生物水处理

生物脱氮除磷研究进展

王丽敏

南京林业大学轻工科学与工程学院 121501225

摘要：生物脱氮除磷技术一直是污水处理领域所关注的重点。介绍了传统生物脱氮除磷机理及其相关要求，并对今后的生物脱氮除磷新技术进行了展望。

关键词:脱氮除磷;机理;工艺；影响因素

Research Progress on Biological Denitrification and Phosphorus Removal

Abstract : Biological nutrient removal technology has been the focus of concern in the field of sewage treatment.This paper Describes the traditional Biological nutrient removal mechanism and the relevant requirements,and generalizes t he development direction of biological technology of denitrification and phosphorus removal.

Keywords : denitrification and phosphorus removal ; mechanism ; process;Factors

0 引言

最近几年来，由于水体富营养化问题的日益

严峻，使得国内对污水中氮磷的危害性认识逐渐

深入使废水脱氮除磷的工艺的研究得到发展。但

是大部分污水脱氮除磷工艺仍然是借鉴与国外

的工艺，而这些工艺还或多或少地存在一些问

题。如何解决现有废水脱氮除磷工艺中存在的问

题，提高污水脱氮除磷效率和运行的稳定性，是

目前环境工程界亟待解决的问题。

1 生物脱氮除磷机理

1.1.1传统生物脱氮机理

生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和

NH

3-N转化为N

2

和NxO气体的过程。在生物处理过

程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成NH

3

-N，而后经硝化过程转化变为

NOx-N，最后通过反硝化作用使NOx-N转化成N

2

，而逸入大气。

①氨化作用污水中的有机氮主要以蛋白质和氨基酸的形式存在,蛋白质在蛋白质水解酶的催化作用下水解为氨基酸,氨基酸在脱氨基酶作用下产生脱氨基作用使有机氮转化为氨氮。

②硝化作用

硝化反应是由自养型好氧微生物完成。氨氮首先在亚硝化菌作用下转化为亚硝酸盐,然后在硝酸菌作用下亚硝酸盐进一步转化为硝酸盐,这一过程需大量氧。

③反硝化作用

即在缺氧或厌氧的条件下，硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气。

1.1.2传统生物脱氮工艺

1．活性污泥法脱氮传统工艺

第一级曝气池的功能：①碳化--去除BOD5、COD；

②氨化--使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。

--其优点是氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底；

--其缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。

2．O/A两级活性污泥法脱氮工艺（BOD去除和硝化两个反应过程放在一起）

3．A/O （缺氧——好氧）工艺——又称“前置式反硝化生物脱氮系统”

1.1.3新型生物脱氮工艺【1】

①短程硝化反硝化

将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NO：一的进一步硝化，然后直接进行反硝化。然而，硝化菌能够迅速地将NO一转化为NO，一，将NH 的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事。目前，经NO一途径实现生物脱氮成功应用的报道还不多见。影响NO一积累的控制因素比较复杂，主要有温度、pH、游离氨(FA)、溶解氧(DO)、游离羟胺(FH)以及水力负荷、有害物质和污泥泥龄等。

具有如下的优点：(1)硝化阶段可减少25%左右的需氧量，降低了能耗；(2)反硝化阶段可减少40%左右的有机碳源，降低了运行费用；(3)反应时问缩短，反应器容积可减小30%～40%左右；(4)具有较高的反硝化速率(NO一的反硝化速率通常比NO，一的高63%左右；(5)污泥产量降低(硝化过程可少产污泥33%～35%左右，反硝化过程中可少产污泥55%左右)；(6)减少了投碱量等。对许多低COD／NH’比废水(如焦化和石化废水及垃圾填埋渗滤水等)的生物脱氮处理，短程硝化反硝化显然具有重要的现实意义。

②同时硝化反硝化

即硝化与反硝化反应在同一个反应器中同时完成。SND生物脱氮的机理目前已初步形成了三种解释，即宏观环境解释、微环境理论和生物学解释。目前要解决的问题是实际废水中氨氮含量高，但是亚硝氮含量非常低，而且要求的反应温度过高(32℃)，这些都限制了厌氧氨氧化反应器的实际运用。

1.2传统生物除磷机理

1）生物除磷只要由一类统称为聚磷菌的微生物完成，由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产

物，使得聚磷菌在生物除磷系统中具备了竞争的优势。

2）在厌氧状态下，兼性菌将溶解性有机物转化成挥发性脂肪酸；聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐，并从中获得能量，吸收污水中的易讲解的COD，同化成细胞内碳能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等

3）在好氧或缺氧条件下，聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体，氧化代谢内贮物质PHB或PHV等，并产生能量，过量地从无水中摄取磷酸盐，能量以高能物质ATP的形式存贮，其中一部分有转化为聚磷，作为能量贮于胞内，通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的

1.2.1传统生物除磷工艺

1．弗斯特李普除磷工艺

2.A/O工艺

厌氧好氧（无硝化）二沉池进水

污泥回流剩余污泥

出水1.2.2新型反硝化除磷工艺

反硝化除磷细菌能在缺氧(无O

2但存在NO

3

-)

环境下摄磷。DPB的生物摄/放磷作用被研究人员所证实，它具有同PAO 极为相似的除磷原理,只是氧化细胞内贮存的PHA 时电子受体不同而已(PAO为O

2

,而DPB为NO

3

-)。在缺氧条件下,反硝化除磷细菌DPB能够像在好氧条件下一样,利用硝酸氮充当电子受体,产生同样的生物摄磷作用。在生物摄磷的同时,硝酸氮被还原为氮气,这使得摄磷和反硝化(脱氮)这两个不同的生物过程借助同一个细菌在同一个环境中完成【2】。摄磷和脱氮过程的结合不仅节省了脱氮对碳源的需要,而且摄磷在缺氧条件下完成可缩小曝气区的体积产生的剩余污泥量也有望降低【3】。

2生物脱氮除磷技术进展

2.1 基于传统理论的生物脱氮除磷技术

1.A/A/O（厌氧-缺氧-好氧）

缺氧

好氧（硝化）二沉池进水

回流污泥剩余污泥

出水

厌氧

混合液回流

2.Bardenpho（巴顿甫）工艺

2.2 新型生物脱氮除磷技术

1.改良A2/O工艺