污水生物脱氮除磷基本原理及工艺发展现状

徐春江 李娜 申林 张小雨

摘要：目前，污水处理技术已经逐渐从单一去除有机物为目的的阶段，进入到既要去除有机物又要脱氮除磷的深度处理阶段，脱氮除磷己成为当今污水处理领域的研究热点之一。

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.

中图分类号：[TU992.3] 文献标识码：A 文章编号：

因氮、磷过量排放所引起的水体富营养化是目前最为关注的环境问题之一。当水体中总磷浓度高于0.02mg/L或总氮浓度高于0.2mg/L时则被视为富营养化水体，它的表征之一即为藻类过度增长。研究表明，每向水体中排放1g磷会引发950g(干重)藻类的生长[1]。控制水体富营养化，防止水体被污染的最根本途径就是对污染源进行治理，控制污染物的排放量。去除氮、磷以控制水体富营养化已成为各国的主要研究方向。

1.污水生物脱氮除磷基本原理

1.1生物脱氮基本原理

废水生物脱氮是在硝化菌和反硝化菌参与的反应过程中，将氨氮最终转化为氮气而将其从废水中去除的。硝化和反硝化反应过程中所参与的微生物种类不同、转化的基质不同、所需要的反应条件也各不相同。

1.2传统生物除磷基本原理

到目前为止，国际普遍认可和接受的生物除磷理论是“聚合磷酸盐(Poly-p)累积微生物”——聚磷菌PAO的摄/释磷原理。在聚磷菌新陈代谢过程中，三种贮存的化合物聚磷酸盐、糖元以及聚β羟基丁酸（PHB）起非常重要的作用。其中PHB属于PHV范畴。生物除磷过程通常包括厌氧释磷和好氧吸磷两个过程。

2 污水生物脱氮除磷工艺现状

2.1传统脱氮除磷技术

2.1.1 A2/O工艺

图1为厌氧/缺氧/好氧(A2/O)生物脱氮除磷工艺流程图。该工艺在是能够同步脱氮除磷的污水处理工艺。其特点是工艺简单，能够同步脱氮除磷，总停留时间短，污泥不易膨胀，不需投药，运行费用低。该工艺也存在一些问题。在达到一定效果后，A2/O工艺除磷量难于进一步提高，尤其是当进水P/BOD值高时更是如此，由于回流混合液的回流比不宜过大，脱氮效率也难以进一步提提高。

图1 A2/O工艺

Figure1 Schematic diagram of anaerobic-anoxic-oxic process

2.1.2 VIP工艺

VIP工艺是美国Virainia州Hampton Roads公共卫生与CHAM HILL公司于80年代末开发并获得专利的污水生物除磷脱氮工艺[2]。如图2所示VIP 工艺的主要特点是厌氧、缺氧和好氧三个反应器都是由多个完全混合反应器串联组成的,形成了有机物的梯度分布, 从而提高了厌氧池释磷和好氧池摄磷的速度，除磷效率高，降低了反应器总容积。

图2 VIP工艺

Figure2 The schematic diagram of VIP process

2.1.3 氧化沟

典型的脱氮除磷氧化沟有A2/C氧化沟、奥贝尔氧化沟和DE氧化沟。其特点是常规氧化沟与其它工艺结合以达到较好的脱氮除磷能力。以DE氧化沟为例，该系统由两个平行的氧化沟和一个独立的沉淀池组成，在两个平行的氧化沟内分别进行硝化、反硝化的反应，而达到生物脱氮的目的；在该系统前增设厌氧池，可以达到生物除磷的目的。

2.2 反硝化脱氮除磷技术

2.2.1 Dephanox工艺

Wanner首次提出Dephanox双污泥反硝化脱氮除磷工艺雏形[47]，其工作原理见图3，随后意大利Bologna市的ENEA实验室对此也进行了长期的研究。而更深入系统的研究是由Delft科技大学的Kuba等学者展开的[3]。所谓双污泥系统就是硝化菌独立于DPB菌而单独存在于固定膜生物反应器或好氧硝化SBR反应器中。该工艺解决了聚磷菌和反硝化菌竞争碳源的问题，同时亦巧妙解决了活性污泥系统培养硝化菌需要的较长SRT这一不利条件。在Dephanox工艺中，含DPB回流污泥首先在厌氧池完成释磷和储存PHB。经快沉池分离后，富含DPB的污泥超越好氧池进入到缺氧池，含氨氮上清液直接进入固定膜反应器，进行好氧硝化，产生的硝化液流入缺氧池后与DPB污泥接触，完成过量吸磷和反硝化反应。Dephanox双污泥系统可实现利用最少的COD消耗量，获得最大的脱氮除磷效率。通常污水中的N/P比低于7g N/g-P(105mgN/L，15mg P/L)，这就意味着在A2N系统中，由于硝酸盐氮量的不足将导致不能实现彻底除磷，Dephanox工艺通过后置一个好氧曝气池可以实现剩余磷的去除。

图3 Dephanox工艺

Figure3 Schematic diagram of Dephanox process

2.2.3 A2NSBR工艺

继Wanner提出在厌氧/缺氧交替运行条件下联合生物膜反应器好氧硝化来进行生物除磷的新概念后，Kuba，M erzouki及W.J.Ng等相继对A2SBR双污泥系统进行了反硝化除磷的试验室小试研究[4]。A2NSBR系统具有两个独立的SBR：一个SBR依次经历厌氧/缺氧段，主要是用来强化适合于DPB生长的厌氧/缺氧环境，筛选优势菌种；另一个为好氧SBR，此反应器的主要作用是培养硝化菌，以提供给厌氧/缺氧SBR足量的硝化液。如图4所示，厌氧/缺氧SBR经厌氧反应后，将含氨氮的上清液流至好氧硝化SBR，在此经好氧硝化后，将硝化液又回流至厌氧/缺氧SBR，完成反硝化和除磷作用。在A2NSBR系统中，好氧硝化污泥与DPB除磷污泥是分开的，好氧硝化反应单独在硝化SBR中完成，虽然系统添加了反应运行单元，但由于提供给系统的氧量、好氧段的COD损失相应减少，故双污泥脱氮除磷联合工艺相对传统工艺的投资额度仍是减小的。

图4 A2NSBR工艺流程图

Figure4 Schematic diagram of A2NSBR Operation

2.2.3生物膜反硝化除磷脱氮工艺

现代生物除磷工艺多用到的是活性污泥法，对生物膜法除磷的探讨尚少。生物膜法能否进行除磷，能否实现反硝化除磷，有关专家也进行了深入细致的研究。Kerm-Jespersen等考察了固定生物膜反应器除磷效果时首次得到：通过厌氧(2h)/缺氧(4h)交替环境可培养出富集DPB的反硝化生物膜]。在厌氧段，平均每消耗1mgHAc可释放0.52mgPO43--P；在缺氧段，平均还原1m gNO3--N可吸磷2.0mg，而剩余干污泥中磷的含量己达到8~10%。该试验为利用生物膜法实现反硝化除磷提供了依据。鉴于生物膜除磷工艺高度的复杂性，在考察该工艺的实际运行能力时，有必要利用AQUASIM计算机程序进行模型模拟研究。计算机模型模拟试验可以深入探讨生物膜内部的情况，并可作为一种工具对工艺各反应阶段的时间配比、反应池的大小和生物膜厚度等参数进行估算和评价，从而为实际工程运行提供参考依据[4-5]。

3.结论

因此，如何解决和处理传统脱氮除磷工艺中存在的矛盾关系和弊端，优化脱氮除磷工艺系统的运行，提高脱氮除磷效果，是目前城市污水脱氮除磷技术研究的重点，是我国水环境保护事业的当务之急。想要从根本上提高污水脱氮除磷效率，只有开发污水生物脱氮除磷新理论与新技术，才能有效解决传统脱氮除磷工艺中存在的矛盾。

参考文献

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

[2].建設部科技司.中国2000 年水工业可持续发展战略-水工业科技产业化.给水排水.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].罗固源，罗宁，吉芳英等，新型双泥生物反硝化除磷脱氮工艺.中国给水排水. 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