污廢水生物脫氮除磷技術發展研究

車萬銳 張帆

摘要：隨著工業的快速發展，城市污廢水越來越多，給城市污水處理廠的處理工作帶來了較大的難度。我國城市污水處理廠主要是處理污水中的磷源污染物，脫氮率和處理效率均遠遠達不到標準。文章分析了生物脫氮除磷技術的工作原理，并針對污廢水生物脫氮除磷的工藝類型和污廢水生物脫氮除磷技術的發展趨勢進行了研究。

關鍵詞：生物脫氮除磷技術；污廢水；除磷效果；污水處理；脫氮率；磷源污染物 文獻標識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2016）17-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.036

伴隨著我國經濟的飛速增長，我國水資源污染問題越來越嚴重，地球環境劣化及水體富營養化問題，導致污水處理難度增加。為了改善污水處理問題，需要解決傳統處理工藝中去除氮、磷效率差的問題，而且傳統處理工藝還存在成本高的問題，因此污水處理廠需要加強對污廢水生物脫氮除磷技術的研究，以期實現我國污廢水處理的高效性、經濟性、節能性，從而促進我國環境保護更進一步發展。

1 生物脫氮除磷技術的工作原理

1.1 生物脫氮機理

在進行生物脫氮研究時可以發現，過去認為生物脫氮是利用厭氧區設置或控制過程的方式，實現厭氧環境的形成，從而以硝化反硝化作用起到脫氮的作用。而隨著科技的進步，如今最新研究卻發現厭氧反應器存在廢水氨氮含量指標減少問題，好氧條件下出現同時硝化反硝化作用等，這些現象都是傳統生物脫氮理論無法解釋的現象。從微環境角度分析，微生物絮體表層溶解氧濃度高，其傳遞受阻，加上微生物消耗溶解氧，導致微生物絮體內形成厭氧環境和兼氧環境，隨后由于攪動使微環境出現變換，最終進入微生物厭氧、兼氧、好氧等不斷交替，產生硝化反硝化作用。另外，異氧硝化菌和好氧反硝化菌可以在不用厭氧、兼氧、好氧等不斷交替下，單純在厭氧條件下發生硝化作用。根據相關研究可知，在亞硝化菌作用下可以實現將氨轉化為氮。

1.2 生物除磷機理

生物除磷由聚磷菌完成，是指利用在厭氧環境下，聚磷菌會釋放磷，聚磷菌把細胞內聚磷水解為正酸鹽，并從中獲得能量，吸收污水中易降解的化學需氧量。而在有氧環境下，其則會攝取磷，即在好氧或缺氧條件下，聚磷菌以分子氧或化合態氧作為電子受體，氧化代謝內貯物質PHB或PHV等，過量地從無水中攝取磷酸鹽，其中一部分轉化為聚磷，作為能量貯于胞內，并進行富磷污泥的排除，從而起到除磷的作用。通過研究可知，進行廢水生物除磷，聚磷菌必須先在厭氧條件下進行釋放磷，隨后才能夠在有氧條件下提取磷，最后達到除磷的效果。其中在厭氧環境下，聚磷菌釋放磷水平不會對最終的除磷效果產生大的影響，其主要與有機物類型和硝酸根離子含量有關。

隨著相關研究人員加強對生物除磷的研究，可以認為在缺氧環境下將硝酸根離子作為電子受體內的聚羥基脂肪酸酯并進行磷的攝取，從而達到反硝化和加大攝取磷的目的。雖然該種工藝的研究還不夠完善，其將會在未來逐漸得到全新的開發，從而降低化學需氧量，有效提高除磷效果。

2 污廢水生物脫氮除磷的工藝類型

2.1 生物脫氮技術

污廢水生物脫氮技術主要是利用相應的設備創建好氧、缺氧環境，實現硝化反硝化脫氮。本文主要分析了三種生物脫氮工藝：

（1）活性污泥脫氮工藝。活性污泥脫氮工藝是目前應用最普遍的生物脫氮技術，其最初在實驗室一直到生產應用，應用一直比較頻繁。目前最常見的活性污泥脫氮工藝主要有厭氧-好氧工藝法、厭氧-缺氧-好氧工藝法、序批式活性污泥法及氧化溝工藝。厭氧-好氧工藝法主要是通過設置厭氧和好氧環境，使含氮有機物在好氧環境下出現氨化、硝化反應，在厭氧環境下出現反硝化反應，從而使其能夠產生硝化反硝化作用，達到脫氮的目的。厭氧-好氧工藝法具有操作簡單、范圍小、對污泥膨脹控制比較明顯等優勢，但其存在脫氮效果差，不能夠承受較大沖擊負荷力。厭氧-缺氧-好氧工藝法是在傳統方法中增加缺氧環境，污水在厭氧環境下實現將大分子有機物轉化為小分子，在缺氧環境下，實現反硝化脫氮，在好氧環境下，有機物濃度較低，保障硝化菌的生長，從而達到脫氮目的。序批式活性污泥法具有成本低、控制污泥膨脹、去除氮磷效果明顯。如今隨著科技的發展，通過機械和控制裝置進行該方法的應用，可以有效實現厭氧-缺氧-好氧組合，并且可以免去回流過程，具有經濟性。氧化溝工藝是利用反應器實現硝化反硝化作用，從而達到脫氮目的。

（2）生物膜脫氮工藝。生物膜脫氮工藝主要適用于小型生產或試驗中，其主要是將生物轉盤、濾池等生物膜設計成脫氮反應器，從而起到脫氮作用。目前主要有浮動床生物膜反應器脫氮系統、浸沒式生物膜反應器脫氮系統、三級生物濾池脫氮系統等，相比較活性污泥脫氮工藝，生物膜脫氮系統更加具有穩定性、產泥量少等優勢，但其存在耗能大問題。雖然生物膜脫氮工藝具有一定的優勢，且其在城市污水工程中具有明顯的效果，但是還存在一定問題需要改善。生物膜脫氮工藝的經濟性和高效性，使其在未來的發展中將會得到廣泛應用。

（3）生物脫氮新工藝。生物脫氮新工藝主要包括短程硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、全程自養脫氮工藝、限氧自養硝化-反硝化工藝等。短程硝化反硝化工藝主要是通過對氨氮氧化的控制，使其處在亞硝化階段，隨后反硝化，達到脫氮目的。短程硝化反硝化工藝具有流程簡單、節省碳源、動力消耗的優勢。厭氧氨氧化工藝是指在厭氧環境下，實現氨氧化還原為氮氣。全程自養脫氮工藝主要適用于高濃度含氮廢水，其通過對反應器溶解氧濃度的控制，起到控制氨氧化和反硝化比率的作用，通過提高反硝化速率可以提高脫氮法應。限氧自養硝化-反硝化工藝主要是通過控制溶解氧，并控制反硝化處在亞硝酸根離子階段，最后通過氧化反應，形成氮氣，實現脫氮目的。

2.2 生物除磷技術

污廢水生物除磷技術主要是從最開始在生產過程中發現的超量吸磷現象，通過研究和實踐后，污廢水生物除磷技術逐漸得到應用，其中目前應用比較廣泛的生物除磷技術有厭氧-缺氧-好氧工藝法、氧化溝工藝、序批式活性污泥法、側流除磷工藝、改良同步脫氮除磷工藝等。厭氧-缺氧-好氧工藝法主要是通過創設厭氧環境、缺氧環境和好氧環境，使聚磷菌達到釋放磷、采集磷等作用。另外，如果采用缺氧環境、厭氧環境和好氧環境的布置方式，則可以起到更加明顯的除磷效果，主要是由于在厭氧環境下硝酸鹽負荷，從而使其在厭氧條件下利用吸磷動力，達到除磷目的。氧化溝工藝主要是利用反應器創設缺氧環境、厭氧環境和好氧環境，從而達到除磷目的。序批式活性污泥法主要通過曝氣控制系統創設時間上缺氧環境、厭氧環境和好氧環境，最終通過排放富磷污泥達到除磷目的。側流除磷工藝主要使用在污泥回流系統中創設厭氧環境，并與化學除磷法結合，從而起到良好的除磷效果。改良同步脫氮除磷工藝主要是通過進水和污泥在厭氧池混合，實現有效釋放磷，并在后續構筑物聚磷，從而達到除磷目的。生物除磷技術主要是通過創設厭氧環境，使聚磷菌有效釋放磷，從而達到除磷的效果。

2.3 生物脫氮除磷技術

同時進行污廢水脫氮和除磷是目前主要的研究方向，主要是由于硝化反硝化作用實現了除磷效果，從而可以達到同時除磷。因此結合生物脫氮技術和生物除磷技術，實現同時脫氮除磷功能的生物技術主要有厭氧-缺氧-好氧工藝法、氧化溝工藝、序批式活性污泥法、側流除磷工藝、改良同步脫氮除磷工藝等。上述生物脫氮除磷技術不僅能夠實現去除有機物和懸浮物等傳統處理工藝要求，還能夠達到脫氮除磷的目的，其主要是通過創設缺氧環境、厭氧環境和好氧環境空間或時間交替變化，有效提高脫氮除磷效率。目前在污廢水中對生物脫氮除磷技術的應用越來越廣泛。

3 污廢水生物脫氮除磷技術的發展趨勢

我國對生物脫氮除磷技術的研究較晚，并沒有對該種技術有足夠的重視。隨著時代的進步，如今我國對污廢水生物脫氮除磷技術的研究越來越深入，并促使其向生物性和工藝改革方向發展，以起到脫氮除磷高效率和低能耗的作用。一般生物脫氮除磷系統中，由于硝化菌和聚磷菌存在泥齡的矛盾，因此需要注重利用改進工藝，實現除磷和脫氮在空間和時間的分開，通過對除磷和脫氮分別創設缺氧環境、厭氧環境和好氧環境實現生物脫氮除磷。另外還需要加強對有機碳源的研究，即探索能夠使反硝化速率加快的可替代有機碳源，從而提高脫氮效率。利用微生物動力學特性，可以實現亞硝酸菌和硝酸菌的動態競爭，然而對于活性污泥的膨脹問題、沉降性能等還有待研究。

4 結語

綜上所述，隨著工業發展和人們生活中污廢水的增多，如何有效進行污廢水處理成為相關單位考慮的重要問題。如果脫氮除磷技術不夠完善，很容易導致水體富營養化，因此需要加強對生物脫氮除磷技術的研究。通過上述分析可知，同時實現生物脫氮技術和生物除磷技術的處理工藝，能夠有效解決水體富營養化問題，并保障高效性和經濟性。

參考文獻

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作者簡介：車萬銳（1982-），男，山東煙臺人，煙臺市辛安河污水處理有限公司中級工程師，研究方向：污水處理。

（責任編輯：王 波）