目前水污染問題已引起了社會各界人士的廣泛關(guān)注
。水體污染的主要源頭有城市生活廢水
、工業(yè)廢水
、農(nóng)業(yè)污染源
。污水中氮
、磷含量過高會使水體富營養(yǎng)化
，導(dǎo)致水質(zhì)惡化
，甚至影響人類健康
，所以研究開發(fā)經(jīng)濟
、高效的脫氮除磷新工藝是解決水體污染問題的關(guān)鍵。脫氮除磷方法主要有物理
、化學(xué)
、生物方法，但是物化法投入大
，容易造成二次污染
，而生物法投入小，成本低
，無二次污染
。故生物法將是今后污水處理的主流方法。
1
、生物脫氮除磷原理
一般來說
，生物脫氮過程分為三步：第一步是有機氮在氨化菌的作用下，分解
、轉(zhuǎn)化為氨氮
。第二步是氨氮在硝化細菌的作用下，進一步分解
、氧化為硝態(tài)氮
。第三步是在缺氧狀態(tài)下，反硝化菌將硝化過程中產(chǎn)生的硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮
，排放到大氣中
。有研究表明:在硝化和反硝化的過程中，有些細菌能利用亞硝酸根或硝酸根作為電子受體直接將氨態(tài)氮氧化為氣態(tài)氮
。這一發(fā)現(xiàn)將為新型脫氮工藝的研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)
。
生物除磷是指聚磷菌在厭氧條件下吸收磷，在好氧條件下過量釋放磷的一種生理變化現(xiàn)象
，這一現(xiàn)象被稱為luxuryuptake現(xiàn)象
。有研究發(fā)現(xiàn)：有一種兼性反硝化細菌能將硝酸根做為電子受體，將硝酸根轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮
，并產(chǎn)生生物除磷作用
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，生物脫氮除磷就是利用微生物的代謝活動將有機氮及有機磷分解、轉(zhuǎn)化
。
2
、傳統(tǒng)生物脫氮除磷典型工藝
傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝大體上可以分為2大類，一是按時間順序分布的
，如SBR工藝;二是按空間順序分布的
，如A2/0工藝
。而氧化溝工藝既是按時間順序分布的工藝，也是按空間順序分布的工藝
。這些工藝已被廣泛研究并應(yīng)用
，同時取得了較好效果。
2.1 SBR工藝
SBR是序批式活性污泥法的簡稱
。其流程圖如圖1
，是一種以間歇曝氣的方式來運行的水處理技術(shù)。該工藝SBR反應(yīng)器反應(yīng)過程分為進水
、反應(yīng)
、沉淀、排放
、閑置5個階段
，周而復(fù)始，從而達到脫氮除磷效果
。
究表明,進水C/N在2.2～3.5及曝氣強度為48～50L/h條件下脫氮除磷效果好
。TP、TN的去除率分別達到89.4%及84.5%
。有研究表明
，在碳源適宜的情況下，采用SBR工藝TP
、TN去除率分別達到96%及78.3%
。但是該反應(yīng)器容積利用率低，曝氣量大
，增大了成本
，且不能連續(xù)運行。
2.2 A2/O工藝
A2/O工藝即厭氧/缺氧/好氧工藝是一種典型的污水處理工藝其工藝(流程圖如圖2)
。廢水首先進入?yún)捬醵芜M行氨化反應(yīng)及釋磷
，接著進入缺氧段進行反硝化，最后在好氧段進行硝化反應(yīng)及吸磷
，部分硝化液回流至缺氧段
，部分污泥回流至厭氧段。
實際工程應(yīng)用表明
，A2/O工藝具有工藝流程簡單
，活性污泥不易膨脹，基建及運行費用低等特點
。但A2/O工藝也存在一定缺點
，如設(shè)置的污泥及硝化液回流增加了投資和運行能耗，反硝化菌與聚磷菌競爭碳源問題等。
2.3 氧化溝工藝
氧化溝工藝自問世以來在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用
，目前已成為我國污水處理的主導(dǎo)工藝之一
。氧化溝具有獨特的構(gòu)造形式(如圖3)，無終端循環(huán)水路
，使得曝氣機產(chǎn)生的溶解氧沿著水流方向產(chǎn)生濃度梯度
，并周而復(fù)始地發(fā)生變化，從而使得氧化溝在去除有機物的同時對混合液中的氮
、磷也具有良好的去除效果
。
氧化溝工藝抗沖擊能力強，污泥穩(wěn)定
，基建投資及運行費用較低
。但是研究及應(yīng)用表明，氧化溝工藝在運行中沒有考慮回流比
，即使考慮到回流比但仍然采取經(jīng)驗值或者不控制的方式
。
3、傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝中存在的問題
傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝總的說來存在微生物混合培養(yǎng)問題
、碳源問題
、泥齡問題、回流污泥中硝酸鹽問題等
。單級SBR反應(yīng)器在空間上是完全混合的
，使得硝化菌，反硝化菌等混合在一起抑制了反應(yīng)的進行且存在碳源不足的問題
。A2/O工藝即厭氧/缺氧/好氧工藝具有內(nèi)回流系統(tǒng)會將硝酸根帶回缺氧池不利于聚磷菌聚磷
，使得除磷效果不明顯。其脫氮效果很難再通過改進的方式提高
。氧化溝工藝是活性污泥法的一種變形
，容易出現(xiàn)污泥膨脹造成污泥排量大，在同一溝中溶解氧濃度難以控制
，故對脫氮能力有限而且除磷率較低
。因此，為了獲得更好的脫氮除磷效果需進一步對舊工藝進行改造或研發(fā)新工藝
。
3.1 微生物的生長條件受限
污水的脫氮除磷是多種微生物共同作用的結(jié)果
。傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝一般是單一的懸浮污泥生長系統(tǒng)，不能同時滿足所有微生物(硝化菌
、反硝化菌
、聚磷菌等)的最佳生長條件，故系統(tǒng)的脫氮除磷難以到達理想效果
。
3.2 碳源問題
系統(tǒng)中碳源的消耗主要在反硝化
、聚磷菌的厭氧釋磷及異養(yǎng)菌的代謝等方面
。由于污水中易降解的有機物產(chǎn)生碳元素有限
，而反硝化反應(yīng)與厭氧釋磷的反應(yīng)速率都與碳源有著很大關(guān)系
，要使脫氮除磷都達到良好效果還需進行深入研究。
3.3 泥齡問題
較長的泥齡是獲得良好硝化效果的重要保證
。而聚磷菌繁殖快
，世代周期短，且生物除磷是通過排放剩余污泥實現(xiàn)的
。如果泥齡過長
，那么在硝化過程中活性污泥的活性就會降，而且會影響聚磷菌對磷的吸收
。從而導(dǎo)致活性污泥中糖類物質(zhì)的累積及非聚磷菌的的增長
，使除磷效果大幅度降低。所以為了兼顧脫氮除磷對泥齡的要求
，通常將系統(tǒng)控制在一個泥齡較窄的范圍內(nèi)運行
，但實際運行中系統(tǒng)的脫氮除磷效果還是經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。
3.4 回流污泥中的硝酸鹽問題
在脫氮除磷系統(tǒng)中
，硝化菌
、反硝化菌、聚磷菌參與整個系統(tǒng)的循環(huán)運行并起著重要作用
。常規(guī)工藝中
，缺氧區(qū)設(shè)在好氧區(qū)前，故好氧區(qū)污泥回流不可避免地將部分硝酸鹽帶入缺氧區(qū)
。而在缺氧區(qū)中反硝化菌會與聚磷菌競爭底物
，從而無法滿足聚磷菌的正常生長代謝，導(dǎo)致除磷效果降低
。
4
、生物脫氮除磷新工藝
基于傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在的問題及產(chǎn)生問題的原因，本著尋找高效
、經(jīng)濟
、適用工藝的原則，近年來新的生物脫氮除磷工藝不斷被研發(fā)出來
，如改進型DEPHANOX工藝
、BCFS工藝、SHARON-ANAMMOX聯(lián)合工藝等
。改進型DEPHANOX工藝具有獨立的硝化系統(tǒng)
，將硝化，反硝化反應(yīng)分開解決了碳源不足問題及微生物混合培養(yǎng)問題
。BCFS工藝是一種改進的氧化溝組合工藝
，污泥產(chǎn)生量大幅度減少，且提高了除磷率。SHARON-ANAMMOX聯(lián)合工藝由于將氨氮氧化控制在亞硝化階段直接進行反硝化反應(yīng)大大縮短了反應(yīng)時間
，其不存在碳源供應(yīng)不足的問題且脫氮除磷效果較好
，是一種十分經(jīng)濟適用的污水處理工藝。
4.1 改進型DEPHANOX工藝
該工藝的原理是反硝化除磷
，在理論上進一步強化了氮
、磷矛盾的解決，其工藝流程如圖4
。污水進入系統(tǒng)后
，先與回流污泥混合且吸附大量有機質(zhì)，上清液進入獨立的硝化系統(tǒng)
，下層有機污泥進入?yún)捬鯀^(qū)
，然后在缺氧區(qū)重新混合，接著進行氮吹脫流入二沉池
，最后達標排放
。
該工藝的特點在于有獨立的硝化系統(tǒng)，使硝化反應(yīng)充分地進行;為反硝化提供充足氮源
，使得整個系統(tǒng)平穩(wěn)
、有效運行。該工藝中COD去除率為84.4%,氨氮的去除率在80%左右
，總氮和總磷的去除率分別為67.1%和79.4%
，基本達到預(yù)期效果。
4.2 BCFS工藝
荷蘭Delft大學(xué)的Mark教授以氧化溝和UCT工藝為基礎(chǔ)研發(fā)的BCFS工藝是目前已投入使用的單污泥系統(tǒng)
。該工藝主要由厭氧池
、選擇池、缺氧池等5個主池及3個循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成
，其工藝流程見圖5
。
該工藝實現(xiàn)了反硝化脫氮與生物除磷的有機結(jié)合，其特點是：對氮
、磷的去除率高
，污泥量比常規(guī)污水處理少10%，運行簡單
，脫氮除磷效果好
，因此該工藝是是一種很有前景的污水處理工藝。
4.3 SHARON-ANAMMOX聯(lián)合工藝
SHARON工藝的基本原理是短程硝化反硝化
。該原理與傳統(tǒng)硝化反硝化的區(qū)別在于將氨氮氧化控制在亞硝化階段直接進行反硝化
，使得反應(yīng)時間縮短，除磷效果提高
。厭氧氨氧化工藝中
，由于厭氧氨氧化菌是自氧菌無需外加碳源
，大大降低了硝化反應(yīng)的充氧能耗。因此將SHARON工藝作為硝化反應(yīng)器
，ANAMOX工藝作為反硝化反應(yīng)器形成組合工藝
，工藝圖如圖6。該工藝適用于處理高氨氮濃度廢水
，此工藝與傳統(tǒng)工藝相比反應(yīng)時間短
，能耗低
，產(chǎn)泥量少
。
5、展望
污水脫氮除磷技術(shù)已成為水污染治理的重要技術(shù)
，未來發(fā)展將集中在以下幾個方面：
(1)對傳統(tǒng)脫氮除磷工藝進行改進
，使不同營養(yǎng)型微生物獨立生長在不同反應(yīng)器中。將傳統(tǒng)工藝進行組合試驗尋找最優(yōu)的組合新工藝
。
(2)以短程硝化反硝化
，厭氧氨氧化、反硝化除磷等新理論為基礎(chǔ)
，開發(fā)新型脫氮除磷工藝
。目前有些新技術(shù)已應(yīng)用于實踐當(dāng)中，但這些新技術(shù)的原理
、工藝及影響因素還未完全掌握
，有待進一步深入研究。
(3)生物脫氮除磷工藝應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展的理念
，最大程度減少CO2的排放
，剩余污泥的產(chǎn)生，實現(xiàn)污染物無害化和廢水的回收利用
。
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