城市污水生物脫氮除磷技術(shù)的新進(jìn)展

張健

摘要：經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市人口的增加大大加速了水體富營養(yǎng)化進(jìn)程。綜述了城市污水脫氮除磷技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展，分析了脫氮除磷工藝機(jī)理及特點(diǎn)，指出了城市污水脫氮除磷工藝的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：富營養(yǎng)化；脫氮；除磷

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，含有高濃度氮磷物質(zhì)的生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)田地表水徑流匯入湖泊、水庫、河流和海灣水域，使藻類等植物大量繁殖，導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化的水體含有大量的硝酸鹽和亞硝酸鹽，長期飲用嚴(yán)重危害人類健康。因此，對(duì)城市污水進(jìn)行脫氮除磷處理成為當(dāng)今污水處理的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

一、污水生物脫氮除磷的機(jī)理

（一）污水生物脫氮機(jī)理

近年來，一些研究者在研究中觀察一些超出傳統(tǒng)生物脫氮理論的新現(xiàn)象：厭氧反應(yīng)器中NH3-N減少；好氧條件下同時(shí)進(jìn)行硝化反硝化作用；異養(yǎng)菌也可以參加硝化過程。對(duì)于這些現(xiàn)象可以從微環(huán)境理論和生物學(xué)角度進(jìn)行解釋。微環(huán)境理論認(rèn)為在微生物絮體內(nèi)存在溶解氧梯度，即在絮體表層溶解氧濃度較高，以好氧菌、硝化菌為主；而絮體內(nèi)部由于溶解氧傳遞受阻和絮體外層微生物消耗大部分溶解氧，使內(nèi)部形成兼氧、厭氧環(huán)境，有利于反硝化菌繁殖。加之曝氣過程的攪動(dòng)和溶解氧的控制使微環(huán)境是不斷變化的，有利于微環(huán)境中的微生物處于厭氧、兼氧、好氧交替的環(huán)境中，產(chǎn)生硝化反硝化作用。從生物學(xué)角度解釋不同于傳統(tǒng)的理論，微生物學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了異養(yǎng)硝化菌和好氧反硝化菌，甚至在完全厭氧的條件下發(fā)生硝化作用。已有研究表明，在亞硝化菌的作用下，以NO2-作為電子受體，將氨轉(zhuǎn)化NO2。以上這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為研究者研究新生物脫氮理論和開發(fā)新的生物脫氮工藝指引了方向。

（二）生物除磷機(jī)理

生物除磷主要由聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，有氧條件下攝取磷，通過排除富磷污泥達(dá)到除磷目的。聚磷菌屬于兼性異養(yǎng)型細(xì)菌，在厭氧環(huán)境中，在沒有DO和大量NO3–存在的前提下，聚磷菌通過將細(xì)胞中聚磷水解成正磷酸鹽獲取能量，并利用污水中易降解的有機(jī)物，如揮發(fā)性脂肪酸（VFA），合成貯能物質(zhì)聚β羥基丁酸（PHB）存于細(xì)胞中；在好氧環(huán)境中，聚磷菌以游離氧為電子受體，氧化細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)藏的PHB，并利用該反應(yīng)產(chǎn)生的能量，過量地從污水中攝取磷酸鹽，合成高能物質(zhì)ATP，其中一部分轉(zhuǎn)化為聚磷，作為能量物質(zhì)貯存于細(xì)胞中。由于好氧環(huán)境下磷的攝取量遠(yuǎn)大于厭氧環(huán)境下的釋放量，所以通過排放富磷污泥可以達(dá)到高效生物除磷的目的。研究表明，在廢水生物除磷中，聚磷菌厭氧釋放磷是好氧吸收和除磷的前提條件，但厭氧條件下聚磷菌釋放磷水平的充分與否，并不是決定除磷能力的必要條件。而聚磷菌在厭氧條件下能否有效釋放磷，與水中有機(jī)物的類型和NO3–含量密切相關(guān)。

近年來，研究者發(fā)現(xiàn)了一種“兼性厭氧反硝化除磷細(xì)菌”（DPB），可以在缺氧條件下利用NO3–作為電子受體氧化胞內(nèi)貯存的PHA，并從環(huán)境中攝磷，實(shí)現(xiàn)同時(shí)反硝化和過度攝磷。與傳統(tǒng)好氧生物除磷相比，系統(tǒng)對(duì)COD的需求減少50%。該工藝目前雖處于實(shí)驗(yàn)研究階段，離生產(chǎn)應(yīng)用尚有一段距離，但為生物除磷工藝提供了新的思路。

二、同步脫氮除磷技術(shù)

基于生物脫氮和生物除磷的傳統(tǒng)機(jī)理，學(xué)者們研發(fā)了一系列生物同步脫氮除磷的工藝，主要有巴顛甫脫氮除磷工藝，A2/O法同步脫氮除磷工藝，倒置A2/O同步脫氮除磷工藝以及生物轉(zhuǎn)盤同步脫氮除磷技術(shù)等。

目前，A2/O工藝是應(yīng)用最為廣泛的生物脫氮除磷工藝。該工藝是在An-O法脫氮工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)的一項(xiàng)同步脫氮除磷工藝。在系統(tǒng)上可以稱為最簡單的同步脫氮除磷工藝，總的水力停留時(shí)間少于其它工藝，不易發(fā)生污泥膨脹，SVI值一般均小于100。污泥中含磷濃度高，可回收作為磷肥。運(yùn)行中不需投藥，兩個(gè)A段只需輕緩攪拌，運(yùn)行費(fèi)用低。

因氮磷的去除比較復(fù)雜，需要經(jīng)過硝化、反硝化、釋磷和吸磷等多個(gè)生化反應(yīng)。上述每一個(gè)過程對(duì)微生物的組成、基質(zhì)類型及環(huán)境條件的要求各不相同。因此要在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)完成脫氮和除磷過程，不可避免地產(chǎn)生各過程間的矛盾關(guān)系，如碳源、污泥齡、硝化和反硝化容量、釋磷容量和吸磷容量等。這些矛盾使得在同一系統(tǒng)中同時(shí)獲得氮、磷的高效去除難以實(shí)現(xiàn)。

因此，應(yīng)用傳統(tǒng)生物脫氮除磷機(jī)理的工藝要解決的根本問題是提供各類微生物適宜的環(huán)境，避免彼此之間的干擾和競(jìng)爭，各司其職，發(fā)揮各自最大的作用。為了提高脫氮除磷的效果，學(xué)者們展開了對(duì)應(yīng)用組合工藝實(shí)現(xiàn)氮、磷元素的高效去除的研究。A2/0-BAF系統(tǒng)是將活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)。通過縮短污泥齡的方法，將硝化作用從中分離出來，用BAF實(shí)現(xiàn)硝化作用。聚磷菌懸浮生長于A2/O活性污泥中，硝化菌生長在BAF的填料上。聚磷菌和硝化菌的分離，解決了傳統(tǒng)生物脫氮除磷中聚磷菌和硝化菌之間的競(jìng)爭，使得各自在最適宜的環(huán)境中生長，這更有利于系統(tǒng)穩(wěn)定、高效的脫氮除磷。另外，由于A2/O中沒有硝化菌，所以回流污泥中不含有硝酸鹽，為厭氧段提供了絕對(duì)的厭氧環(huán)境，使聚磷菌釋磷充分，從而實(shí)現(xiàn)磷的高效去除。除了本工藝外還有A2/O-MBR系統(tǒng)，A/O-BAF系統(tǒng)，改進(jìn)SBR系統(tǒng)以及一些在生物脫氮除磷基礎(chǔ)上增加化學(xué)強(qiáng)化除磷的組合工藝。

三、結(jié)語

污水生物脫氮除磷的目的是將氮、磷從廢水中去除，防止引起受納水體的富營養(yǎng)化，以工程手段從源頭控制水體富營養(yǎng)化。從我國目前的實(shí)際情況出發(fā)，無論是單獨(dú)的生物脫氮技術(shù)、生物除磷技術(shù)，還是同時(shí)生物脫氮除磷技術(shù)，探索簡便、節(jié)能、高效、技術(shù)成熟的生物脫氮除磷技術(shù)是目前當(dāng)務(wù)之急，為今后從源頭解決水體富營養(yǎng)化問題，提供必要而有效的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

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