废水生物脱氮除磷工艺

目前，水污染问题已经引起了各界人士的广泛关注。水污染的主要来源是城市生活废水、工业废水和农业污染源。污水中氮磷含量过高会使水体富营养化，导致水质恶化，甚至影响人体健康。因此，研究和开发脱氮除磷新技术是解决水污染问题的关键。脱氮除磷方法主要有物理法、化学法和生物法，但物理法和化学法投资大，容易造成二次污染，而生物法投资小，成本低，无二次污染。因此，生物法将是未来的主流方法污水处理。

1.生物脱氮除磷原理

一般来说，生物脱氮的过程分为三步:第一步，有机氮在氨化细菌的作用下分解转化为氨氮。第二步，氨氮在硝化细菌的作用下进一步分解氧化成硝态氮。第三步，反硝化细菌将硝化过程中产生的硝态氮还原为气态氮，排放到大气中。研究表明，在硝化反硝化过程中，一些细菌可以利用亚硝酸盐或硝酸盐作为电子受体，直接将氨氮氧化为气态氮。这一发现将为新型脱氮工艺的研究和开发奠定理论基础。

生物除磷是指聚磷菌在厌氧条件下吸收磷，在好氧条件下过量释放磷的一种生理变化现象。这种现象被称为luxuryuptake现象。研究发现，有一类兼性反硝化菌可以利用硝酸盐作为电子受体，将硝酸盐转化为气态氮，产生生物除磷。总之，生物脱氮除磷是微生物代谢活动对有机氮和有机磷的分解和转化。

2.传统生物脱氮除磷的典型工艺

传统的生物脱氮除磷工艺大致可以分为两类。一是按时间顺序分布，如SBR工艺；二是按空间顺序分布，如A2/0过程。氧化沟过程不仅是一个按时间顺序分布的过程，也是一个按空间顺序分布的过程。这些工艺已被广泛研究和应用，并取得了良好的效果。

2.1 SBR工艺

SBR是序批式活性污泥法的缩写。流程图如图1所示，这是一种间歇曝气运行的水处理技术。该工艺中SBR反应器的反应过程分为进水、反应、沉淀、排放、闲置五个阶段，反复进行，达到脱氮除磷的效果。

郭海燕等研究表明，进水C/N比为2.2 ~ 3.5，曝气强度为48 ~ 50 L/h，脱氮除磷效果良好。总磷和总氮的去除率分别达到89.4%和84.5%。研究表明，当碳源合适时，SBR工艺对TP和TN的去除率分别可达96%和78.3%。但反应器容积利用率低，曝气量大，成本增加，不能连续运行。

2.2 A2/O工艺

A2/O工艺，即厌氧/缺氧/好氧工艺，是典型的污水处理工艺(流程图见图2)。废水先进入厌氧段氨化释磷，再进入缺氧段反硝化，后期在好氧段进行硝化吸磷。部分硝化液回流至缺氧段，部分污泥回流至厌氧段。

多年的研究成果和实际工程应用表明，A2/O工艺具有工艺流程简单、活性污泥膨胀小、基建和运行费用低等特点。但A2/O工艺也存在一些缺点，如污泥和硝化液回流增加投资和运行能耗，反硝化菌和聚磷菌的碳源竞争问题。

2.3氧化沟工艺

氧化沟工艺自问世以来在世界范围内得到了广泛的应用，并成为我国的主导工艺之一污水处理。氧化沟具有独特的结构形式(如图3所示)，没有末端循环水路，使得曝气器产生的溶解氧沿水流方向产生浓度梯度并反复变化，从而使氧化沟在去除有机物的同时，对混合溶液中的氮、磷有很好的去除效果。

氧化沟工艺抗冲击能力强，污泥稳定，基建投资和运行费用低。但研究和应用表明，氧化沟工艺在运行中不考虑回流比，即使考虑回流比，仍采用经验值或无控模式。

3.传统生物脱氮除磷工艺存在的问题

一般来说，传统的脱氮除磷工艺存在微生物混合培养、碳源、污泥龄、回流污泥中硝酸盐等问题。单级SBR反应器在空间上完全混合，使得硝化细菌、反硝化细菌等。混合在一起抑制反应和碳源不足。A2/O工艺，即厌氧/缺氧/好氧工艺，有内回流系统，会将硝酸盐带回缺氧池，不利于聚磷菌聚磷，除磷效果不明显。很难通过改进来提高脱氮效果。氧化沟工艺是活性污泥法的变种，容易发生污泥膨胀，导致污泥排放量大，同一沟内溶解氧浓度难以控制，因此脱氮能力有限，除磷率低。因此，为了获得更好的脱氮除磷效果，有必要进一步改造旧工艺或开发新工艺。

3.1微生物的生长条件有限

污水脱氮除磷是多种微生物共同作用的结果。传统的生物脱氮除磷工艺一般是单一的悬浮污泥生长系统，不能满足所有微生物(硝化细菌、反硝化细菌、聚磷细菌等)较好的生长条件。)同时，因此系统很难达到理想的脱氮除磷效果。

3.2碳源问题

系统中碳源的消耗主要在反硝化作用、聚磷菌的厌氧释磷和异养菌的代谢中。由于污水中易降解有机物产生的碳元素有限，反硝化和厌氧释磷的反应速率与碳源密切相关，要达到良好的脱氮除磷效果还需要进一步研究。

3.3泥浆老化问题

长泥龄是获得良好硝化效果的重要保证。而聚磷菌繁殖快，世代周期短，生物除磷是通过排出剩余污泥来实现的。如果泥龄过长，硝化过程中活性污泥的活性会下降，而且会影响聚磷菌对磷的吸收。从而造成活性污泥中糖的积累和非聚磷菌的生长，除磷效果大打折扣。因此，为了满足脱氮除磷对泥龄的要求，通常控制系统在较窄的泥龄范围内运行，但在实际运行中，系统的脱氮除磷效果往往不稳定。

3.4回流污泥中的硝酸盐

在脱氮除磷系统中，硝化菌、反硝化菌和聚磷菌参与整个系统的循环运行，发挥着重要作用。在常规工艺中，缺氧区位于好氧区之前，因此好氧区的污泥回流不可避免地将部分硝酸盐带入缺氧区。但在缺氧区，反硝化细菌会与聚磷菌争夺底物，不能满足聚磷菌的正常生长和代谢，导致除磷效果降低。

4.生物脱氮除磷新工艺

基于传统生物脱氮工艺存在的问题及问题产生的原因，本着寻找高效、经济、适用工艺的原则，近年来，新的生物脱氮除磷工艺不断被开发出来，如改良的脱氮除磷工艺、BCFS工艺、沙伦-厌氧氨氧化组合工艺等。改进的DEPHANOX工艺具有独立的硝化系统，将硝化和反硝化反应分开，解决了碳源不足和微生物混合培养的问题。BCFS工艺是一种改进型氧化沟组合工艺，大大减少了污泥产量，提高了除磷率。SHARON-ANAMMOX组合工艺通过控制亚硝化阶段氨氮的氧化，直接进行反硝化反应，大大缩短了反应时间。碳源不短缺，脱氮除磷效果好，是一种非常经济适用的污水处理工艺。

4.1改进的脱氮工艺

该工艺的原理是反硝化除磷，从理论上进一步强化了氮磷矛盾的解决。流程如图4所示。污水进入系统后，首先与回流污泥混合，吸收大量有机物。上清液进入独立硝化系统，下层有机污泥进入厌氧区，然后在缺氧区重新混合。然后进行氮气吹脱，流入二沉池，达标排放。

该工艺具有独立的硝化系统，使硝化反应能够充分进行；为反硝化提供充足的氮源，使整个系统平稳有效地运行。在该工艺中，COD去除率为84.4%，氨氮去除率为80%左右，总氮和总磷去除率分别为67.1%和79.4%，基本达到了预期效果。

4.2 BCFS进程

荷兰代尔夫特大学的马克教授在氧化沟和UCT工艺基础上开发的BCFS工艺是目前已投入使用的单一污泥系统。该工艺主要由厌氧池、选择性池和缺氧池五个主池和三个循环系统组成。流程如图5所示。

该工艺实现了脱氮和生物除磷的有机结合。其特点是氮磷去除率高，比常规污水处理减少污泥10%，操作简单，脱氮除磷效果好。所以这个过程是一个很有前途的污水处理过程。

4.3沙伦-厌氧氨氧化组合工艺

SHARON工艺的基本原理是短程硝化反硝化。该原理与传统硝化反硝化的区别在于，将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段，直接进行反硝化，缩短了反应时间，提高了除磷效果。在厌氧氨氧化过程中，由于厌氧氨氧化菌是自养菌，不需要添加碳源，硝化反应的充氧能耗大大降低。因此，采用SHARON工艺作为硝化反应器，ANAMOX工艺作为反硝化反应器，形成组合工艺。流程图如图6所示。该工艺适用于高氨氮浓度废水的处理。与传统工艺相比，该工艺反应时间短、能耗低、污泥产量少。

5.观点

污水脱氮除磷已成为水污染控制的重要技术，未来发展将集中在以下几个方面:

(1)改进传统的脱氮除磷工艺，使不同营养微生物在不同反应器中独立生长。结合传统工艺寻找更好的组合新工艺。

(2)基于短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷的新理论，开发了脱氮除磷新工艺。目前已有一些新技术在实践中得到应用，但对这些新技术的原理、过程和影响因素还没有完全掌握，需要进一步深入研究。

(3)生物脱氮除磷工艺应遵循可持续发展的理念，最大限度地减少CO2排放和剩余污泥，实现污染物的无害化和废水的资源化。(来源:湖南省畜牧兽医研究所、湖南省广信安农牧有限公司)

免责声明：本网站内容来源网络，转载是出于传递更多信息之目的，并不意味赞成其观点或证实其内容真实性。转载稿涉及版权等问题，请立即联系网站编辑，我们会予以更改或删除相关文章，保证您的权利。
标签:  废水生物脱氮除磷工艺