短程反硝化技术在农村污水处理中的应用与展望

赵丽芬 李伟 刘俊 杨洋 杨志 王静 张瑞

摘要：指出了传统污水处理技术存在运行复杂、能耗高、脱氮除磷效果差等问题，难以在广大农村地区推广应用。针对这一问题，介绍了短程反硝化的原理及相关工艺发展，探讨了短程反硝化方法作为一种稳定、高效的新型生物处理技术，用以解决农村污水处理问题，实现我国水生态文明及水资源可持续利用的途径。

关键词：农村污水;短程反硝化;脱氮除磷;富营养化

中图分类号：X799

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）14-0083-02

1 引言

随着社会主义新农村建设和城乡一体化进程的不断推进，我国农村经济得到快速发展，生产生活方式随之转变，各类生产、生活污水排放量不断增加，而农村污水处理技术、设施的缺位，导致大量携带氮磷元素的污水持续排放到受纳环境中，造成水体富营养化，对区域生态环境产生严重影响。在此背景下，农村污水处理技术作为水生态文明建设的重要抓手，不仅是构建和谐人地关系的关键，也是《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》推进过程中需要重点研究的问题。

2农村污水处理现状

受环境及其它条件限制，我国农村、特别是边远山区农村在污水处理关键技术研发和推广应用方面仍然比较薄弱，大部分农村污水处理系统尚不完善甚至空缺。目前，可供农村选择的分散污水处理工艺大致可分为两类：一类是以土壤或水体作为载体，利用植物吸收及微生物分解作用来处理污水的自然生态处理系统，如氧化塘、人工湿地等;一类是从传统污水处理厂工艺简化而来的，利用生物处理、物理过程及化学反应工艺处理污水的生化处理方法，如生物膜法、膜生物反应器等。传统生态处理技术普遍存在占地面积过大、处理效果不稳定的缺点，在部分土地资源相对匮乏的山区难以实现;而若单纯采用生化处理技术又存在能耗高、运行费用高、维护困难、脱氮除磷工艺复杂等问题。因此，开发一种稳定、高效的新型生物处理技术以解决山区农村污水处理问题、减少氮磷排放已成为当下维护区域水生态系统良性发展的重要任务。短程反硝化集反硝化与牛物除磷为一体，在缺氧条件下由反硝化聚磷菌（ Deni-trifying Phosphate- Accumulating Organisms，DPAOs）通过“一碳两用”的方式实现同步脱氮除磷。除具有耗氧量低、产泥量低的优势外。还有运行周期短、脱氮除磷效率高和进一步减少COD的优点，是一项极富应用前景的污水处理新技术。

3 短程反硝化原理

20世纪90年代，Kuba等首次观察到在厌氧/缺氧交替运行条件下，可以富集到一类利用硝酸盐氮和氧气作为电子受体、具有脱氮除磷特性的反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphorus - remoVal Bacteria， DPB）;后续又有学者发现一类可以同时利用亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氧气进行缺氧吸收磷、真正实现“一碳两用”的短程反硝化聚磷菌，从根本上解决了传统脱氮除磷中碳源竞争的问题，具体反应路径如下：在厌氧条件下，DPAOs首先将胞内聚磷水解，利用释放的能量及糖原吸收碳源并合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）;而后在缺氧条件下，由PHA作为电子供体，同时降解产生能量用于聚磷合成，从而实现同步脱氮除磷。由于此项技术是在缺氧条件下完成吸磷反应，因此减少了曝气产生的能量消耗，电使污泥产量减少约一半左右。随着对短程反硝化除磷技术的深入研究，许多国内学者针对pH值、碳源类型、C/N、电子受体、温度、SRT等因素对反应过程影响进行了比较分析，但这些实验设计大多针对单因素影响，而对于多因素协同作用的关系、机理及途径还待进一步深入研究。

4短程反硝化相关工艺发展及应用

短程反硝化作为节能降耗型污水处理新方法，已有研究人员在工艺改进与实际应用方面做了一些尝试。张淼等采用A2/O+MBBR双污泥系统，以低碳氮比污水为处理对象，测试启动过程的污泥特性和反硝化除磷特性，经过21 d连续培养，污泥浓度从1189 mg/L增加到1760 mg/L，DPAOs在系统中占比从接种污泥时的10. 87%增加到25. 46%;刘宏等采用SBR反应器，通过交替缺氧/好氧模式（单周期4次交替缺氧：好氧=30 min：30 min）运行70个周期，使氨氮去除率和COD去除率分别达到98. 67%和79. 55%;李冬等采用缺氧后置的序批式反应器，考察了反硝化除磷的处理效果，通过限氧条件下的排泥策略，可实现常温低氨氮条件下的脱氮除磷，实验显示以亚硝酸盐为电了_受体的DPAOs系统占比可达70%;乌兰等采用SND工艺，用醋酸钠作C源，亚硝酸钠作氮源，实现了海水养殖废水的短程硝化反硝化去除氮磷，实验显示C/N比为0.8～1.2;反应时间为0.5～4 h;温度为14～20℃时脱氮除磷效率最高。目前，对于短程反硝化的研究大部分还停留在实验阶段，处理对象多为城市生活污水，但对于农村污水处理方面的研究及成功案例却少有报道。

5展望

短程反硝化是一個非常复杂的生物生化过程，涉及到很多的中间反应过程，同时反应亦受到诸多环境因子的抑制和影响，而其中关键性影响因子将直接作用于反应效率、途径，最终影响整个工艺运行，而前期国内外大量实验研究为此项技术的推广奠定了良好的理论基础。我国农村污水排放量巨大，且随着传统生产、生活方式转变，水质发生了巨大变化，亦存在碳氮比低、反硝化所需碳源不足，处理过程中脱氮除磷效率低的问题，由此看出短程反硝化技术在今后农村污水处理研究与应用方面具有广阔前景。