污水处理生物脱氮除磷影响因素及对策的研究

李子锋

（澳门科技大学环境研究院，澳门 528200）

洗涤剂、化学和化学物质的应用，使得水体中氮磷元素含量超标，这是导致富营养化的主要原因，会对水环境中生物的生长造成抑制，出现严重的恶臭或者变黑等现象。加强对污水的有效处理，是环保型社会建设中的主要工作，能够为工业的可持续发展创造条件，优化人类的生存环境。生物脱氮除磷在处理效率和去除率等方面都具有明显的优势，主要是针对污水中的氮磷元素进行高效去除，使水体生态环境得到快速恢复。然而，该技术也容易受到外界因素的影响，导致脱氮除磷效果不佳。应该创造良好的工艺环境，全面识别和处理不利因素，充分发挥生物脱氮除磷技术优势。

1 污水处理生物脱氮除磷的原理

1.1 生物脱氮原理

生物脱氮处理涉及氨化反应、硝化反应、反硝化反应和同化反应等。有机氮在异养型细菌的作用下转化为氨态氮，发生氨化反应，同时在自养型亚硝化菌的作用下转化为亚硝态氮，再向硝态氮转化，发送硝化反应。亚硝态氮和硝态氮会由于反硝化菌的作用转化为气态氮，使得氮元素得到有效处理，发生反硝化反应[1]。亚硝化反应和硝化反应是硝化中的两个不同阶段，反硝化反应需要在厌氧条件下进行。如果污水中的有机物含量较高，那么好氧异养菌对于营养物质和氧气的竞争要弱于自养硝化菌。

1.2 生物除磷原理

生物除磷涉及聚磷菌的吸磷和释磷过程。发酵产酸菌的生长和繁殖需要在厌氧环境下进行，有机物在其作用下转化为小分子有机物挥发性脂肪酸，即VFA，满足聚磷处理要求。有机态磷会在聚磷菌的作用下转化为无机态磷，在释磷过程中产生大量ATP。因此，溶剂性有机质可以通过聚磷菌进入细胞，并以有机颗粒的形式存在[2]。聚磷菌的摄磷能力会受到自身对PHB合成能力的影响，相较于厌氧环境中的释磷量而言，细胞对磷的摄取量较大，完成污泥排放后达到除磷的目的。

2 污水处理生物脱氮除磷的影响因素

2.1 生物脱氮的影响因素

溶解氧含量会对生物脱氮处理工艺成效造成直接影响。硝化反应中的溶解氧含量不能低于0.5～0.7 mg/L，一般需要超过2.0 mg/L。在反硝化反应当中，需要创造一个缺氧环境满足反硝化菌的繁殖需求，因此溶解氧含量要更低，通常不能超过0.5 mg/L。温度也会影响脱氮效果，在硝化反应和反硝化反应中，适宜温度分别为5～40℃和20～40℃之间，在实践中通常设置为20～30℃和15℃左右。对于温度的严格掌控，可以有效促进硝化反应和反硝化反应速度的提升。相较于异养菌而言，硝化菌的生存率不高，因此其繁殖能力会受到有机碳含量的影响。为了确保硝化反应的顺利进行，应该确保BOD5含量在20 mg/L以内，防止浓度过高而造成抑制。在反硝化反应当中，则应该确保有机碳含量的丰富性，以保障良好的反硝化效果。硝酸菌和亚硝酸菌对于pH值的需求也存在一定的差异性，前者需要控制在6.5～7.5之间，后者则需要控制在8.0～8.4之间。此外，在反硝化反应中，也要确保pH在6.5～7.5之间。为了防止对反应速率造成限制，pH值不能超出9.6，同时也不能低于6.0.硝化菌具有很长的世代时间，因此需要控制合理的泥龄时间，通常不能低于10 d，这是增强硝化菌群整体性能的关键[3]。此外，硝化菌的生长和繁殖容易受到有毒有害物质的干扰，包括了有机化合物、重金属和复合阴离子等，降低其氧化能力，抑制新陈代谢。硝化反应也会由于氨氮浓度的提升而受到抑制反应速度。

2.2 生物除磷的影响因素

厌氧环境是保障释磷区高效运转的关键，因此应该对溶解氧含量加以控制，通常不能超过0.2 mg/L。而在吸磷中则需要大量的溶解氧以保障良好的反应效果，因此溶解氧含量不能低于2.0 mg/L。在除磷工艺中，最佳温度为5～30℃，温度会对好样吸磷和厌氧释磷产生直接影响，通常情况下为了确保良好的吸磷深速度，则需要控制温度在15～20℃之间。7～8为生物除磷中的合理pH值范围，细胞结构及功能会由于较低的pH值而受到干扰。在聚磷菌的水解和释放中需要依靠VFA作为碳源，气单胞菌会受到硝态氮的影响，导致无法获得充足的VFA。同时，随着硝态氮的增多，反硝化反应加剧，导致碳源有机物含量减少，抑制了厌氧释磷过程。一般情况下，在生物除磷工艺中应该控制硝态氮浓度不超过1.5 mg/L。除磷效果会由于有机负荷的增大而改善，进水中BOD5/TP应该在20以上。厌氧释磷也会受到有机质的影响，为了体现聚磷菌的除磷效果，应该对分子量进行控制。此外，泥龄也会对生物除磷产生影响，应该适当缩短泥龄，以提高污泥排放量，增强除磷效果。泥龄最短不能低于3.5 d，最长不能超过7.0 d[4]。

3 污水处理生物脱氮除磷的对策

3.1 调整运行条件

为了获得良好的脱氮除磷效果，应该对工艺运行条件进行合理控制，包括了溶解氧含量和温度、pH值等，使其群落结构得到有效改善，增强微生物的活性。如果COD/TKN在10以内，那么碳氮比的降低会导致脱氮效果下降，随着COD/TP的增大，除磷效果得到增强。如果COD/TP超过60，那么对于总磷的去除效果会降低。通常需要控制工艺温度在15℃以上，增强脱氮除磷成效，温度过低容易导致PAOs含量增多。在控制温度的基础上，使混合液回流增大或者适当提升溶解氧的含量，可以提升脱氮的速率。在进水TN不高于30 mg/L的情况下，温度超过15℃后不需要控制回流[5]。较低的温度不仅会对脱硝效率产生影响，而且容易造成生物泡沫。

3.2 优化工艺结构

合理优化工艺结构可以提高脱氮除磷的实际效果，在传统硝化反硝化处理工艺中，可以有效处理碳氮比较高的污水，而采用短程硝化反硝化处理工艺时，则对碳氮比处于中等水平的污水处理效果较好，采用主流厌氧氨氧化处理工艺时，适用于较低碳氮比的污水处理。在实践工作当中，改良A²/O工艺、倒置A²/O工艺和MSBR工艺等得到广泛应用，有助于碳源的合理分配，同时获得了良好的处理效果，防止出现严重的碳源竞争现象。运用A²/O-MBR处理工艺时，硝化细菌可以通过生物膜进行有效固定处理，聚磷菌和反硝化细菌获得了良好的生长环境。两点进水倒置A²/O-MBR工艺的应用，可以针对污水中的NH3-N和COD等进行有效去除，满足了相关排放标准的要求，真正提高了出水水质[6]。

3.3 强化脱氮除磷

有效强化脱氮除磷工艺也是提升处理效率的关键，有助于控制污水处理成本，实现环保效益和经济效益的有效平衡。首先，应该对碳源进行适当补充，比如乙酸、甲醇、乙酸钠等，尤其是当外界环境温度较低时，应该适当提升碳源的补充量，以满足微生物的生长和繁殖需求，获得良好的脱氮除磷效果。填料的应用也是改善处理工艺的有效措施，主要是对生物膜的性能加以强化，应该明确微生物的功能分区特点。当BOD5/TN超过5时，SBBR反应器中异养硝化菌的生长状况较好，有利于氨氮元素的去除，除磷效率也得到了明显提升[7]。此外，化学除磷药剂的应用，也可以使总磷含量得到控制，包括了三氯化铁和聚合氯化铝等。

3.4 引进先进技术

引进先进处理工艺可以有效补充传统处理工艺。比如双污泥反诱导结晶工艺的应用，不仅能够使碳源不足问题得到处理，而且融合了化学处理和生物处理的优势，磷的回收利用率较高。短程硝化反硝化新技术也逐渐得到推广应用，能够解决传统AO法和A²O法反硝化处理的效率低下和成本较高等问题。此外，Anammox工艺的应用效果也较好，氧气供应量大大下降，电子供体可以选择氨。

4 结论

生物脱氮除磷技术是提高污水处理效果的关键，能够改善出水水质，改善自然环境，符合绿色化发展的理念要求。生物脱氮除磷涉及硝化反应、反硝化反应和生物释磷、吸磷等，因此其处理工艺具有一定的复杂性，应该加强对每一个环节的把控，提高脱氮除磷效率。温度、溶解氧含量、泥龄和pH值等，都会对生物脱氮除磷的应用产生影响，应该根据最佳条件进行控制。此外，还要通过调整运行条件、优化工艺结构、强化脱氮除磷和引进先进技术等途径，降低外界不良因素对生物脱氮除磷的影响。