短程反硝化技術在農村污水處理中的應用與展望

趙麗芬 李偉 劉俊 楊洋 楊志 王靜 張瑞

摘要：指出了傳統污水處理技術存在運行復雜、能耗高、脫氮除磷效果差等問題，難以在廣大農村地區推廣應用。針對這一問題，介紹了短程反硝化的原理及相關工藝發展，探討了短程反硝化方法作為一種穩定、高效的新型生物處理技術，用以解決農村污水處理問題，實現我國水生態文明及水資源可持續利用的途徑。

關鍵詞：農村污水;短程反硝化;脫氮除磷;富營養化

中圖分類號：X799

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0083-02

1 引言

隨著社會主義新農村建設和城鄉一體化進程的不斷推進，我國農村經濟得到快速發展，生產生活方式隨之轉變，各類生產、生活污水排放量不斷增加，而農村污水處理技術、設施的缺位，導致大量攜帶氮磷元素的污水持續排放到受納環境中，造成水體富營養化，對區域生態環境產生嚴重影響。在此背景下，農村污水處理技術作為水生態文明建設的重要抓手，不僅是構建和諧人地關系的關鍵，也是《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》推進過程中需要重點研究的問題。

2農村污水處理現狀

受環境及其它條件限制，我國農村、特別是邊遠山區農村在污水處理關鍵技術研發和推廣應用方面仍然比較薄弱，大部分農村污水處理系統尚不完善甚至空缺。目前，可供農村選擇的分散污水處理工藝大致可分為兩類：一類是以土壤或水體作為載體，利用植物吸收及微生物分解作用來處理污水的自然生態處理系統，如氧化塘、人工濕地等;一類是從傳統污水處理廠工藝簡化而來的，利用生物處理、物理過程及化學反應工藝處理污水的生化處理方法，如生物膜法、膜生物反應器等。傳統生態處理技術普遍存在占地面積過大、處理效果不穩定的缺點，在部分土地資源相對匱乏的山區難以實現;而若單純采用生化處理技術又存在能耗高、運行費用高、維護困難、脫氮除磷工藝復雜等問題。因此，開發一種穩定、高效的新型生物處理技術以解決山區農村污水處理問題、減少氮磷排放已成為當下維護區域水生態系統良性發展的重要任務。短程反硝化集反硝化與牛物除磷為一體，在缺氧條件下由反硝化聚磷菌（ Deni-trifying Phosphate- Accumulating Organisms，DPAOs）通過“一碳兩用”的方式實現同步脫氮除磷。除具有耗氧量低、產泥量低的優勢外。還有運行周期短、脫氮除磷效率高和進一步減少COD的優點，是一項極富應用前景的污水處理新技術。

3 短程反硝化原理

20世紀90年代，Kuba等首次觀察到在厭氧/缺氧交替運行條件下，可以富集到一類利用硝酸鹽氮和氧氣作為電子受體、具有脫氮除磷特性的反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphorus - remoVal Bacteria， DPB）;后續又有學者發現一類可以同時利用亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和氧氣進行缺氧吸收磷、真正實現“一碳兩用”的短程反硝化聚磷菌，從根本上解決了傳統脫氮除磷中碳源競爭的問題，具體反應路徑如下：在厭氧條件下，DPAOs首先將胞內聚磷水解，利用釋放的能量及糖原吸收碳源并合成聚羥基脂肪酸酯（PHA）;而后在缺氧條件下，由PHA作為電子供體，同時降解產生能量用于聚磷合成，從而實現同步脫氮除磷。由于此項技術是在缺氧條件下完成吸磷反應，因此減少了曝氣產生的能量消耗，電使污泥產量減少約一半左右。隨著對短程反硝化除磷技術的深入研究，許多國內學者針對pH值、碳源類型、C/N、電子受體、溫度、SRT等因素對反應過程影響進行了比較分析，但這些實驗設計大多針對單因素影響，而對于多因素協同作用的關系、機理及途徑還待進一步深入研究。

4短程反硝化相關工藝發展及應用

短程反硝化作為節能降耗型污水處理新方法，已有研究人員在工藝改進與實際應用方面做了一些嘗試。張淼等采用A2/O+MBBR雙污泥系統，以低碳氮比污水為處理對象，測試啟動過程的污泥特性和反硝化除磷特性，經過21 d連續培養，污泥濃度從1189 mg/L增加到1760 mg/L，DPAOs在系統中占比從接種污泥時的10. 87%增加到25. 46%;劉宏等采用SBR反應器，通過交替缺氧/好氧模式（單周期4次交替缺氧：好氧=30 min：30 min）運行70個周期，使氨氮去除率和COD去除率分別達到98. 67%和79. 55%;李冬等采用缺氧后置的序批式反應器，考察了反硝化除磷的處理效果，通過限氧條件下的排泥策略，可實現常溫低氨氮條件下的脫氮除磷，實驗顯示以亞硝酸鹽為電了_受體的DPAOs系統占比可達70%;烏蘭等采用SND工藝，用醋酸鈉作C源，亞硝酸鈉作氮源，實現了海水養殖廢水的短程硝化反硝化去除氮磷，實驗顯示C/N比為0.8～1.2;反應時間為0.5～4 h;溫度為14～20℃時脫氮除磷效率最高。目前，對于短程反硝化的研究大部分還停留在實驗階段，處理對象多為城市生活污水，但對于農村污水處理方面的研究及成功案例卻少有報道。

5展望

短程反硝化是一個非常復雜的生物生化過程，涉及到很多的中間反應過程，同時反應亦受到諸多環境因子的抑制和影響，而其中關鍵性影響因子將直接作用于反應效率、途徑，最終影響整個工藝運行，而前期國內外大量實驗研究為此項技術的推廣奠定了良好的理論基礎。我國農村污水排放量巨大，且隨著傳統生產、生活方式轉變，水質發生了巨大變化，亦存在碳氮比低、反硝化所需碳源不足，處理過程中脫氮除磷效率低的問題，由此看出短程反硝化技術在今后農村污水處理研究與應用方面具有廣闊前景。