反硝化除磷工艺的基本原理和影响因素

水处理生物学期中小综述
题目：反硝化除磷工艺的基本原理和影响因素
学院：建筑工程学院系土木工程系
专业：给水排水工程
班级：给排水111班
学号：**********
*名：***
指导教师：**
日期：2013 年11 月23 日
反硝化除磷工艺的基本原理和影响因素
摘要：概述了反硝化除磷工艺的基本原理及反硝化单双污泥系统，介绍了污泥龄、活性污泥浓度、温度、PH值、硝态氮、碳源和溶解氧等影响因素，同时简
单介绍了反硝化除磷技术的运用现状及其发展前景。

关键词：反硝化除磷；DPAOs（反硝化聚磷菌）；DPB（反硝化除磷菌）
一、前言
传统的脱氮除磷工艺，如A
2
/O工艺存在很多问题，如二沉池回流污泥中的硝酸盐对厌氧区磷的释放产生的不利影响；反硝化菌与聚磷菌之间存在碳源的竞争，而城市污水的碳源浓度普遍较低，难以满足同时高效脱氮除磷的要求；污泥中硝酸盐氮，亚硝酸盐氮在二沉池中发生反硝化产生的氮气附着在污泥表面而使其上浮，造成污泥沉降性能较差，出水SS升高的问题。

【1】
反硝化除磷工艺是一种新型的污水生物脱氮除磷工艺。

它是利用DPAOs（反硝化聚磷菌）的生理代谢活动产生的一种能够实现节能降耗的污水脱氮除磷新工艺。

DPAOs能够利用在厌氧阶段吸收的有机物在缺氧阶段以硝酸盐为电子受体氧化分解，同时利用此过程产生的能量将污水中的磷过量吸收进入胞内。

这样利用同一部分COD（化学需氧量）完成了同步的脱氮和除磷效果。

【2】
反硝化除磷技术作为一种新型高效低能耗的技术成为近年来水处理领域的热点。

反硝化除磷作用可以在缺氧段无碳源的情况下进行,不仅实现同时除磷脱氮,还克服了生活污水中基质缺乏的问题,尤其适用于高氮磷废水及产生挥发性脂肪酸潜力低的城市污水。

应用反硝化除磷工艺处理城市污水时不仅可节省曝气量,而且还可减少剩余污泥量,即可节省投资和运行费用。

二、反硝化除磷工艺基本原理
DPB（反硝化除磷菌）可以利用硝酸盐、亚硝酸盐或O
2
为电子受体，其基于体内的聚β-羟基丁酸酯（PHB)和糖原质生物代谢原理与传统A/O法中的PAOs极为相似。

在厌氧段，COD可被降解为醋酸等低分子脂肪酸被DPB快速吸收之后大量繁
殖，同时水解细胞内的Poly-P，以无机磷酸盐（PO
4
3-)的形式释放出来。

利用上
述过程产生的能量ATP和糖原酵解还原性产物NADH
2,DPB以NO
3
--N或NO
2
--N为氧
化PHB的电子受体，利用降解PHB产生的能量ATP，大部分供给DPB细菌合称（包括糖原的合称）和维持生命活动，一部分则用于过量摄取水中的无机磷酸盐并以
Poly-P的形式储存在细胞体内，同时NO
3--N或NO
2
--N被还原为N
2
,如此在厌氧/
缺氧交替运行条件下，即可实现DPB反硝化除磷效果。

【3】
三、反硝化除磷工艺
反硝化除磷脱氮反应器有单污泥和双污泥系统之分。

在单污泥系统中，DPB、
硝化菌及非聚磷异养菌存在于同一悬浮污泥箱中，共同经历了厌氧、缺氧和好氧环境；而在双污泥系统中，硝化菌则独立于DPB而单独存在于固定膜生物反应器和好氧硝化SBR（序批式活性污泥法）反应器中。

虽然在单、双污泥系统中DPB 都可利用由硝化产生的硝酸盐作为电子受体在缺氧环境中实现反硝化除磷，但后者运行更稳定、处理效果也更好，其原因是双污泥系统为硝化菌和反硝化除磷菌创造了最佳的生长环境，且硝化和反硝化聚磷各系统的SRT可根据实际运行要求来选定。

进一步说，在双污泥系统中可采用生物膜反应器进行硝化来提供NO
3
-电子受体，这样不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了稳定的生长环境，增加了系统中硝化菌量，提高了硝化率，也可减少水力停留时间和反应器体积；同时在无需大规模污泥回流的前提下就能使出水保持较低的硝酸盐浓度。

目前，较典型的就
是Dephanox工艺和A
2
NSBR工艺，单污泥系统的代表是UCT工艺。

【4】
四、反硝化除磷工艺的影响因素
1.污泥龄
污泥龄是系统中污泥量增值一倍所需要的平均时间。

对稳定的脱氮除磷系统，污泥龄可以用系统污泥平均停留时间（SRT）来表征，对仅以除磷为目的的污水处理系统，一般宜采用较短的污泥龄。

缩短污泥龄后可以排放较多的污泥，去除的磷也较多。

但是污泥龄过短之后，会使得系统中的污泥浓度逐渐降低，影响到系统的除磷性能，恶化出水水质，使出水COD、BOD不能达到排放要求。

需要同时去除有机物、氮、磷的污水处理系统，污泥龄的控制就需要综合考虑污泥内各种微生物对SRT的要求。

【2】
2.活性污泥浓度
通常系统中污泥浓度越大，污泥中DPAOs的量越多，系统反硝化吸磷效果越好。

系统中的MLSS（混合液悬浮固体浓度）越高，厌氧段的释磷效果越好，厌氧段DPAOs吸磷能力也越强。

但是如果MLSS过大，会给沉淀池的泥水分离带来困难，同时在缺氧吸磷过程还有可能导致磷的二次释放，影响出水水质。

MLSS
变化对反硝化除磷工艺有明显影响：随着MLSS的升高，污泥比吸磷速率呈现出
先上升后下降的趋势，也即当污泥浓度增加到一定值之后，由于底物浓度的限制，比吸磷速率呈现出下降的趋势，较高的污泥浓度又会产生较多的剩余污泥，造成污泥处置费用的升高，因而要保证吸磷效率以及脱氮除磷效果，污泥浓度不宜过高。

增大MLSS可提高反硝化除磷工艺的反应速率，而适当降低MLSS浓度，可以提高工艺的处理效率，并且在反应时间延长幅度不大的情况下，获得良好的吸磷效果。

故需根据对工艺的处理效率、处理效果选择适当的污泥浓度。

【2】
3.温度
研究发现污水生物处理实质是利用微生物体内的酶促生化反应实现对有机物污染物的代谢过程。

由于生物蛋白活性受温度影响很大，因而酶本身所具有的蛋白质特性就决定了污水生物处理反应器必须在一定的范围内运行才能取得良
好的处理效果。

A
N双污泥反硝化除磷系统在低温下的硝化反硝化效果好于单污
2
N
泥反硝化除磷系统，但低温（5℃）对聚磷菌的生长有抑制作用，且低温对A
2
双污泥系统的影响更显著。

王亚宜等认为低温条件将减少生物除磷过程厌氧放磷和缺氧吸磷的生化反应速率，但是低温对系统整体吸磷效果的负面影响不大。

随着温度增高，释磷和吸磷速率都略有增加，对磷的去除影响非常小。

4.PH值
PH是整个反硝化除磷工艺的重要控制参数。

聚磷菌在厌氧条件下的释磷量一般随PH的升高而增加，PH在7-8范围内，磷的厌氧释菌较稳定。

当PH小于6.5时生物除磷的效果会大大下降；PH小于5时，EBPR（强化生物除磷）现象不会发生。

在一定PH范围内，随着PH的升高则释磷量也升高，但当PH达到8以上时释磷量反而下降，这是由磷酸盐沉淀引起的检测值变小。

对消耗单位乙酸所释磷量的测定结果显示，提高PH能增强聚磷污泥的释磷能力。

5.硝态氮
硝酸盐是反硝化除磷过程的最终受体，它对反硝化除磷工艺有很大的影响。

不同的厌氧段的硝酸盐浓度、硝酸盐投加方式、亚硝酸盐或游离亚硝酸盐（FNA)等对反硝化吸磷过程都有着很大的影响。

①厌氧段硝酸盐浓度。

如果处理系统在厌氧段存在大量硝态氮，则为污泥中的反硝化菌提供了生长环境，反硝化菌将消耗有机基质进行反硝化，减少DPAOs 可以利用的有机物量，影响到DPAOs的厌氧释磷。

系统如果长期处于这种状态，可能导致普通的反硝化菌得到富集而DPAOs被逐渐排除系统。

②硝酸盐投加方式。

李勇智等通过采用SBR反应器，研究硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化除磷过程的影响发现：相同浓度的硝酸盐，采用流加的方式可以获得比一次性投加更高的反硝化吸磷速率，产生这种现象的原因可能是一次性投
加硝酸盐之后反硝化吸磷过程会产生一些中间产物的积累，而这些中间产物的积累会抑制反硝化吸磷过程，连续性投加则不会产生中间产物的积累，因而不会产生抑制作用，故采用流加的方式反而能够获得更高的反硝化吸磷速率。

【5】
③亚硝酸盐或FNA。

李夕耀在控制初始PH为7.5，污泥浓度1.8g/L左右，温度（20±1）℃的条件下，初始投加的亚硝酸盐浓度越高，对应的DPAOs在厌氧状态下释磷越多，通过分析认为：亚硝酸盐的存在使得DPAOs产生了一部分的无效释磷，所以释磷量不同于硝酸盐存在时的减少而增多。

6.碳源
碳是微生物生长需要量最大的营养因素。

在除磷脱氮系统中，碳源大多消耗于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。

许多研究结果均已证明，废水中所含的有机基质对磷的释放有很大影响。

大部分聚磷菌只能以低级脂肪酸类小分子有机基质作为利用对象，并将其合成的PHB以能量形式储存在细胞内部。

一般认为，在生物除磷过程中，聚磷菌只有在厌氧段进行充分地放磷，才能保证在后续的吸磷段实现良好的效果。

王亚宜等研究发现对于反硝化聚磷菌来说，污水中含有的低分子有机物含量越多，厌氧段初始磷的释放速率越快，磷的释放也越充分，后续反硝化脱氮和吸磷效果越好。

【6】
7.溶解氧（CO)
厌氧池中DPAOs释磷和合称PHA是反硝化除磷工艺的关键步骤，必须控制良好的厌氧条件保证DPAOs充分释磷。

一般厌氧池DO应控制在0.2mg/L以下，如果DO 浓度过高，一方面将抑制厌氧菌的水解酸化和产酸发酵作用，减少聚磷菌可吸收的基质的产生；另一方面，也会因好氧菌的活跃，使废水中有机基质被快速降解，减少DPAOs可吸收基质的量，影响反硝化除磷效果。

五、结语
反硝化除磷的发现是生物脱氮除磷的最新研究成果。

反硝化除磷工艺是利用DPAOs的生物代谢活动，将脱氮和除磷两个过程结合起来，利用同一部分碳源实现同步脱氮除磷。

该工艺优点如下：①COD耗量少。

COD被吸收后，被最大程度地用于合成PHA，在缺氧环境中这部分PHA被DPAOs同时用于反硝化和吸磷作用，
-实现了脱氮和除磷，故该系统较适合COD/TN比值较低的污水的处理。

②以NO
x
作为电子受体来完成，可以节省供养量，故投入的动力消耗少。

③处理效率提高，污泥处理费较低。

【2】
目前,反硝化除磷技术已从基础性研究发展到了工程应用阶段。

实践表明它对城市污水,特别是Ｃ/N 比值较小的污水有很好的处理效果。

但反硝化除磷技术
稳定性还有待进一步提高，找到一种能够使得该工艺充分应对进水负荷变化的策略是反硝化除磷工艺应用和大规模推广的关键。

附录：DPAOs—反硝化聚磷菌；COD—化学需氧量；
DPB—反硝化除磷菌；PHB—聚β-羟基丁酸酯；
SBR—序批式活性污泥法；SRT—污泥平均停留时间；
MLSS—混合液悬浮固体浓度；EBPR—强化生物除磷;
FNA—游离亚硝酸盐; CO—溶解氧
参考文献：
【1】张杰,臧景红,杨宏等. A2/O固有的缺陷和对策研究.给水排水, 2003, 29(3): 22-26.
【2】彭永臻著．SBR法污水生物脱氮除磷及过程控制．北京：科学出版社，2011：279．【3】张肖静，高健磊，刘杨．《科技信息》—反硝化除磷工艺原理及研究进展，2010年24期．
【4】吕炳南，陈志强主编．污水生物处理新技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.2:250.
【5】李勇智，彭永臻，张艳萍．硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响[J]．环境污染与防治，2003,25（6）：323-325．
【6】王亚宜，彭永臻，王淑莹，等．碳源和硝态氮浓度对反硝化聚磷的影响及ORP的变化规律[J]．环境科学，2004,25（4）：54-58．。