污水處理生物脫氮除磷影響因素及對策的研究

李子鋒

（澳門科技大學環境研究院，澳門 528200）

洗滌劑、化學和化學物質的應用，使得水體中氮磷元素含量超標，這是導致富營養化的主要原因，會對水環境中生物的生長造成抑制，出現嚴重的惡臭或者變黑等現象。加強對污水的有效處理，是環保型社會建設中的主要工作，能夠為工業的可持續發展創造條件，優化人類的生存環境。生物脫氮除磷在處理效率和去除率等方面都具有明顯的優勢，主要是針對污水中的氮磷元素進行高效去除，使水體生態環境得到快速恢復。然而，該技術也容易受到外界因素的影響，導致脫氮除磷效果不佳。應該創造良好的工藝環境，全面識別和處理不利因素，充分發揮生物脫氮除磷技術優勢。

1 污水處理生物脫氮除磷的原理

1.1 生物脫氮原理

生物脫氮處理涉及氨化反應、硝化反應、反硝化反應和同化反應等。有機氮在異養型細菌的作用下轉化為氨態氮，發生氨化反應，同時在自養型亞硝化菌的作用下轉化為亞硝態氮，再向硝態氮轉化，發送硝化反應。亞硝態氮和硝態氮會由于反硝化菌的作用轉化為氣態氮，使得氮元素得到有效處理，發生反硝化反應[1]。亞硝化反應和硝化反應是硝化中的兩個不同階段，反硝化反應需要在厭氧條件下進行。如果污水中的有機物含量較高，那么好氧異養菌對于營養物質和氧氣的競爭要弱于自養硝化菌。

1.2 生物除磷原理

生物除磷涉及聚磷菌的吸磷和釋磷過程。發酵產酸菌的生長和繁殖需要在厭氧環境下進行，有機物在其作用下轉化為小分子有機物揮發性脂肪酸，即VFA，滿足聚磷處理要求。有機態磷會在聚磷菌的作用下轉化為無機態磷，在釋磷過程中產生大量ATP。因此，溶劑性有機質可以通過聚磷菌進入細胞，并以有機顆粒的形式存在[2]。聚磷菌的攝磷能力會受到自身對PHB合成能力的影響，相較于厭氧環境中的釋磷量而言，細胞對磷的攝取量較大，完成污泥排放后達到除磷的目的。

2 污水處理生物脫氮除磷的影響因素

2.1 生物脫氮的影響因素

溶解氧含量會對生物脫氮處理工藝成效造成直接影響。硝化反應中的溶解氧含量不能低于0.5～0.7 mg/L，一般需要超過2.0 mg/L。在反硝化反應當中，需要創造一個缺氧環境滿足反硝化菌的繁殖需求，因此溶解氧含量要更低，通常不能超過0.5 mg/L。溫度也會影響脫氮效果，在硝化反應和反硝化反應中，適宜溫度分別為5～40℃和20～40℃之間，在實踐中通常設置為20～30℃和15℃左右。對于溫度的嚴格掌控，可以有效促進硝化反應和反硝化反應速度的提升。相較于異養菌而言，硝化菌的生存率不高，因此其繁殖能力會受到有機碳含量的影響。為了確保硝化反應的順利進行，應該確保BOD5含量在20 mg/L以內，防止濃度過高而造成抑制。在反硝化反應當中，則應該確保有機碳含量的豐富性，以保障良好的反硝化效果。硝酸菌和亞硝酸菌對于pH值的需求也存在一定的差異性，前者需要控制在6.5～7.5之間，后者則需要控制在8.0～8.4之間。此外，在反硝化反應中，也要確保pH在6.5～7.5之間。為了防止對反應速率造成限制，pH值不能超出9.6，同時也不能低于6.0.硝化菌具有很長的世代時間，因此需要控制合理的泥齡時間，通常不能低于10 d，這是增強硝化菌群整體性能的關鍵[3]。此外，硝化菌的生長和繁殖容易受到有毒有害物質的干擾，包括了有機化合物、重金屬和復合陰離子等，降低其氧化能力，抑制新陳代謝。硝化反應也會由于氨氮濃度的提升而受到抑制反應速度。

2.2 生物除磷的影響因素

厭氧環境是保障釋磷區高效運轉的關鍵，因此應該對溶解氧含量加以控制，通常不能超過0.2 mg/L。而在吸磷中則需要大量的溶解氧以保障良好的反應效果，因此溶解氧含量不能低于2.0 mg/L。在除磷工藝中，最佳溫度為5～30℃，溫度會對好樣吸磷和厭氧釋磷產生直接影響，通常情況下為了確保良好的吸磷深速度，則需要控制溫度在15～20℃之間。7～8為生物除磷中的合理pH值范圍，細胞結構及功能會由于較低的pH值而受到干擾。在聚磷菌的水解和釋放中需要依靠VFA作為碳源，氣單胞菌會受到硝態氮的影響，導致無法獲得充足的VFA。同時，隨著硝態氮的增多，反硝化反應加劇，導致碳源有機物含量減少，抑制了厭氧釋磷過程。一般情況下，在生物除磷工藝中應該控制硝態氮濃度不超過1.5 mg/L。除磷效果會由于有機負荷的增大而改善，進水中BOD5/TP應該在20以上。厭氧釋磷也會受到有機質的影響，為了體現聚磷菌的除磷效果，應該對分子量進行控制。此外，泥齡也會對生物除磷產生影響，應該適當縮短泥齡，以提高污泥排放量，增強除磷效果。泥齡最短不能低于3.5 d，最長不能超過7.0 d[4]。

3 污水處理生物脫氮除磷的對策

3.1 調整運行條件

為了獲得良好的脫氮除磷效果，應該對工藝運行條件進行合理控制，包括了溶解氧含量和溫度、pH值等，使其群落結構得到有效改善，增強微生物的活性。如果COD/TKN在10以內，那么碳氮比的降低會導致脫氮效果下降，隨著COD/TP的增大，除磷效果得到增強。如果COD/TP超過60，那么對于總磷的去除效果會降低。通常需要控制工藝溫度在15℃以上，增強脫氮除磷成效，溫度過低容易導致PAOs含量增多。在控制溫度的基礎上，使混合液回流增大或者適當提升溶解氧的含量，可以提升脫氮的速率。在進水TN不高于30 mg/L的情況下，溫度超過15℃后不需要控制回流[5]。較低的溫度不僅會對脫硝效率產生影響，而且容易造成生物泡沫。

3.2 優化工藝結構

合理優化工藝結構可以提高脫氮除磷的實際效果，在傳統硝化反硝化處理工藝中，可以有效處理碳氮比較高的污水，而采用短程硝化反硝化處理工藝時，則對碳氮比處于中等水平的污水處理效果較好，采用主流厭氧氨氧化處理工藝時，適用于較低碳氮比的污水處理。在實踐工作當中，改良A2/O工藝、倒置A2/O工藝和MSBR工藝等得到廣泛應用，有助于碳源的合理分配，同時獲得了良好的處理效果，防止出現嚴重的碳源競爭現象。運用A2/O-MBR處理工藝時，硝化細菌可以通過生物膜進行有效固定處理，聚磷菌和反硝化細菌獲得了良好的生長環境。兩點進水倒置A2/O-MBR工藝的應用，可以針對污水中的NH3-N和COD等進行有效去除，滿足了相關排放標準的要求，真正提高了出水水質[6]。

3.3 強化脫氮除磷

有效強化脫氮除磷工藝也是提升處理效率的關鍵，有助于控制污水處理成本，實現環保效益和經濟效益的有效平衡。首先，應該對碳源進行適當補充，比如乙酸、甲醇、乙酸鈉等，尤其是當外界環境溫度較低時，應該適當提升碳源的補充量，以滿足微生物的生長和繁殖需求，獲得良好的脫氮除磷效果。填料的應用也是改善處理工藝的有效措施，主要是對生物膜的性能加以強化，應該明確微生物的功能分區特點。當BOD5/TN超過5時，SBBR反應器中異養硝化菌的生長狀況較好，有利于氨氮元素的去除，除磷效率也得到了明顯提升[7]。此外，化學除磷藥劑的應用，也可以使總磷含量得到控制，包括了三氯化鐵和聚合氯化鋁等。

3.4 引進先進技術

引進先進處理工藝可以有效補充傳統處理工藝。比如雙污泥反誘導結晶工藝的應用，不僅能夠使碳源不足問題得到處理，而且融合了化學處理和生物處理的優勢，磷的回收利用率較高。短程硝化反硝化新技術也逐漸得到推廣應用，能夠解決傳統AO法和A2O法反硝化處理的效率低下和成本較高等問題。此外，Anammox工藝的應用效果也較好，氧氣供應量大大下降，電子供體可以選擇氨。

4 結論

生物脫氮除磷技術是提高污水處理效果的關鍵，能夠改善出水水質，改善自然環境，符合綠色化發展的理念要求。生物脫氮除磷涉及硝化反應、反硝化反應和生物釋磷、吸磷等，因此其處理工藝具有一定的復雜性，應該加強對每一個環節的把控，提高脫氮除磷效率。溫度、溶解氧含量、泥齡和pH值等，都會對生物脫氮除磷的應用產生影響，應該根據最佳條件進行控制。此外，還要通過調整運行條件、優化工藝結構、強化脫氮除磷和引進先進技術等途徑，降低外界不良因素對生物脫氮除磷的影響。