两阶段氧化还原
在SBRAS系统中也可以发生显著的氮去除。'' '' SBRAS系统的性能及其与连续流的类比活性污泥系统，特别是标定过程，将在第7.8节中讨论。SBRAS系统的设计和操作将在第10章讨论。许多运行的SBRAS设备使用缺氧直到周期或缺氧/好氧循环作为缺氧选择器来控制生长丝状细菌，也导致氮去除的显著程度。还可以配置SFAS流程来完成生物脱氮通过提供缺氧区在一些或所有step-feed用这种方法可以实现显著的脱氮。
在一些硝化活性污泥系统中观察到显著的反硝化作用，即使没有故意提供单独的缺氧区。这需要两种情况:(l)运行SRT显著大于实现硝化所需的SRT，以及(2)允许发生反硝化的低DO浓度区域。如果SRT大大大于硝化所需的SRT，则低DO区域可以存在于曝气生物反应器内，而不会对其硝化能力产生负面影响。由于生物反应器和曝气器的配置，低DO浓度可能出现在特定区域，或者它们可能出现在整个生物反应器的活性污泥Hoc颗粒内部。通过扩散将氧气输送到浮冰中的要求将导致在Hoc内的DO浓度梯度。这种梯度可以在浮冰内部产生缺氧区，从而有助于反硝化。
在一些用点源曝气器(如机械表面曝气器)氧化的生物反应器中观察到广泛的反硝化现象。如图ll所示。6、混合液从曝气器喷出时，在盆面会发生高速率的氧转移，使硝化发生。然后，混合的液体将循环到盆中，氧气转移的速率将降低，因为混合的液体不再与空气接触。随着DO浓度的降低，高曝气表面区通过硝化产生的硝酸盐- n可以被反硝化。事实上，这样的系统提供了MLE过程的好氧区、缺氧区和MLR功能特征。据估计，如果表面溶解氧浓度维持在大约1毫克/升，在这样的盆地中产生的约50%的硝酸盐- n可以被反硝化。更
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- 图11.6带有点源曝气器的生物反应器中氧转移速率的变化。
在氧化沟活性污泥系统中观察到完全反硝化，高达70%至90%，’”1，该系统在更大范围内结合了点源曝气和MLR的特征(见图10.4)。生物反应器中混合不良也会通过产生低DO区来促进反硝化。最后，连续流系统的曝气输入也被循环，以产生高DO和低DO的周期，以促进反硝化，如第6.5.2节所述。虽然经验表明上述所有方法都具有显著的反硝化潜力，但预测性能的程序充其量是近似的，直接经验是工艺设计和操作的最佳指南。然而，重要的是要认识到，在未定义的缺氧区操作可能导致表10.5中分类为iv组的丝状细菌的生长-好氧，缺氧和厌氧区种植者。”因此，在曝气池中通过鼓励反硝化来实现脱氮可能会导致污泥质量较差沉降性．在这个问题上需要做更多的工作，以澄清设计和操作上的权衡。
之前在本节中考虑的每个系统都是为了允许使用废水中的可生物降解基质作为反硝化的电子供体而开发的。然而，在某些情况下，这可能是必要的脱氮硝化活性污泥系统的出水，有机物含量非常低。这样的流可以很容易地在一个单独的悬浮生长阶段反硝化脱氮systemI1w”，i,M，如果添加一个补充的电子给体，如甲醇，如图11.7所示。电子给体在进入缺氧区时按比例添加到进水的硝酸盐- n含量中，如第6.4节所述。需要一个好氧区来剥离夹带的氮气，并准备生物质在澄清器中沉淀。它还将允许代谢任何多余的电子供体，没有被清除在缺氧区，从而保持较高的出水质量。这种系统的SRT通常在3到5天之间。由于甲醇等底物的产量较低，生物反应器的HRT可以在2至4小时范围内，同时保持典型的MLSS浓度。有氧HRT通常为45至60分钟。
生物除磷流程。生物除磷过程利用厌氧区与好氧区耦合来选择PAOs。将考虑两种系统:A/O™或Phoredox工艺和Phostrip®工艺。
图11.8提供了a /O™工艺的工艺示意图，14 4”将在第7.7节中详细讨论。术语A/O™代表厌氧/好氧(好氧=好氧)，表示生物反应器中提供的环境序列。A/O™工艺被称为主流BPR工艺，因为厌氧区包含在主要工艺流中。通过高速率操作获得最佳的除磷效果，相应的SRT在3 ~ 5天范围内，厌氧SRT约为总SRT的25 ~ 30%。对于典型的MLSS浓度，产生的生物反应器HRT通常在3至6小时范围内。高速率操作通过最小化硝化作用和最大化固体产量来最大限度地去除磷。高固体产量是可取的，因为它最大限度地浪费高磷含量的生物质。如图9.2所示，需要低至2 - 3天的好氧SRT值来防止在20°C或更高的温度下发生硝化。
图11.9提供了一个简化的原理图用于Phostrip®工艺。”它由一个传统的活性污泥系统组成，通过大约30 - 40%的回收活性污泥(RAS)流经脱模槽。
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- 图11.9 Phostrip®工艺流程。
该脱衣器的结构与a相似重力浓缩机并在污泥毯的厌氧条件下维持RAS中的MLSS，停留时间为8 ~ 12小时。汽提器是发生磷释放的厌氧区，好氧区是发生磷吸收的主生物反应器提供的。由于厌氧区是在侧流生物反应器中提供的，Phostrip®工艺被称为侧流工艺。除RAS的一部分外，还有洗脱物流的一小部分等影响废水或处理过的废水，被添加到汽提器中以去除释放的磷。可降解有机物在汽提器上的负荷相对较低。一种来源是被困在添加到汽提器的MLSS中的颗粒有机物。该颗粒物质可在汽提器中溶解并发酵成VFA，从而为PAOs提供VFA来源。另一个来源是洗脱流中所含的有机物。事实上，经验表明，当废水用作洗脱剂而不是处理过的废水时，工艺性能得到了提高。通常用石灰对富磷的提塔溢流进行处理，使磷沉淀。因此，Phostrip®工艺中有两种除磷机制:通过WAS，由于MLSS的磷含量增加，以及在脱模器溢流中。
去除氮和磷的过程。去除氮和磷的过程包括厌氧，缺氧和有氧区还有国土安全部。由于硝化作用发生在这些系统中，RAS将含有硝酸盐，如果直接添加到厌氧区，将对磷的去除产生不利影响。因此，控制厌氧区硝酸盐氮的添加是这些工艺选择和设计的关键考虑因素。
图11.10提供了a /O™流程的流程示意图。术语AVO™代表厌氧/缺氧/好氧，就像A/O™过程一样，代表生物反应器中提供的环境序列。它可以被认为是MLE脱氮工艺和a / 0m脱磷工艺的组合。因此，厌氧区域的SRT与A/O™工艺中使用的SRT相似(0.75至1.5天)，缺氧和好氧区域的SRT与MLE工艺中使用的SRT相似。hrt也相应相似，因为MLSS浓度在同一范围内。混合液的再循环速率通常是进水流量的一到两倍。A /O”工艺的除氮能力与MLE工艺相似，但由于硝酸盐- n循环到厌氧区，其除磷能力通常低于A /O™工艺。虽然混合液再循环到缺氧区导致硝酸盐- n的大量去除，完全去除是不可能的(正如在MLE过程中是不可能的)，一些硝酸盐- n存在于RAS定向到厌氧区。硝酸盐氮的影响取决于废水中的有机含量。如果相对于除磷和脱氮所需的量较高，则硝酸盐- n循环将不会对出水质量产生不利影响。 On the other hand, if it is low. process performance will be adversely impacted. Maintenance of a solids blanket in the claritier to allow denitrification of the RAS has been used with the AVO™ process to reduce nitrate-N recycle. However, it requires careful claritier operation to prevent clumping and floating sludge.
另一种联合脱氮除磷的工艺是图11.1所示的五段Bardenpho1”工艺。它可以被看作是一个四阶段的巴登佛脱氮过程，并添加一个厌氧区以实现除磷。由于在生物反应器中获得了广泛的脱氮，因此控制了硝酸盐- n的循环。缺氧区和好氧区的整体工艺srt和hrt与四段工艺中相应的srt和hrt相似，MLR率也是如此。厌氧区HRT一般为0.75 ~ 1.5小时，使SRT在0.75 ~ 1.5天的范围内。
消除厌氧区硝酸盐- n循环的两个工艺是南非开普敦大学(UCT)的“M”和“VIP”“4”工艺。如图11.11所示，在UCT工艺中硝酸盐- n循环的消除是通过将RAS引导到缺氧区，在那里它被反硝化来完成的。硝化
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