污水生物脫氮除磷基本原理及工藝發(fā)展現(xiàn)狀

徐春江 李娜 申林 張小雨

摘要：目前，污水處理技術(shù)已經(jīng)逐漸從單一去除有機物為目的的階段，進入到既要去除有機物又要脫氮除磷的深度處理階段，脫氮除磷己成為當今污水處理領(lǐng)域的研究熱點之一。

Abstract: at present, sewage treatment technology has gradually from a single removal organic phase for the purpose of, get into both the removing of organic matter and denitrification and the depth of the phosphorus processing stage, denitrification and phosphorus has become the sewage treatment of research in the field of one of the hotspots.

中圖分類號：[TU992.3] 文獻標識碼：A 文章編號：

因氮、磷過量排放所引起的水體富營養(yǎng)化是目前最為關(guān)注的環(huán)境問題之一。當水體中總磷濃度高于0.02mg/L或總氮濃度高于0.2mg/L時則被視為富營養(yǎng)化水體，它的表征之一即為藻類過度增長。研究表明，每向水體中排放1g磷會引發(fā)950g(干重)藻類的生長[1]?？刂扑w富營養(yǎng)化，防止水體被污染的最根本途徑就是對污染源進行治理，控制污染物的排放量。去除氮、磷以控制水體富營養(yǎng)化已成為各國的主要研究方向。

1.污水生物脫氮除磷基本原理

1.1生物脫氮基本原理

廢水生物脫氮是在硝化菌和反硝化菌參與的反應(yīng)過程中，將氨氮最終轉(zhuǎn)化為氮氣而將其從廢水中去除的。硝化和反硝化反應(yīng)過程中所參與的微生物種類不同、轉(zhuǎn)化的基質(zhì)不同、所需要的反應(yīng)條件也各不相同。

1.2傳統(tǒng)生物除磷基本原理

到目前為止，國際普遍認可和接受的生物除磷理論是“聚合磷酸鹽(Poly-p)累積微生物”——聚磷菌PAO的攝/釋磷原理。在聚磷菌新陳代謝過程中，三種貯存的化合物聚磷酸鹽、糖元以及聚β羥基丁酸（PHB）起非常重要的作用。其中PHB屬于PHV范疇。生物除磷過程通常包括厭氧釋磷和好氧吸磷兩個過程。

2 污水生物脫氮除磷工藝現(xiàn)狀

2.1傳統(tǒng)脫氮除磷技術(shù)

2.1.1 A2/O工藝

圖1為厭氧/缺氧/好氧(A2/O)生物脫氮除磷工藝流程圖。該工藝在是能夠同步脫氮除磷的污水處理工藝。其特點是工藝簡單，能夠同步脫氮除磷，總停留時間短，污泥不易膨脹，不需投藥，運行費用低。該工藝也存在一些問題。在達到一定效果后，A2/O工藝除磷量難于進一步提高，尤其是當進水P/BOD值高時更是如此，由于回流混合液的回流比不宜過大，脫氮效率也難以進一步提提高。

圖1 A2/O工藝

Figure1 Schematic diagram of anaerobic-anoxic-oxic process

2.1.2 VIP工藝

VIP工藝是美國Virainia州Hampton Roads公共衛(wèi)生與CHAM HILL公司于80年代末開發(fā)并獲得專利的污水生物除磷脫氮工藝[2]。如圖2所示VIP 工藝的主要特點是厭氧、缺氧和好氧三個反應(yīng)器都是由多個完全混合反應(yīng)器串聯(lián)組成的,形成了有機物的梯度分布, 從而提高了厭氧池釋磷和好氧池攝磷的速度，除磷效率高，降低了反應(yīng)器總?cè)莘e。

圖2 VIP工藝

Figure2 The schematic diagram of VIP process

2.1.3 氧化溝

典型的脫氮除磷氧化溝有A2/C氧化溝、奧貝爾氧化溝和DE氧化溝。其特點是常規(guī)氧化溝與其它工藝結(jié)合以達到較好的脫氮除磷能力。以DE氧化溝為例，該系統(tǒng)由兩個平行的氧化溝和一個獨立的沉淀池組成，在兩個平行的氧化溝內(nèi)分別進行硝化、反硝化的反應(yīng)，而達到生物脫氮的目的；在該系統(tǒng)前增設(shè)厭氧池，可以達到生物除磷的目的。

2.2 反硝化脫氮除磷技術(shù)

2.2.1 Dephanox工藝

Wanner首次提出Dephanox雙污泥反硝化脫氮除磷工藝雛形[47]，其工作原理見圖3，隨后意大利Bologna市的ENEA實驗室對此也進行了長期的研究。而更深入系統(tǒng)的研究是由Delft科技大學(xué)的Kuba等學(xué)者展開的[3]。所謂雙污泥系統(tǒng)就是硝化菌獨立于DPB菌而單獨存在于固定膜生物反應(yīng)器或好氧硝化SBR反應(yīng)器中。該工藝解決了聚磷菌和反硝化菌競爭碳源的問題，同時亦巧妙解決了活性污泥系統(tǒng)培養(yǎng)硝化菌需要的較長SRT這一不利條件。在Dephanox工藝中，含DPB回流污泥首先在厭氧池完成釋磷和儲存PHB。經(jīng)快沉池分離后，富含DPB的污泥超越好氧池進入到缺氧池，含氨氮上清液直接進入固定膜反應(yīng)器，進行好氧硝化，產(chǎn)生的硝化液流入缺氧池后與DPB污泥接觸，完成過量吸磷和反硝化反應(yīng)。Dephanox雙污泥系統(tǒng)可實現(xiàn)利用最少的COD消耗量，獲得最大的脫氮除磷效率。通常污水中的N/P比低于7g N/g-P(105mgN/L，15mg P/L)，這就意味著在A2N系統(tǒng)中，由于硝酸鹽氮量的不足將導(dǎo)致不能實現(xiàn)徹底除磷，Dephanox工藝通過后置一個好氧曝氣池可以實現(xiàn)剩余磷的去除。

圖3 Dephanox工藝

Figure3 Schematic diagram of Dephanox process

2.2.3 A2NSBR工藝

繼Wanner提出在厭氧/缺氧交替運行條件下聯(lián)合生物膜反應(yīng)器好氧硝化來進行生物除磷的新概念后，Kuba，M erzouki及W.J.Ng等相繼對A2SBR雙污泥系統(tǒng)進行了反硝化除磷的試驗室小試研究[4]。A2NSBR系統(tǒng)具有兩個獨立的SBR：一個SBR依次經(jīng)歷厭氧/缺氧段，主要是用來強化適合于DPB生長的厭氧/缺氧環(huán)境，篩選優(yōu)勢菌種；另一個為好氧SBR，此反應(yīng)器的主要作用是培養(yǎng)硝化菌，以提供給厭氧/缺氧SBR足量的硝化液。如圖4所示，厭氧/缺氧SBR經(jīng)厭氧反應(yīng)后，將含氨氮的上清液流至好氧硝化SBR，在此經(jīng)好氧硝化后，將硝化液又回流至厭氧/缺氧SBR，完成反硝化和除磷作用。在A2NSBR系統(tǒng)中，好氧硝化污泥與DPB除磷污泥是分開的，好氧硝化反應(yīng)單獨在硝化SBR中完成，雖然系統(tǒng)添加了反應(yīng)運行單元，但由于提供給系統(tǒng)的氧量、好氧段的COD損失相應(yīng)減少，故雙污泥脫氮除磷聯(lián)合工藝相對傳統(tǒng)工藝的投資額度仍是減小的。

圖4 A2NSBR工藝流程圖

Figure4 Schematic diagram of A2NSBR Operation

2.2.3生物膜反硝化除磷脫氮工藝

現(xiàn)代生物除磷工藝多用到的是活性污泥法，對生物膜法除磷的探討尚少。生物膜法能否進行除磷，能否實現(xiàn)反硝化除磷，有關(guān)專家也進行了深入細致的研究。Kerm-Jespersen等考察了固定生物膜反應(yīng)器除磷效果時首次得到：通過厭氧(2h)/缺氧(4h)交替環(huán)境可培養(yǎng)出富集DPB的反硝化生物膜]。在厭氧段，平均每消耗1mgHAc可釋放0.52mgPO43--P；在缺氧段，平均還原1m gNO3--N可吸磷2.0mg，而剩余干污泥中磷的含量己達到8~10%。該試驗為利用生物膜法實現(xiàn)反硝化除磷提供了依據(jù)。鑒于生物膜除磷工藝高度的復(fù)雜性，在考察該工藝的實際運行能力時，有必要利用AQUASIM計算機程序進行模型模擬研究。計算機模型模擬試驗可以深入探討生物膜內(nèi)部的情況，并可作為一種工具對工藝各反應(yīng)階段的時間配比、反應(yīng)池的大小和生物膜厚度等參數(shù)進行估算和評價，從而為實際工程運行提供參考依據(jù)[4-5]。

3.結(jié)論

因此，如何解決和處理傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中存在的矛盾關(guān)系和弊端，優(yōu)化脫氮除磷工藝系統(tǒng)的運行，提高脫氮除磷效果，是目前城市污水脫氮除磷技術(shù)研究的重點，是我國水環(huán)境保護事業(yè)的當務(wù)之急。想要從根本上提高污水脫氮除磷效率，只有開發(fā)污水生物脫氮除磷新理論與新技術(shù)，才能有效解決傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中存在的矛盾。

參考文獻

[1].T. George，F(xiàn). L. Burton，H. D. Stensel. Wastewater Engineering： TreatmentDisposal and Reuse. Fourth edition. Metcalf and Eddy，Inc.McGraw-Hill，2000：287～290

[2].建設(shè)部科技司.中國2000 年水工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略-水工業(yè)科技產(chǎn)業(yè)化.給水排水.1995,(5)：31～35

[3].Jorgensen, Kirsten S.; Pauli, Anneli S.-L.Polyphosphate Accumulation among Denitrifying Bacteriain A ctivated Sludge.Anaerobe.1995,1(3):161~168

[4].羅固源，羅寧，吉芳英等，新型雙泥生物反硝化除磷脫氮工藝.中國給水排水. 2002,18(9):47

[5].HUANG RongXin, LI Dong, LI XiangKun, BAO LinLin, JIANG AnXi andZHANG Jie.Positive role of nitrite as electron acceptor on anoxic denitrifying phosphorus removal process. Chinese Science Bulletin. 2007,52(16): 2179-2183