废水生物脱氮除磷机理与技术研究的进展

时间：2024-07-28

胡萍

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心江苏苏州 215163）

废水生物脱氮除磷机理与技术研究的进展

胡萍

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心江苏苏州 215163）

随着近代生物学领域不断的扩展以及生物技术的不断更新掌握，废水生物脱氮除磷的技术也在不停进步，目前在生物脱氮除磷领域方面主要发展的技术有：短程硝化反硝化技术、同时硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术和反硝化除磷技术等等。本文主要针对生物脱氮除磷技术的机理和工艺技术的发展进步，展开研究。

生物脱氮；脱氮除磷；进展研究

随着时代的进步经济的发展，城市发展也加快了步伐，城市污水也成了目前城市发展需要解决的问题。大多数城市污水在处理的时候往往会忽视对氮和磷成分的处理，随意的排放影响地表水至的健康问题，导致水体的富营养化。针对解决这一问题的传统生物除磷脱氮方法，在众多研究学者的不停探索下，也在不断进步发展成为高效、低耗和工艺简单的脱氮除磷工艺。

1 废水脱氮除磷

1.1 生物脱氮

在传统的生物脱氮理论中普遍认为生物脱氮是在设置厌氧区或是通过过程为背景的情况下，产生硝化和反硝化作用，实现生物脱氮。随着现在社会的发展、科技的进步，发现了不同于传统脱氮理论的现象，在硝化过程中异养菌也能参与其中，在厌氧反应器之中的NH3-N也在不断减少，并且硝化反硝化可以在好氧的条件下同时作用。站在微环境理论的角度分析，是由于微生物体内的溶解氧梯度，也就是絮体表层有着较高浓度的溶解氧如：硝化菌、好氧菌，在溶解氧受阻的过程中以及絮体外层微生物的消耗过程中失去大部分溶解氧，逐渐形成对反硝化菌繁殖有利的兼氧和厌氧环境。并且在曝气的过程中不断搅动控制微环境不断发生变化，有利于硝化反硝化作用发生。站在生物学的角度看，微生物学家发现了在完全厌氧的环境下，对于好氧反硝化菌和异养硝化菌来说，也可以产生硝化作用。并且研究者表明，当亚硝化菌产生作用的情况下，将NO2当做电子受体，可以把氨转化。这些以生物学理论和微环境理论为基础铺垫得出的新研究成果，成为了生物脱氮的新机理。

1.2 生物除磷

生物除磷的技巧，主要是利用活性污泥法处理污泥，让聚磷菌在厌氧的条件下释放部分磷，然后通过在有氧条件下提取，从而达到除去富磷污泥的除磷效果。生物除磷的主要过程都是有统称为聚磷菌的一类微生物完成，聚磷菌在厌氧环境中利用细胞中的聚磷水解获取所需能量，同时通过如：挥发性脂肪酸（VFA）等等在污水中容易讲解的有机物，从而合成贮能物质聚β羟基丁酸（PHB），PHB在氧化细胞中储藏，并且发生反应产生能量和污水中提取的磷酸盐合成高能物质ATP，另一部分能量转化成聚磷，在细胞中作为能量物质而贮存。经过专家研究发现，聚磷菌厌氧释放磷是在废水生物除磷工艺中好氧吸收并除磷的前提，但是水中有机物类型与NO3含量才是聚磷菌是否可以有效释放磷的决定要素。近年来随着生物脱磷工艺方面展开的探讨，人们逐渐发现了“兼性厌氧反硝化除磷细菌”，一种在缺氧的条件也能利用NO3作为在电子受体氧气胞中贮存PHA的细菌，是现除磷工艺发展的新道路。

2 生物脱氮除磷工艺研究

2.1 厌氧-好氧活性污泥工艺（A/O工艺）

目前脱氮工艺中采用较为普遍的就是活性污泥脱氮，A/O工艺与一般活性污泥法不同之处在于，不在曝气池前端部分的1/3区域中充入氧气，让那部分的氨氮和DO都小于0.2mg/L，形成厌氧释磷区域。同时将磷放入混合液之中，让活性污泥大量吸收混合液中的磷，降低污水之中的含磷量，通过二次固液分离之后排除其余含磷成分的污泥，从而完成除磷以及去除BOD的任务。A/O整个工艺流程都比较简单并且需要空间设施较小，对于污泥的膨胀也容易控制，但也有着脱氮效率不高，耐冲击的负荷能力较弱的不足之处。

2.2 生物膜脱氮工艺

目前生物膜脱氮还处于试验阶段，利用生物流化床、生物转盘和生物滤池等等反应器，设计开发了三角生物滤池脱单系统、浮动床生物脱氮系统和浸没式生物膜反应器脱氮系统。生物膜脱氮工艺相比于传统脱氮工艺，有着产泥量小，稳定性强以及污泥浓度高的特点，不足之处在于生物膜脱氮需要的能耗较大。处于研究阶段的生物膜脱氮工艺仍旧面对许多问题，是否能应用在城市的污水工程之中仍需要更加深入开发考察。

2.3 生物除磷工艺

20世纪60年代科学家因为在生产过程中发现超量的吸磷现象从而展开大量基础性实验研究和工程运行中的实践，从而发展了污水生物除磷技术。目前在工程中被投入广泛运用的技术有：A/O工艺、SBR工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、Phostrip工艺和改良后的UCT工艺。这些改良后的生物除磷工艺都具有两个相同的特点：提供真正的厌氧环境给聚磷菌从而进行高效释磷；使聚磷菌与其他微生物竞争的过程中具有有力的位置，达到有效除磷的目的。不过目前发展生物除磷工艺，仍需要重视聚磷菌特性方面和生物除磷机理方面的研究，实现高效低耗除磷。