【摘要】：綜述了城市污水氮磷營養(yǎng)鹽去除的研究現(xiàn)狀和進展，簡要分析了生物脫氮除磷的機理，比較了某些脫氮除磷工藝的特點，介紹了普及度不高的新工藝，并對今后的研究提出了展望。

【關(guān)鍵詞】污水處理；脫氮；除磷；工藝；展望

Abstract：The status and progress of denitrification and phosphorus removal inmunicipal wastewater is reviewed.The mechanism of biologicaldenitrification and phosphorus removal is analyzed briefly. The characteristics of somedenitrification and phosphorus removal process are compared.The new process of not high popularity is introduced. The outlook of the future research is put forward in the paper.

Keywords：Sewage treatmen， denitrification， phosphorus removal， process， outlook

城市污水廠處理出水中的氮磷營養(yǎng)鹽是造成水體富營養(yǎng)化的直接原因。近年來，國家對城市污水廠處理出水中的氮、磷的排放提出了更嚴格的標準，特別是出水作為水資源化利用和水環(huán)境保護有著顯著影響[1][2]。而生物脫氮除磷作為一種廣泛應(yīng)用的工藝，對城市污水氮磷營養(yǎng)鹽去除，有著指導(dǎo)與借鑒意義。

1、生物脫氮除磷機理

1.1 生物脫氮機理

傳統(tǒng)的脫氮機理認為：污水生物處理過

程中，一部分氮（氨氮或有機氮）被同化成微生物細胞的組分，有機氮化合物在氨化菌的作用下，分解、轉(zhuǎn)化成氨氮，發(fā)生所謂的“氨化反應(yīng)”，然后在有氧條件下亞硝化單胞菌和硝化桿菌完成“硝化作用”，最后在缺氧、可利用碳源及堿度充足的條件下，將亞硝酸氮和硝酸氮還原成N2或N2O、NO的過程[3]。然而，最近的一些研究表明[4]：生物脫氮過程中出現(xiàn)了一些超出人們傳統(tǒng)認識的新現(xiàn)象，如硝化過程中不僅可以由自養(yǎng)菌完成，異養(yǎng)菌也可以參與硝化作用；某些微生物在好養(yǎng)條件下也可以進行反硝化作用。王建龍等[5]在實驗室中觀察到在厭氧反應(yīng)器中NH3-N減少的現(xiàn)象。在傳統(tǒng)工藝難以滿足現(xiàn)存水質(zhì)標準的情況下，新理論以及新工藝的出現(xiàn)勢必會為以后的研究及推廣指明方向。

1.2 生物除磷機理

生物除磷過程中，厭氧條件下聚磷菌吸收水中有機物，以聚-β-羥基丁酸（PHB）或聚-β-羥基戊酸（PHV）的形式貯存于體內(nèi)，同時水解體內(nèi)的聚磷酸鹽產(chǎn)生能量，產(chǎn)生正磷酸鹽釋放到水中；在好氧條件下聚磷菌利用體內(nèi)貯存的PHAs為能源和碳源，同時過量吸收水中的磷在體內(nèi)形成聚磷顆粒，最終將水中的磷轉(zhuǎn)移到污泥體內(nèi)，通過剩余污泥的排放達到將磷去除的目的[3]。

1977年，Osborn和Nickholls在反硝化過程中首次觀測到磷快速吸收現(xiàn)象[6]，自此，反硝化除磷技術(shù)漸漸引起人們的注意，并得到快速發(fā)展。研究認為，聚磷菌包括兩類菌屬，一類只能以氧作為電子受體，被稱作好氧聚磷菌，而另一類既能以氧又能以硝酸鹽作為電子受體，即反硝化聚磷菌 DPB（Denitrifying Phosphorus- removing Bacteria）。DPB 在缺氧條件下能以硝酸鹽代替溶解氧作為電子受體進行聚磷，同時將硝酸鹽還原成N2或氮化物，將反硝化和除磷這兩個過程合二為一，一碳兩用，達到同步脫氮除磷的目的[7]。

目前，某些反硝化除磷工藝在歐美一些國家已經(jīng)應(yīng)用于實際工程，并取得了良好的脫氮除磷效果。國內(nèi)對反硝化除磷的研究處于實驗階段并取得了一些進展和初步成果，但距離投入生產(chǎn)還需要大量研究與調(diào)試。目前，我們對反硝化除磷系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能方面的知識還了解甚少[8]。在反硝化除磷機理基礎(chǔ)上探究工程中影響因素與操作參數(shù)對聚磷菌、硝化菌、DPB等的菌群特性、空間分布及種群密度分布的影響是以后反硝化除磷的研究方向，從而得以實現(xiàn)人工反硝化除磷系統(tǒng)的強化，加強新工藝的開發(fā)和應(yīng)用。該工藝雖然還沒有在國內(nèi)推廣使用，但是其在生物除磷方面的優(yōu)勢會推動除磷領(lǐng)域新的發(fā)展。

2、生物脫氮除磷工藝

2.1 同步生物脫氮除磷工藝

現(xiàn)如今的脫氮和除磷工藝基本都是兼顧的，脫氮和除磷兩方面沒有明顯的界線。如何保證厭氧、缺氧和好氧環(huán)境的合理搭配，盡量減少各種矛盾及一種狀態(tài)對另一種狀態(tài)的不利影響是整個脫氮除磷過程的關(guān)鍵。在今天的工程實踐中，有很多工藝可以同時達到脫氮除磷的效果，在實驗研究中，也不少同時脫氮除磷的工藝涌現(xiàn)。目前，應(yīng)用廣泛的有A2/O、MUCT、VIP、SBR、氧化溝和膜生物反應(yīng)器等工藝。

厭氧-缺氧-好氧（A2/O）作為最簡單的同步脫氮除磷工藝被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外城市污水處理廠[9]，具有較好的除COD、氮、磷效果。A2/O工藝流程簡單，總水力停留時間少于其他同類工藝，并且不需外加碳源，厭氧、缺氧段只進行緩速攪拌，所以基建和運行費用都較低。但對于連續(xù)流中的A2/O工藝，很難避免污泥回流所攜帶的硝酸鹽對厭氧釋磷的不利影響，混合液回流過程中所攜帶的溶解氧對反硝化作用的不利影響，以及聚磷菌與反硝化菌在碳源上的競爭和異養(yǎng)菌與自養(yǎng)菌在泥齡上的矛盾[9]。UCT、MUCT、VIP等工藝都是A2/O工藝的改良形式，通過改變污泥及混合液的回流方式，從而在一定程度上減輕上述不利影響。

MUCT（改良型UCT）工藝進一步減小了硝酸鹽對厭氧釋磷作用的影響。MUCT工藝中，缺氧池分割為前缺氧池和后缺氧池，回流污泥回流至前缺氧池，硝化液回流至后缺氧池，而回流至厭氧池的混合液來自前缺氧池。前缺氧池的主要作用為去除回流污泥中的硝酸鹽，從而保證回流至厭氧池的混合液中硝酸鹽濃度盡可能低，進一步提高厭氧釋磷效果[10]。

VIP（Virginia Initiative Plant）工藝具有以下特點：①厭氧、缺氧、好氧段的每一部分都是由兩個以上的完全混合式反應(yīng)格串聯(lián)組成，在各反應(yīng)段具有良好的基質(zhì)濃度梯度分布，這可充分提高厭氧段磷的釋放和好氧段磷的攝取速度；同時有助于缺氧段的完全反硝化，保證了厭氧段嚴格的厭氧環(huán)境。②污泥齡短、負荷高，運行速率高，除磷效果好[4]。

SBR法以其具有的占地面積小，耐沖擊負荷，工藝簡單、經(jīng)濟，生化反應(yīng)效率高，運行方式靈活，脫氮除磷效果好，不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點，成為目前研究和實際應(yīng)用的熱點。在有機物的去除方面可達到較為滿意的處理效果[11]。

氧化溝工藝嚴格地說不屬于專門的生物脫氮除磷工藝，但隨著新型氧化溝的不斷出現(xiàn)，氧化溝特有的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢和脫氮除磷的客觀需求使兩者以不同的方式相結(jié)合成為必然，從而產(chǎn)生了一系列具有脫氮除磷功能的氧化溝處理工藝，最為典型的是厭氧池加氧化溝，也有采用三溝式氧化溝工藝，厭氧池還可與氧化溝結(jié)合為一體，如Carrousel工藝[12]。

生物膜反應(yīng)器的研究將更趨向于進一步探討微生物在載體表面的固定機理，開發(fā)工程實際中普遍適用的微生物固定技術(shù)，優(yōu)化生物膜結(jié)構(gòu)及各種反應(yīng)器工藝系統(tǒng)；進一步提高各種生物膜反應(yīng)器的凈化功能；深入研究生物膜微生物的增長及底物去除動力學(xué)和生物膜微生物的能量代謝。同時，生物膜脫氮工藝將進一步朝著節(jié)能和自動化控制方向發(fā)展。

2.2 脫氮除磷組合工藝

在工藝日新月異的今天，一種工藝可能不足以達到規(guī)定的水質(zhì)標準，組合工藝應(yīng)運而生。具有一定研究成果的組合工藝有A2/O—BAF、AOA—SBR、MSBR（SBR與A2/O）、ABR—SBR、SBBR、MBR等組合工藝。

陳永志[12]采用連續(xù)流雙污泥A2/O—BAF系統(tǒng)處理實際生活污水，系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，A2/O 的厭氧、缺氧和好氧段的容積比對脫氮除磷的影響，并證明了BAF強化脫氮除磷的效果；AOA—SBR法就是將厭氧/好氧/缺氧工藝應(yīng)用于SBR中，充分利用DPB在缺氧且沒有碳源的條件下能同時進行脫氮除磷的特性，是反硝化過程在沒有碳源的缺氧段進行，不需要好氧池和缺氧池之間的循環(huán)，達到氮磷在單一的SBR中同時去除的目的[5]；MSBR工藝是20世紀80年代初期發(fā)展起來的污水處理工藝，為改良序批式活性污泥法，該工藝的實質(zhì)是A2/O工藝與SBR工藝串聯(lián)而成，采用單池多格方式，在恒水位下連續(xù)運行，省去諸多的閥門，增加污泥回流系統(tǒng)，無需設(shè)置初沉池、二沉池[13]；胡志強等[14]利用ABR—SBR組合工藝系統(tǒng)處理餐飲廢水，研究了該工藝在冬季低溫條件下處理效果和最佳運行工況，氨氮（NH3—N）、總氮（TN）、總磷（TP）的去除率分別達到92%，85%，75%；SBBR工藝是將生物膜法在序批式的模式下運行的一種新型工藝，兼?zhèn)浠钚晕勰喾ê蜕锬しǖ膬?yōu)點，工藝過程穩(wěn)定，生物量多而復(fù)雜，剩余污泥量少，動力消耗少，現(xiàn)如今在處理皮革廢水[15]、榨菜生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高鹽高氮廢水和垃圾滲濾液方面已有所應(yīng)用，在反應(yīng)器的設(shè)計及運行研究方面，Arnz等[16]運用實驗室規(guī)模和半工業(yè)規(guī)模的固定床SBBR（采用球形顆粒填料），通過數(shù)學(xué)模擬和示蹤實驗的方法研究了SBBR運行中同時進水和出水的可行性和局限性；組合形式的MBBR工藝目前應(yīng)用比較普遍，比如序批式膜生物反應(yīng)器，復(fù)合式膜生物反應(yīng)器等，都具有很好的應(yīng)用前景和拓展空間[17]。

結(jié)語：

本文對生物法脫氮除磷的工藝進展進行了簡要概述，并指出了這一領(lǐng)域的研究方向。我國除了新建污水處理廠解決城市污水中氮磷營養(yǎng)鹽，從而解決水體富營養(yǎng)化問題之外，近年來，關(guān)于不需要擴大現(xiàn)有的污水處理廠體積的升級改造新技術(shù)也明顯增加。無論選用單獨的生物脫氮技術(shù)、生物除磷技術(shù)，還是同步脫氮除磷技術(shù)或者新工藝，在特殊條件下，根據(jù)特定的因素選擇合適的方法是解決當下問題的關(guān)鍵。

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