淺談序批式生物膜除磷技術(shù)

摘要：傳統(tǒng)活性污泥法作為早期主要的除磷方法，需要較大的反應(yīng)器和沉淀池，造價(jià)勢必會(huì)受到影響，而序批式生物膜除磷技術(shù)的應(yīng)用解決了相關(guān)問題。文章概述了序批式生物膜除磷技術(shù)，分析了序批式生物膜反應(yīng)器的除磷特性及影響因素，并提出厭氧磷的最大有效釋放是SBBR系統(tǒng)高效除磷的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：序批式生物膜；生物除磷技術(shù)；傳統(tǒng)活性污泥法；序批式生物膜反應(yīng)器

中圖分類號(hào)：X524文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）05-0019-02

磷是生物生長必需的元素之一，但水體中磷含量過高(超過0.2mg／L)可造成藻類的過度繁殖，引起嚴(yán)重的水質(zhì)富營養(yǎng)化問題。一般認(rèn)為，磷是引起水體富營養(yǎng)化的主要污染限制因子。國內(nèi)外對(duì)控制水體中的磷含量均十分重視，經(jīng)濟(jì)、高效地降低排放廢水的磷含量已成為防治水體富營養(yǎng)化的重要途徑之一，序批式生物膜除磷技術(shù)隨著市政工程的發(fā)展，也呈現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。

一、序批式生物膜除磷技術(shù)概述

序批式生物膜反應(yīng)器（Sequencing Batch Biofilm Reactor，簡稱SBBR），最早是從onzales和Wilderer的試驗(yàn)方法在1990年引出的。隨后，由德國學(xué)者Wilderer于1992年正式提出。序批式生物膜反應(yīng)器是一種復(fù)合式生物膜反應(yīng)器，它是在序批式活性污泥法（SBR）的基礎(chǔ)上，遵循序批式活性污泥法（SBR）的操作方式，在反應(yīng)器內(nèi)裝有不同的填料，投加活性炭（粉末或顆粒狀）使污泥顆粒化或在反應(yīng)器中安裝填料使活性污泥在填料上形成生物膜；是一種將生物膜與活性污泥法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的新型的復(fù)合式生物膜反應(yīng)器，是結(jié)合了SBR工藝與膜法的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型工藝。

由于序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）是在序批式活性污泥法（SBR）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，除具有序批式活性污泥法(SBR)的基本優(yōu)點(diǎn)外，又具有生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，通過將生物膜與活性污泥法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合形成自身的一些特有的優(yōu)勢，主要可以表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）水力停留時(shí)間短，反應(yīng)器體積小，運(yùn)行管理方便靈活；（2）對(duì)毒性物質(zhì)和沖擊負(fù)荷具有較強(qiáng)的抵抗性；（3）提供了在同一反應(yīng)器中同時(shí)固定不同微生物

的可能性；（4）污泥沉降性能好，避免了污泥膨脹問題；（5）污泥產(chǎn)量低，干污泥中磷的含量較高；（6）可以有效地防止在沉淀池中磷的二次釋放，提高除磷效率等。

二、序批式生物膜反應(yīng)器的除磷特性及影響因素

（一）序批式生物膜反應(yīng)器的除磷特性

根據(jù)生物除磷機(jī)理，其關(guān)鍵在于厭氧／好氧交替運(yùn)行的方式易于富集聚磷菌。在厭氧狀態(tài)下，聚磷菌吸收溶解性化學(xué)需氧量(COD)發(fā)酵產(chǎn)物，如低分子脂肪酸(VFAs)合成體內(nèi)的高聚能源貯存物如聚β羥基丁酸(PHB)等，其所利用的能量來自菌體內(nèi)聚磷酸鹽的分解，導(dǎo)致磷的釋放；當(dāng)環(huán)境條件轉(zhuǎn)為好氧時(shí)，聚磷菌就會(huì)分解胞內(nèi)的PHB產(chǎn)生能量將水中的磷酸鹽過量攝取到胞內(nèi)轉(zhuǎn)變成聚磷酸鹽，形成富磷污泥，最終可通過排泥來真正實(shí)現(xiàn)除磷，因此厭氧好氧的交替是磷釋放及吸收的必要條件。但目前國內(nèi)外對(duì)厭氧／好氧SBBR系統(tǒng)內(nèi)厭氧段有效和無效釋磷與除磷效率之問的關(guān)系，以及控制影響SBBR高效除磷的主要因素等還缺乏深入的研究和探討?；诖?，為提高SBBR系統(tǒng)的除磷效率，試驗(yàn)構(gòu)建填充組合纖維填料的SBBR反應(yīng)器，在厭氧／好氧交替運(yùn)行的工況下處理廣州市城市污水，對(duì)厭氧段內(nèi)釋磷量與有機(jī)物降解量和相應(yīng)好氧段內(nèi)除磷效率之間的定量關(guān)系進(jìn)行連續(xù)檢測及回歸分析，并在不同條件下考察溶解氧（DO）、硝態(tài)氮質(zhì)量濃度和膜脫落量對(duì)除磷效率的影響，從而對(duì)上述問題進(jìn)行深入的探討和詮釋。

在生物除磷系統(tǒng)中，為了最大限度地發(fā)揮聚磷菌的好氧吸磷作用，必須在好氧段內(nèi)提供足夠的溶解氧，以滿足聚磷菌在吸磷過程中以DO作為最終電子受體的需求量，保證聚磷菌對(duì)其細(xì)胞內(nèi)貯存的PHB／PHV和水體中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，并釋放出足夠的ATP用于對(duì)水體中溶解性磷的吸收以及對(duì)聚磷的合成和新的聚磷菌細(xì)胞的合成，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的增殖。曝氣不僅增加了水中的溶解氧，為聚磷菌的生長代謝創(chuàng)造有利條件，而且改變了生物膜表面的水力條件，促進(jìn)生物膜的脫落與更新。

（二）序批式生物膜反應(yīng)器除磷影響因素

影響生物膜法除磷的因素很多，如進(jìn)水營養(yǎng)物質(zhì)、pH、溶解氧、生物膜的厚度、溫度等，但目前國內(nèi)外研究較多的影響因素是厭／好氧時(shí)間比、進(jìn)水COD負(fù)荷和硝酸鹽的含量。

1．厭氧／好氧時(shí)間比。厭氧段磷的釋放量與好氧段磷的吸收量具有良好的相關(guān)性聚磷菌只有充分釋放磷后，才能很好地過量攝取磷，從而達(dá)到生物除磷的目的，因此必須保證能充分放磷的時(shí)間，但是厭氧時(shí)間過長，一方面會(huì)降低聚磷菌的活性，另一方面將導(dǎo)致數(shù)個(gè)反應(yīng)器的停留時(shí)間過長，不合理。

2．進(jìn)水COD負(fù)荷。在活性污泥法系統(tǒng)中如果保持泥齡不變，隨著進(jìn)水乙酸鹽濃度升高，出水中磷的含量將會(huì)降低。然而在生物膜系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)水COD負(fù)荷達(dá)到某一值時(shí)，磷的去除效率將會(huì)隨進(jìn)水COD負(fù)荷的升高而降低。由于微生物在生長時(shí)所需要的有機(jī)碳源是有一定比例要求的，所以在去除磷時(shí)微生物所需要的COD負(fù)荷不是越高越好，而是越接近合理的C：N：P之比越好。一般來說，此比例在厭氧段COD：N：P為200～300：5：1，好氧段為100：5：1。當(dāng)COD負(fù)荷較低時(shí)，聚磷菌不能充分利用有機(jī)物實(shí)現(xiàn)自身生物的凈增長，吸收的磷無法通過剩余污泥排除，除磷效率降低；當(dāng)COD負(fù)荷過高時(shí)，在好氧期，好氧異養(yǎng)微生物將與聚磷菌競爭碳源，成為生物膜中的優(yōu)勢菌屬，最終導(dǎo)致生物膜上的聚磷菌由于非聚磷菌好氧異養(yǎng)微生物的增殖而減少，最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)磷的去除率降低。

3．硝酸鹽的影響。厭氧條件下硝酸鹽的存在會(huì)影響磷的釋放。硝態(tài)氮為異養(yǎng)微生物的最終電子受體，會(huì)與聚磷菌爭奪碳源，導(dǎo)致乙酸鹽等低分子有機(jī)物過度消耗，結(jié)果聚磷菌幾乎得不到釋磷所需的短鏈脂肪酸。但如果污水中的短鏈脂肪酸量足夠多的話，硝態(tài)氮的存在對(duì)釋磷的影響不大。另有研究指出，當(dāng)SBR中NO3-；濃度為1.65mg/L時(shí)，經(jīng)4h的反應(yīng)，聚磷菌的釋磷量與無NO3-時(shí)接近，但隨著NO3-的增加，釋磷量及釋磷速率明顯下降。在生物膜反應(yīng)器的好氧期，由于擴(kuò)散作用氧氣僅能滲透到生物膜的一定深度處，生物膜的外層行成好氧環(huán)境，發(fā)生硝化作用產(chǎn)生硝酸鹽，而生物膜的內(nèi)層形成缺氧環(huán)境，反硝化聚磷菌利用外層的硝酸鹽作為電子受體，進(jìn)行同步吸磷和反硝化作用。在反硝化除磷體系中，反硝化脫氮和除磷可借助反硝化聚磷菌在同一環(huán)境中完成，廢水中的COD在用于反硝化脫氮的同時(shí)也用于除磷，可以解決廢水中碳源不足問題。脫氮與除磷在缺氧環(huán)境中完成，節(jié)省了因曝氣而產(chǎn)生的能量消耗，同時(shí)降低了污泥的產(chǎn)量和污泥的處理費(fèi)用。好氧期發(fā)生的同步硝化反硝化和吸磷現(xiàn)象對(duì)于生物膜法除磷是十分有利的。

三、結(jié)語

1．生物膜法除磷技術(shù)一般是通過對(duì)反應(yīng)器在時(shí)間上進(jìn)行有效的交換和控制。從而可以使同一反應(yīng)器在時(shí)間上處于不同的反應(yīng)狀態(tài)，改變聚磷菌的生長環(huán)境，達(dá)到生物除磷甚至同步脫氮的目的。

2．生物膜反應(yīng)器按序批方式運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)高效的生物除磷效果。目前國內(nèi)外對(duì)生物膜法除磷技術(shù)的研究主要集中于工藝的應(yīng)用研究，對(duì)其機(jī)理研究卻較少，有必要進(jìn)一步探索和研究除磷機(jī)理及其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，加強(qiáng)對(duì)聚磷菌的生物特性及其分離培養(yǎng)的研究。

3．生物膜法除磷和傳統(tǒng)活性污泥法都是通過剩余污泥的排放達(dá)到除磷的目的，因此泥齡對(duì)該技術(shù)至關(guān)重要。

目前對(duì)生物膜法除磷的泥齡研究尚未見報(bào)道，如何通過控制泥齡使生物膜法除磷達(dá)到最佳效果，是今后研究的方向，相信隨著對(duì)生物膜法除磷技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷加深，除磷效果穩(wěn)定并且高效、低耗的生物膜法除磷工藝將會(huì)被開發(fā)并得到廣泛應(yīng)用。

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作者簡介：錢俊寶（1975-），男，浙江慈溪人，慈溪市杭州灣航豐自來水有限公司工程師，研究方向：城市污水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。