生物脱氮除磷工艺现状及研究发展前景

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1、生物脱氮除磷工艺现状及研究发展前景孙建升，孙力平（2008）（天津城市建设学院市政与环境工程系，天津300384）　　摘  要：本文介绍了生物脱氮除磷的机理，分析了当前生物脱氮除磷工艺，并在此基础上对生物脱氮、除磷技术的发展进行展望。　　关键词：城市污水；脱氮除磷；A2/O；DPB　　1前言  　　随着工业化及人口增长的继续，水体富营养化所带来的问题愈发严重，从而加速了水体的污染和老化。而这一切都是因为排入水体的污水中含有氮、磷等营养物质。于是人们在去除BOD的基础上开始探求高效、节能的生物脱氮除磷污水处理系统，80年代以来，大多数的研究均致力于此[1]。　　2生物脱氮除磷基本

2、原理[2]  　　2.1生物脱氮的基本原理  　　污水中氮的去除通常分为三步：氨化、硝化和反硝化，并分别由不同的细菌来完成。　　①氨化作用　　含氮有机物经微生物降解释放出氨的过程，称为氨化作用。这里的含氮有机物一般指动物、植物和微生物残体及其排泄物、代谢物所含的有机氮化合物，主要包括蛋白质、核酸、尿素、尿酸、几丁质、磷酸脂等含氮有机物，它们都能被相应的微生物分解并释放出氨氮。　　无论是在好氧还是在厌氧条件下，氨化作用在中性、酸性或碱性条件下均能进行，只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一。只有当环境中存在一定浓度的酚或木质素—蛋白质复合物时，才会阻滞氨化作用的进行。　　②硝化

3、作用　　硝化作用是指将NH3氧化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。硝化作用由两类细菌参与，亚硝化菌将NH3氧化成NO2-，硝化杆菌将NO2-氧化成NO3-。由于它们均为自养菌，故能利用氧化过程释放的能量，将CO2合成为细胞有机物质。硝化作用的程度往往是生物脱氮的关键所在。　　硝化菌的生长计量式（基于质量）如下：　　NH4+＋3.3O2＋6.708HCO3-→0.129C5H7O2N＋3.373NO3-＋1.041H2O＋6.463H2CO3　　由上式可以看出，氨氧化为硝酸盐的过程消耗了大量的碱度：6.708mgHCO3-/mgNH4+，相当于8.62mgHCO3-/mgN

4、H4+-N。碱度的大量消耗与中和氧化过程中释放的氢离子有关，只有一小部分碱度转化为细胞物质。如果细胞中的碱度不足，且未对pH值进行控制，那么pH值将会下降到正常的生理范围值以下，抑制自养菌和异养菌的活性，从而影响系统的正常运行。此外硝化过程还需要相当量的氧气。总之，硝化细菌的生长对系统中微生物的总量并没有什么影响，但对需氧量和碱度却有很大的影响。　　③反硝化作用　　反硝化作用是指硝酸盐和亚硝酸盐被还原成气态氮和氧化亚氮的过程。参与这一过程的细菌称为反硝化菌。大多数反硝化菌是异养的兼性厌氧细菌。反硝化过程的电子受体是硝酸盐根和亚硝酸盐根，电子供体为各种各样的有机基质。　　在硝化过

5、程中耗去的氧能被回收并重复利用于反硝化过程中，使有机基质氧化。另外，每还原1mg硝酸盐氮生成3.57g碱度，这在一定程度上缓解了系统对碱度的需求。　　2.2生物除磷机理  　　目前普遍认同的生物除磷理论是“聚合磷酸盐累积聚合物”（Poly-phosphateAccumulatingOrganisms）的摄磷释磷原理。在厌氧条件下，聚磷菌消耗糖元，将胞内的聚磷水解为正磷酸盐释放到胞外，并从中获取能量，同时将环境中的有机碳源（挥发性脂肪酸VFA）以胞内碳能源存贮物（主要为PHB，聚-β-羟基丁酸）的形式贮存。　　在好氧条件下，聚磷菌以O2为电子受体，氧化胞内贮存的PHB，利用产生的

6、能量过量地从环境中摄取磷，以聚磷酸高能键的形式存贮。通过排放富磷的剩余污泥可实现磷的去除。　　由上述机理可知，生物脱氮、除磷工艺应包括厌氧、缺氧、好氧三种状态。各工艺的出发点就是通过优化三种状态的组合方式和数量分布的时间变化以及回流方式和回流位置等创造出更适合特定微生物生长的环境，以达到高效脱氮、除磷的目的。　　3常规脱氮、除磷工艺的分析  　　3.1A2/O工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic-process）  　　厌氧/缺氧/好氧(AnaerobicAnoxicOxic)简称A2/O工艺，是一种典型的生物脱氮除磷工艺，得到了广泛的应用。污水首先进入厌氧区与回流

7、污泥混合，在兼性厌氧发酵菌的作用下将部分易生物降解的大分子有机物质转化为VFA；聚磷菌释磷并吸收VFA以PHB的形式贮存于胞内。在缺氧区，反硝化菌利用进水中的有机物质和回流中的硝酸盐进行反硝化，同时去碳、脱氮。在好氧区，有机物浓度相当低，有利于自养硝化菌的繁殖，同时聚磷菌超量吸磷。通过高磷污泥的排放达到除磷的目的。图1  A2O工艺　　我国已建成多座采用A2/O工艺的城市污水处理厂，如天津纪庄子污水处理厂。从运行效果来看，其脱氮除磷效果不稳定。这是因为生物脱氮、除磷工艺包括硝化、反硝化、释磷