硝化細(xì)菌存在的條件，同時(shí)創(chuàng)造良好的硝化細(xì)菌生存條件更能提高其在微生物菌群中所占比例，從而提高硝化細(xì)菌濃度。高污泥濃度下在厭氧階段會有更多的BOD被消耗，進(jìn)入好氧階段其BOD/TKN也就相對更低些。
一些研究表明活性污泥中硝化細(xì)菌所占的比例，與BOD/TKN呈反比關(guān)系。由于硝化菌是一類自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)的濃度并不是它的生長限制因素，但若有機(jī)基質(zhì)濃度過高，會使生長速率較高的異氧菌迅速繁衍，爭奪溶解氧，從而使自養(yǎng)菌的生長緩慢且好氧的硝化菌得不到優(yōu)勢，結(jié)果降低硝化速率。
c. DO值一般是污水處理廠硝化階段的重要重要指標(biāo)，一般情況下DO值在2mg/L以上。在大多數(shù)氧化溝工藝中其溝內(nèi)平均DO值都很難達(dá)到2mg/L，一般維持在1mg/L或更低水平，但其硝化效果仍然良好，分析原因?yàn)檠趸瘻咸赜械南鄬^高污泥濃度雖然其溝內(nèi)DO值較低，但其它有利于硝化的因素增強(qiáng)。
污泥濃度增高，也就增大生物處理池的的有效容積，同時(shí)降低了負(fù)荷等。從另一角度分析提高污泥濃度其微生物好氧量也相應(yīng)增加，在同等曝氣量條件下，溶解氧儀顯現(xiàn)出來的數(shù)值也應(yīng)該較低。以上幾點(diǎn)說明提高污泥濃度，生物池中的DO值可適當(dāng)降低，硝化效果仍可維持良好水平。
d.為保證活性污泥中硝化細(xì)菌的正常生長繁殖，泥齡一般應(yīng)控制在8天以上。但為了使硝化細(xì)菌與其它異氧細(xì)菌有相對平衡的生存競爭力，應(yīng)在污泥不發(fā)生嚴(yán)重老化前提下提高泥齡，相應(yīng)也就是增大生物系統(tǒng)的污泥濃度。
2、污泥濃度對反硝化影響
生物反硝化作用即為在缺氧條件下反硝化細(xì)菌利用硝酸鹽中的離子氧分解有機(jī)物的過程，硝酸鹽即被還原為N2，完成脫氮過程。反硝化過程中的反硝化細(xì)菌是大量存在于污水處理系統(tǒng)中的異氧型兼性細(xì)菌，在有氧存在條件下，反硝化細(xì)菌利用氧進(jìn)行呼吸、氧化分解有機(jī)物。
在無分子氧的條件下，同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子時(shí)，它們能用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使有機(jī)質(zhì)氧化分解。反硝化細(xì)菌能夠利用各種各樣的有機(jī)基質(zhì)作為反硝化過程中的電子供體，其中包括：
碳水化合物、有機(jī)酸類、醇類以及甚至像烷烴類、苯酸鹽類和其它的苯衍生物這些化合物，它們往往是廢水的主要組分。影響反硝化速率的因素較多，包括PH值、溫度、DO、碳氮比、污泥濃度等，實(shí)際污水處理廠在工藝的運(yùn)行中只能對DO、污泥濃度等參數(shù)進(jìn)行控制。碳氮比雖然是反硝化反應(yīng)中重要的影響因素但其和來水水質(zhì)有很大關(guān)系一般實(shí)際運(yùn)行中很難控制。
a.反硝化反應(yīng)過程中要求在無分子氧存在的條件下反硝化細(xì)菌才能利用硝酸鹽及亞硝酸鹽中的離子氧分解有機(jī)物。之前提到，高污泥濃度的生物系統(tǒng)在硝化過程中可適當(dāng)降低溶解氧值，同時(shí)保持硝化效果，因此使硝化末端降低溶解氧可以有效的減少硝酸鹽回流液中所攜帶的溶解氧含量，降低分子氧在缺氧區(qū)對反硝化進(jìn)程的影響，提高反硝化菌利用碳源的反硝化能力。
同時(shí)高污泥濃度自身內(nèi)源代謝好氧量也相對較強(qiáng)，可以進(jìn)一步消耗回流及缺氧段中的溶解氧。再有非常高的污泥濃度會改變混合液的粘滯性，增大擴(kuò)散阻力，從而也使回流攜帶的溶解氧降低，在一些使用明渠作為回流通道的處理工藝中可以減小回流跌落的充氧量。總之高污濃度對于降低實(shí)際工藝運(yùn)行中反硝化階段的DO值有較大作用。
b.由于反硝化細(xì)菌是異氧型兼性細(xì)菌在污水處理系統(tǒng)大量存在，提高系統(tǒng)中的污泥濃度可有效的提高反硝化細(xì)菌的濃度。反硝化反應(yīng)速度與硝酸鹽亞硝酸鹽濃度基本無關(guān)，而與反硝化細(xì)菌的濃度呈一級反應(yīng)。因此在實(shí)際工藝運(yùn)行中高污泥濃度可以縮短反硝化的時(shí)間減小缺氧段的有效容積。
在缺氧段有效容積一定的件下，高污泥濃度的反硝化反應(yīng)可以更好的利用有機(jī)基質(zhì)中相對較難降解的有機(jī)物作為碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。這一點(diǎn)對于脫氮除磷工藝，尤其C源不足的情況尤為重要。
c.高污泥濃度其微生物菌膠團(tuán)直徑相對較大，在硝化反應(yīng)過程中受溶解氧低的影響，氧的壓力梯度較小，菌膠團(tuán)內(nèi)部容易形成缺氧環(huán)境從而發(fā)生反硝化反應(yīng)。所以高污泥濃度可以促進(jìn)同程反硝化。
三、污泥濃度與生物除磷
生物除磷的關(guān)鍵點(diǎn)是提高聚磷菌在活性污泥系統(tǒng)中所占比例，同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中大量增長繁殖，在排出系統(tǒng)時(shí)聚磷菌體內(nèi)含磷量維持在一個較高水平。
為了提高系統(tǒng)中聚磷菌所占活性污泥的比例就要為聚磷菌營造更優(yōu)越的適合其生長繁殖的環(huán)境及水力條件，即工藝流程上有良好的厭氧、好氧環(huán)境，厭氧區(qū)的環(huán)境因素控制對聚磷菌的生長繁殖，以及除磷功能的實(shí)現(xiàn)尤為重要。厭氧區(qū)的高污泥濃度對于聚磷菌更為有利。
a. 高污泥濃度在厭氧區(qū)其聚磷菌濃度也相應(yīng)較高，釋磷的微生物量增多，后續(xù)好氧吸磷微生物量也就會相應(yīng)增加，增大了系統(tǒng)整體的除磷作用。
b.厭氧區(qū)聚磷菌吸收VFA釋磷，同時(shí)厭氧區(qū)在高污泥濃度的條件下可作為系統(tǒng)的厭氧酸化段，對水中的高分子難降解有機(jī)物起到厭氧水解作用，聚磷菌釋磷過程中釋放的能量，可供聚磷菌主動吸收乙酸、H+、等使之形成PHB形式貯存在菌體內(nèi)，從而促進(jìn)有機(jī)物的酸化過程，提高污水的可生化性增大后續(xù)處理過程中的反硝化反應(yīng)所用碳源。
四、總結(jié)
總之在脫氮除磷的污水處理工藝中在處理設(shè)施充足情況下應(yīng)適當(dāng)提高生物池內(nèi)的污泥濃度，增強(qiáng)系統(tǒng)脫氮除磷能力。
a.高污泥濃度可提高處理工藝各單元的的反應(yīng)速率，減小所需的反應(yīng)時(shí)間。
b.高污泥濃度其菌膠團(tuán)直徑相對較高，其菌膠團(tuán)內(nèi)更容易形成缺氧反硝化，可能會發(fā)生同程反硝化。
c.高污泥濃度可有效降低回流中溶解氧含量，提高厭氧有效釋磷、反硝化脫氮的有機(jī)物利用率。
d.高污泥濃度其相應(yīng)具有較高的泥齡，生物系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢菌種一般不受泥齡限制。因此在脫氮除磷工藝中各類主要功能細(xì)菌在適應(yīng)脫氮除磷環(huán)境時(shí)形成優(yōu)勢菌種。
e.高污泥濃度在厭氧階段的水解酸化作用，有利于后續(xù)反硝化作用時(shí)有機(jī)物的更好吸收利用。
當(dāng)然高污泥濃度對污水處理廠也同樣存在不利的影響因素，如曝氣時(shí)擴(kuò)散阻力增大，供氧的利用率下降；增大了二沉池的污泥負(fù)荷。同時(shí)在生物脫氮除磷過程中排泥是除磷的必需過程，排泥量的多少很大程度上影響系統(tǒng)的除磷效果，因此在污水廠運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證每天一定量排泥除磷的前提下，采用高污泥濃度運(yùn)行。