生物脱氮除磷

生物脱氮除磷工艺及研究

随着水体富营养化问题的日渐突出，污水综合排放标准日趋严格，污水处理技术逐渐从以单一去除有机物为目的的阶段进入既要去除有机物又要脱氮除磷的深度处理阶段。生物脱氮除磷技术是经济、高效的脱氮除磷技术，在污水处理领域已得到广泛的应用。

1 反硝化除磷机理

生物脱氮除磷主要是利用反硝化达到除磷的目的。生物脱氮除磷是在厌氧/缺氧环境的交替运行的条件下，易富集一类兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物，该微生物能利用氧气或硝酸根作为电子受体，通过他们的代谢作用同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到除磷脱氮的目的。对于反硝化除磷现象研究者们提出了两种假说来进行解释：（1）两类菌属学说，即生物除磷系统中的聚磷菌（PAO）可分为两类菌属，其中一类PAO只能一氧气作为电子受体，而另一类则既能以氧气又能以硝酸盐作为电子受体，因此他们在吸磷的同时能进行反硝化；（2）一类菌属学说，即在生物除磷系统中只存在一类PAO，他们在一定的程度上都具有反硝化能力，该能力能否表现出来关键在于厌氧/缺氧这种交替运行的环境条件是否得到了强化。而J.Y.Hu等通过试验发现厌氧/缺氧SBR系统中存在一类能以氧气、硝态氮、和亚硝态氮作为电子受体的聚磷微生物，因此他将厌氧/缺氧型反硝化聚磷污泥系统的两类微生物的两类微生物菌属假说扩增到

三类微生物菌属；第三类就是既能够以氧气和硝酸盐氮，也能以亚硝酸盐氮作为电子受体的类聚磷微生物。

通过总结可以确立的反硝化除磷机理：反硝化除磷菌作为兼性厌氧细菌可以通过厌氧/缺氧条件的驯化培养大量富集；在缺氧条件下能产生分别或同时利用氧气，亚硝酸盐、硝酸盐作为电子受体的DPB。并且通过胞内PHB和糖原质的生物代谢作用来过量吸收磷，其代谢作用与传统PAO相似。DPB体内包含3类内聚物：PHB、糖原和聚磷颗粒。首先在厌氧条件下，DPB通过厌氧释放磷获取能量体内合成PHB；在缺氧条件下DPB可利用3种物质作为电子受体完成磷的摄取，同时完成反硝化过程，PHB消耗和聚磷颗粒的生长同时进行。糖原在这个过程中维持细胞内的氧化还原平衡；在厌氧段糖原消耗用于有机物的降解和磷的释放，在缺氧段又重新生成，从而调节细胞内物质和能量平衡。

2 反硝化脱氮除磷工艺

从生物脱氮除磷的机理分析来看，生物脱氮除磷工艺基本上包括厌氧、缺氧、好氧三种状态。而脱氮除磷组合工艺也是前人在不断深入研究脱氮工艺中意外发现的。从早期的SBR工艺到后来的Dephanox 工艺，反硝化除磷已经成为人们关注的热点。从工艺研究角度，反硝化除磷工艺主要分为两大类：一类是单污泥系统，代表工艺是单污泥SBR及改进工艺、好氧颗粒污泥工艺和UCT改进工艺(BCFS)；另一类是双污泥系统，代表工艺是A2N和Dephanox工艺。

2.1 单污泥SBR及其改进工艺

人们发现反硝化除磷这一过程最早采用的工艺就是SBR工艺；后来为了满足反硝化除磷的富集条件大量改进的SBR工艺出现了，通过调整SBR的运行方式使DPB的培养简单易操作，同时以SBR为基础的AOA（厌氧/好氧/缺氧）、AIA、SAAR工艺为反硝化除磷的工艺发展奠定了基础。

Satoshi Tsuneda 与Koichi Soejima 等人通过AOA运行方式的SBR反应器长时间的分析研究，培养出利用亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷菌，并且反应器的氮和磷的去除率分别达到 80%和90%以上。AOA 运行的 SBR 对于磷的去除效果要优于 A2O （厌氧 / 缺氧 / 好氧）和 AO 工艺。类似的运行方式AIA （Anaerobic-intermittently aero-bic）方式，即前段设置厌氧区通过连续流厌氧过程后再进行交替缺氧和好氧过程，同时完成硝化、反硝化和除磷过程，在反应器中富集的 DPB 占总PAO的比例达到 60%以上，同时发现在缺氧状态下除磷效果要低于好氧状态下的除磷效果。

为了更好的发挥 SBR 的运行优势，富集大量的DPB，有人引入生物膜概念以 SBR 运行方式进行操作和运行，获得更好的脱氮除磷效果，此改进工艺称为 SBBR（Sequencing batch biofilm reactor）工艺Akihiko Terada 等人利用 SBBR 工艺，利用中空纤维膜富集反硝化除磷菌，使 DPB 在悬浮污泥中大量富集。在反应器内运行方式是先厌氧反应再好氧反应作为一个反应周期，通过长时间运行， TOC、TN和TP的去除率分别达到 99% 、96%和 90% 另外一种SBBR工艺是

类似生物接触氧化的生物膜工艺，由于生物膜存在厌氧缺氧和好氧层，本身具有内部反硝化除磷菌生长的条件，因而更能有利于DPB的生长和固定 Lee J等人利用缺氧+BAF工艺培养反硝化除磷菌，完成了温度小于15 ℃的低浓度废水的脱氮除磷研究生物膜工艺的研究为固化反硝化除磷菌提供了一种途径，从而更易于应用于工程实践。

2.2 好氧颗粒污泥工艺

随着人们对生物反应器的研究又有一种反应器可培养出好氧颗粒污泥，利用好氧颗粒污泥的特性生长大量的反硝化除磷菌，此工艺可称之为 AGS（Aerobic granular sludge）好氧颗粒污泥工艺，也属于单污泥处理系统国内研究较多的豆俊峰和罗固源等人发明的 SUFR 螺旋升流式反应器属于此种工艺，采用 AAO 运行方式是厌氧 / 缺氧/ 好氧（AAOGS）方式，通过在缺氧条件下培养驯化出反硝化除磷菌（DPB）颗粒污泥，发现反硝化聚磷菌约占全部聚磷菌总量的 72.4%，约有 37% 39%的脱氮作用是由反硝化除磷菌完成的。

在国外， Kishida N 等人利用颗粒污泥采用的运行方式是厌氧/ 氧化（好氧）/ 缺氧（即 AOAGS）工艺过程发现在好氧过程中，颗粒污泥中有缺氧过程发生，从而存在反硝化除磷菌的作用机理，对脱氮除磷效果较好；同时在好氧段后端加设的缺氧过程更加促进了DPB的富集生长，从而使末端出水的氮磷值极低通过采用 FISH 分析发现好氧过程颗粒污泥的内部存在反硝化除磷菌，是导致反硝化除磷的主要因素。