生活污水脱氮除磷概述

生活污水脱氮除磷概述

摘要：介绍了生活污水脱氮除磷的必要性、污水脱氮除磷的机理及几种常用脱氮除磷工艺及其优缺点，并介绍了污水脱氮除磷新技术及相关研究。

关键词：生活污水；脱氮除磷

1 前言

氮和磷是生物的重要营养源。随着人口的持续增长和人们生活水平的不断提高，生活污水人均排放量持续增加，加之洗涤剂的普遍使用，以及二级生化处理城市污水出水中氮磷含量较高，排入水体后使受纳水体中氮、磷含量增加，蓝、绿藻大量繁殖，加速水体的富营养化进程，水质恶化，严重影响水生生物和人体健康。因此，解决氮磷污染问题对解决我国水环境污染问题具有重大意义。

2 污水脱氮除磷机理

污水中氮的存在形式主要有氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，可通过物理法、化学法和生物法去除。常用的物化方法有氨吹脱法、化学沉淀法、折点加氯法、选择性离子交换法和催化氧化法。污水中磷的存在形态主要是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，去除方法主要有混凝沉淀法、结晶法和生物法。由于生物脱氮除磷被公认为是一种经济、有效和最具发展前途的方法，且生活污水的可生化性好，因此，目前污水脱氮除磷大多采用生物法。

2.1生物脱氮机理

污水生物处理脱氮过程主要是氮的转化，即同化、氨化、硝化和反硝化。

（1）同化在生物处理过程中，污水中的一部分氮（氨氮或有机氮）被同化成微生物细胞的组成成分，此过程氨氮去除率为8%～20%。

（2）氨化污水中的含氮有机物（一般动物、植物和微生物残体以及其排泄物、代谢产物所含的有机氮化合物，主要包括蛋白质、核酸、尿素、尿酸、几丁酸质、卵磷脂等）在氨化菌的作用下，分解、转化并释放出氨。

（3）硝化氨氮在有氧存在的情况下经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸盐的过程称硝化过程。好氧菌亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属及亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属和亚硝酸弧菌等将氨氮转化为亚硝酸盐，硝化杆菌属、硝化球菌属将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐[1]。

（4）反硝化在厌氧的条件下，施氏假单胞菌、脱氮假单胞菌、荧光假单胞菌、紫色杆菌、脱氮色杆菌等反硝化细菌利用有机质作为电子供体，利用硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体进行缺氧呼吸，将硝酸还原为N2。

2.2除磷机理

在厌氧池，在没有溶解氧和硝态氧存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD通过发酵作用转化为低分子可生物降解的VFA，优势菌种聚磷菌构成了活性污泥絮体的主体，利用聚磷酸盐的水解以及细胞内糖的酵解产生的能量将吸收的VFA运送到细胞内同化成细胞内碳能源储存物PHB，同时释放出磷酸盐。在好氧池中，聚磷菌所吸收的有机物被氧化分解，提供能量的同时从污水过量摄取磷，磷以聚合磷酸盐的形式储藏在菌体内而形成高磷污泥，通过排出剩余污泥统而除磷。

除磷聚磷菌有小型革兰式阴性短杆菌、假单胞菌属和气单胞菌属，占聚磷菌数量的15%~20%，杆菌仅占1%~10%，但聚磷能力最强[2]。

3常用的生活污水脱氮除磷工艺

目前生活污水处理主要是通过形成厌氧、缺氧和好氧环境，使聚磷菌、硝化菌和反硝化菌共存进行生物脱氮除磷，最广泛应用的同步脱氮除磷工艺有A2/O、氧化沟、SBR及其改型、改良Bardenpho工艺和改良UCT工艺等[3]。

3.1 A2/O工艺

A2/O工艺系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区，可同时做到脱氮除磷和有机物的降解，其工艺流程见图1所示。

污水和二沉池回流的活性污泥经格栅拦截悬浮物后进入厌氧反应区，池中兼性厌氧发酵菌在厌氧条件下将污水中可生化降解的大分子有机物转化为小分子的中间发酵产物，聚磷菌将贮存在体内的聚磷酸分解并释放出能量供专性好氧聚磷菌，剩余的部分能量供聚磷菌从环境中吸收VFA等易降解有机质，并以PHB 的形式在体内贮存，出水进入缺氧池，反硝化菌利用来自好氧池回流液中NOx-N 及污水中有机质进行反硝化脱氮；聚磷菌在好氧池超量摄取水中的溶解态磷，最终通过排放高磷污泥除磷[4]。

该工艺流程简洁，污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行，沉降性能好，出水可达GB8978-1996《污水综合排放标准》一级排放标准，磷小于1mg/L，氨氮小于8mg/L [5]。

3.2 氧化沟工艺

氧化沟是利用循环式混合曝气沟渠来处理污水。一般不设初沉池，采用延时

曝气，连续进出水，结构形式为封闭式环形沟渠。污水在氧化沟曝气池的推动下作平流运动形成混合液生物絮凝体除磷脱氮，产生的污泥在曝气的同时得到稳定，无需设置污泥消化池。该工艺具有能耗少、占地面积小、耐冲击负荷、高效脱氮的特点。常用的氧化沟工艺类型有Carrousel 氧化沟、Orbal 氧化沟、一体化氧化沟、交替工作式氧化沟及其改良工艺。

3.3 SBR及其改型

SBR法即序批式活性污泥法，采用一个完全混合的间歇排水反应器系统，进水后缺氧搅拌，好氧菌利用溶解氧分解有机物，当水中溶解氧降至零时厌氧菌进行厌氧发酵，反硝化菌脱氮，聚磷菌释磷，接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，随后停止曝气，进行沉淀，滗出上部清水，如此反复循环，在同一池中完成进水、反应、沉淀、排放和闲置五个过程，无需设调节池，省去了二沉池和回流污泥泵房，布置紧凑。通常采用鼓风曝气，污水完全混合，耐冲击负荷强，脱氮除磷效果好。

SBR的衍生工艺有CASS、ICEAS、IDEA、DAT-IAT、UNITANK、MSBR 等。

3.4 改良Bardenpho工艺

改良Bardenpho工艺是由厌氧—缺氧—好氧—缺氧—好氧五段组成，第二个缺氧段利用好氧段产生的硝酸盐作为电子受体，利用剩余碳源或内碳源作为电子供体进一步提高反硝化效果，最后好氧段主要用于剩余氮气的吹脱，其工艺流程见图2。该系统脱氮效果好，由于回流污泥进入厌氧池的硝酸盐量较少，对污泥的释磷影响较小，因而使整个系统脱氮除磷效果好，但工艺流程较为复杂，投资和运行成本高。

3.5 改良UCT工艺

改良UCT工艺中污泥回流到相分隔的第一缺氧区，不与混合液回流到第二缺氧区硝酸盐混合，第一缺氧区主要对回流污泥中硝酸盐反硝化，第二缺氧区是系统的主要反硝化区，其工艺流程见图3。

4 污水脱氮除磷新技术