景亞萍，張祥楠

（1.沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院，沈陽 110168；2.積水置業(yè)（沈陽）有限公司，沈陽 110003）

0 引言

傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝是由脫氮和除磷的組合工藝完成的，利用聚磷菌厭氧釋磷好氧吸磷的特點在厭氧/好氧交替的環(huán)境下，通過排放剩余污泥完成對磷的去除。脫氮過程主要通過氨化作用、硝化作用、反硝化作用最終轉化為氮氣而被去除，首先是氨化過程，即異養(yǎng)微生物在好氧或缺氧條件下，將污水中的蛋白質、氨基酸、尿素、脂類等有機氮源轉化成氨氮，稱該類微生物為氨化細菌；硝化作用是分兩步完成的，首先在亞硝化細菌的作用下將氨氮轉化成亞硝態(tài)氮，而后由硝化細菌將亞硝態(tài)氮轉化成硝態(tài)氮，即硝化過程，亞硝化菌與硝化菌均屬于化能自養(yǎng)菌，在不需要有機碳源作為養(yǎng)料的條件下，能以二氧化碳為碳源，通過氧化無機氮化物獲得生長所需的能量；反硝化作用是指反硝化菌在低氧或無氧條件下，將NOX--N還原成氮氣或氮的其他氣態(tài)氧化物的過程。目前，隨著城市污水中碳氮和碳磷比值的降低，傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝中存在著聚磷菌與反硝化菌爭奪碳源的問題就尤為明顯，因此需在水處理中投加碳源，這使得污水的處理費用相應增加；由于污水新排放標準的提出，使得原有污水處理廠對氮和磷的排放達不到排放標準，目前我國許多污水處理廠面臨著升級改建的危險；近年來，反硝化聚磷菌（DPB）的發(fā)現(xiàn)，成功地解決了碳源爭奪及泥齡不一致的矛盾，實現(xiàn)了“一碳兩用”。而環(huán)境對DPB脫氮除磷特性的影響眾說紛紜。

1 反硝化聚磷菌脫氮除磷的基本原理

反硝化聚磷菌（DPB）被證實具有與好氧聚磷菌極為相似的代謝特征。Kuba等從動力學性質上對兩類聚磷菌進行比較，結果表明以硝酸鹽作為電子受體的DPB與好氧聚磷菌有著同樣高的生物除磷特性，DPB是兼性厭氧菌，它能夠利用生物體內合成的高分子聚合磷酸鹽在厭氧/缺氧交替變化中進行生物除磷作用。DPB在厭氧、好氧過程中對磷的去除與好氧聚磷菌類似，不同于在缺氧的條件下DPB可利用水中的硝酸鹽作為電子受體，完成脫氮的同時進行吸磷作用，DPB的除磷脫氮過程如下：

（1）在厭氧條件下，DPB將細胞內的聚磷酸鹽（Poly—P）以溶解性的磷酸鹽形式釋放到溶液中，同時釋放能量，一部分能量用于自身生長，另一部分能量用于從外界環(huán)境中吸收有機碳源，并以聚-β羥基丁酸（PHB）的形式儲存在細胞內。在厭氧條件下主要完成釋磷和貯存碳源。

（2）聚磷菌在好氧條件下以O2為電子受體氧化分解厭氧段貯存在菌體內的PHB，并釋放出能量，合成ATP，同時從外界環(huán)境內過量攝取磷酸鹽合成Poly-P儲存在體內。聚磷菌在好氧條件下的吸磷量遠大于在厭氧段的釋磷量，最終通過系統(tǒng)的排泥完成除磷作用。與好氧聚磷菌不同的是，DPB可以硝酸鹽作為電子受體，在缺氧條件下氧化分解體內的PHB，同時將硝酸鹽還原成氮氣而排出，達到了同時脫氮除磷的效果。

2 影響因素

2.1 溫度

生物處理的污水的實質是利用微生物體內的酶促反應來實現(xiàn)的，通過利用污水中的有機物完成微生物的生長代謝過程，而溫度對酶促反應有很大的影響，因此在反硝化脫氮除磷工藝中合理控制反應器內溫度對污水處理有很重要的意義。

陳瀅等［1］研究表明，在穩(wěn)定運行的反硝化除磷脫氮工藝中，突然降低反應器內溫度，會產(chǎn)生非絲狀菌膨脹，這是由于溫度突然降低，會使細菌形成自身保護，微生物會分泌一些粘性物將菌體包裹起來，由于黏性物質含有大量水分，使得污泥的沉降性下降，因此產(chǎn)生污泥粘性膨脹。

Whang［2］發(fā)現(xiàn)，當溫度控制在20℃左右時，聚磷菌在系統(tǒng)內所占比例最高，而當溫度升至30℃左右時，聚磷菌數(shù)量會相應減少，而聚糖菌的含量相應增加。也有其他學者得到了類似結果，并指出隨著反應器內溫度的升高，會使聚磷菌的含量明顯降低的現(xiàn)象。

2.2 pH值

pH值是微生物生長代謝的重要影響因子，它能夠產(chǎn)生細胞膜電荷的變化，從而影響微生物體內酶的活性及對營養(yǎng)的吸收。同時pH值也會改變微生物生長環(huán)境中營養(yǎng)物質的性質及有害物質的毒性，不同的微生物都有各自生長的最適pH值。研究表明，生物除磷的適宜pH值在6.5～8之間，當pH值在7.2～8.0之間時，對絲狀菌和絮狀菌之間的競爭影響不大。

呂娟等［3］在反應器內控制pH值在6、6.5、7、7.5、8時，研究不同pH值下反應器內對COD、TN、TP去除效果的影響，結果表明當pH值在7.5時，系統(tǒng)對COD、TN、TP的去除效果達到最佳。

Filipe等［4］在對pH值影響因子的研究中發(fā)現(xiàn)當pH值小于7.25時，聚糖菌對乙酸的吸收速率大于聚磷菌的吸收速率；當pH值在7.25時，二者對乙酸的吸收速率基本相等；當pH值大于7.25時，聚磷菌對乙酸的吸收速率大于聚糖菌。

2.3 C/N比

在反硝化除磷脫氮系統(tǒng)中，若缺氧段系統(tǒng)內殘余的COD濃度過高，會促進反硝化菌的生長同時利用NO3-進行反硝化將其轉化為氮氣去除，而此時反硝化聚磷菌需以NO3-為電子受體進行吸磷作用，這產(chǎn)生了對NO3-的爭奪，使反硝化菌聚磷菌的吸磷作用受到限制；同時，聚磷菌吸收殘余的COD將其轉化成PHB，導致釋磷現(xiàn)象的發(fā)生使除磷效率下降。也有研究表明C/N的比值與TP的去除率成反比。

王亞宜［5］在A2N系統(tǒng)中研究不同C/N比值下對除磷脫氮效果的影響，研究表明，當C/N在3.93（較低）時，系統(tǒng)除磷效果較好，但不脫氮效果較差；而當C/N在9.64（較高）時，系統(tǒng)的脫氮效果較好，但其除磷效果較差，當C/N在6.49時，系統(tǒng)的除磷、脫氮效果均較好，這說明適當?shù)腃/N比對菌株的脫氮除磷效果較為重要。

吳昌永等［6］運用A2/O工藝研究影響因子對反硝化除磷效果的影響，研究表明C/N的比值越低，缺氧吸磷所占總吸磷量的比例越大，但C/N比太低會導致系統(tǒng)內TN去除率的下降；當C/N比低于4時，反硝化除磷的比例在60%以上，但TN的去除率為62%。

Kuba［7］的試驗研究發(fā)現(xiàn)當C/N值在3.4，此條件下除磷率可達100%。

吳長航［8］研究表明，在SBBR系統(tǒng)中當C/N比值在4.59～6.12之間時，對COD，TP、TN均有較好的處理效果。

2.4 SRT

污泥齡對除磷作用有較大的影響，當污泥齡過短時，會造成污泥的增殖量不能補充污泥的排放量，使成熟的反硝化聚磷菌隨剩余污泥排除，使系統(tǒng)內反硝化聚磷菌的量減少從而導致系統(tǒng)除磷率的下降；當污泥齡時，會使得磷在污泥內堆積，不能有效除磷。

李亞靜等［9］在不同的泥齡下（20、15、10d）研究污泥齡對溶解性正磷酸鹽去除效果的影響，結果表明當污泥齡控制在15d時，除磷效果最好，平均除磷率在84.4%以上。

李勇智等［10］將反應器內的污泥齡控制在16d，反應器的運行效果較好，當減少污泥齡至8d時，反硝化除磷效率迅速下降，當重新恢復污泥齡至16d，運行一段時間后，反硝化聚磷菌的除磷效果逐漸恢復，除磷率達90%左右。

李曈等［11］在SBR系統(tǒng)中采用A/A/O工藝，研究污泥齡對脫氮除磷的影響，研究表明當泥齡在10～12d時，脫氮、除磷效果較好，去除率可分別達81%和88%。

2.5 缺氧段投加NO3-和NO2-的濃度

Vlekke等［12］和Takahiro等［13］分別利用厭氧/缺氧SBR系統(tǒng)和固定生物膜反應器來進行了相關的試驗研究。結果發(fā)現(xiàn)，通過創(chuàng)造厭氧/缺氧交替的運行環(huán)境，可從中分離篩選出利用NO3-作為電子受體的聚磷菌即反硝化聚磷菌。近年來人們開始對以NO2-做電子受體這一問題展開研究，結果發(fā)現(xiàn)亞硝態(tài)氮可以代替氧氣和硝態(tài)氮作電子受體，對于系統(tǒng)中NO3-、NO2-的濃度的控制仍存在爭議。

方茜等［14］在SBR反應器內，在厭氧/好氧交替運行時，控制缺氧段NO3-濃度及投加方式，研究NO3-對DOB的缺氧吸磷性能的影響，結果表明，當NO3-濃度在30～35mg/L時，DPB的吸磷效果最佳。

呂娟［4］將 NO2-濃度分別控制在 5、10、20mg/L，研究缺氧狀態(tài)NO2-濃度對除磷效果的影響，結果表明，隨著NO2-濃度的增加，吸磷速率顯著下降，但當NO2-濃度在20mg/L時，反硝化2h的除磷量5mg/L，這表明，當NO2-濃度在20mg/L時，并未完全抑制系統(tǒng)的吸磷作用。

曾薇等［15］在SBR系統(tǒng)中，研究NO2-的濃度對除磷系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，研究表明當NO2-濃度低于10mg/L時，對聚磷菌吸磷釋磷能力影響不大，但當NO2-濃度在20mg/L左右時，系統(tǒng)內聚磷菌的吸磷釋磷能力則顯著下降。

黃榮新等［16］的研究表明，NO2-濃度大于30mg/L時，對反硝化除磷產(chǎn)生嚴重的抑制左右，而當NO2-濃度低于25mg/L時，NO2-可作為電子受體，且隨著NO2-濃度的升高，吸磷速率也逐漸升高。

劉暉等［17］在A2/O工藝中研究缺氧段生物除磷效果時發(fā)現(xiàn)，NO2-濃度在50mg/L左右時，反硝化除磷效果達到最好。

J.Y.Hu［18］經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，只要 NO2-濃度在115mg/L以下時，NO2-可替NO3-作為電子受體完成吸磷作用。

3 結語

DPB利用硝酸鹽作為電子受體達到同步除磷脫氮的效果受到人們的認可，反硝化技術也從基礎研發(fā)階段進入到工程應用階段，影響因子對菌株脫氮除磷效果的影響較大，我們需將微生物學與工程實踐相結合，更多的了解工程操作中影響因素對系統(tǒng)脫氮除磷的影響，控制菌株的最佳運行條件，才能得到更好的處理效果。

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