污废水生物脱氮除磷技术发展研究

车万锐 张帆

摘要：随着工业的快速发展，城市污废水越来越多，给城市污水处理厂的处理工作带来了较大的难度。我国城市污水处理厂主要是处理污水中的磷源污染物，脱氮率和处理效率均远远达不到标准。文章分析了生物脱氮除磷技术的工作原理，并针对污废水生物脱氮除磷的工艺类型和污废水生物脱氮除磷技术的发展趋势进行了研究。

关键词：生物脱氮除磷技术；污废水；除磷效果；污水处理；脱氮率；磷源污染物 文献标识码：A

中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2016）17-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.036

伴随着我国经济的飞速增长，我国水资源污染问题越来越严重，地球环境劣化及水体富营养化问题，导致污水处理难度增加。为了改善污水处理问题，需要解决传统处理工艺中去除氮、磷效率差的问题，而且传统处理工艺还存在成本高的问题，因此污水处理厂需要加强对污废水生物脱氮除磷技术的研究，以期实现我国污废水处理的高效性、经济性、节能性，从而促进我国环境保护更进一步发展。

1 生物脱氮除磷技术的工作原理

1.1 生物脱氮机理

在进行生物脱氮研究时可以发现，过去认为生物脱氮是利用厌氧区设置或控制过程的方式，实现厌氧环境的形成，从而以硝化反硝化作用起到脱氮的作用。而随着科技的进步，如今最新研究却发现厌氧反应器存在废水氨氮含量指标减少问题，好氧条件下出现同时硝化反硝化作用等，这些现象都是传统生物脱氮理论无法解释的现象。从微环境角度分析，微生物絮体表层溶解氧浓度高，其传递受阻，加上微生物消耗溶解氧，导致微生物絮体内形成厌氧环境和兼氧环境，随后由于搅动使微环境出现变换，最终进入微生物厌氧、兼氧、好氧等不断交替，产生硝化反硝化作用。另外，异氧硝化菌和好氧反硝化菌可以在不用厌氧、兼氧、好氧等不断交替下，单纯在厌氧条件下发生硝化作用。根据相关研究可知，在亚硝化菌作用下可以实现将氨转化为氮。

1.2 生物除磷机理

生物除磷由聚磷菌完成，是指利用在厌氧环境下，聚磷菌会释放磷，聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐，并从中获得能量，吸收污水中易降解的化学需氧量。而在有氧环境下，其则会摄取磷，即在好氧或缺氧条件下，聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体，氧化代谢内贮物质PHB或PHV等，过量地从无水中摄取磷酸盐，其中一部分转化为聚磷，作为能量贮于胞内，并进行富磷污泥的排除，从而起到除磷的作用。通过研究可知，进行废水生物除磷，聚磷菌必须先在厌氧条件下进行释放磷，随后才能够在有氧条件下提取磷，最后达到除磷的效果。其中在厌氧环境下，聚磷菌释放磷水平不会对最终的除磷效果产生大的影响，其主要与有机物类型和硝酸根离子含量有关。

随着相关研究人员加强对生物除磷的研究，可以认为在缺氧环境下将硝酸根离子作为电子受体内的聚羟基脂肪酸酯并进行磷的摄取，从而达到反硝化和加大摄取磷的目的。虽然该种工艺的研究还不够完善，其将会在未来逐渐得到全新的开发，从而降低化学需氧量，有效提高除磷效果。

2 污废水生物脱氮除磷的工艺类型

2.1 生物脱氮技术

污废水生物脱氮技术主要是利用相应的设备创建好氧、缺氧环境，实现硝化反硝化脱氮。本文主要分析了三种生物脱氮工艺：

（1）活性污泥脱氮工艺。活性污泥脱氮工艺是目前应用最普遍的生物脱氮技术，其最初在实验室一直到生产应用，应用一直比较频繁。目前最常见的活性污泥脱氮工艺主要有厌氧-好氧工艺法、厌氧-缺氧-好氧工艺法、序批式活性污泥法及氧化沟工艺。厌氧-好氧工艺法主要是通过设置厌氧和好氧环境，使含氮有机物在好氧环境下出现氨化、硝化反应，在厌氧环境下出现反硝化反应，从而使其能够产生硝化反硝化作用，达到脱氮的目的。厌氧-好氧工艺法具有操作简单、范围小、对污泥膨胀控制比较明显等优势，但其存在脱氮效果差，不能够承受较大冲击负荷力。厌氧-缺氧-好氧工艺法是在传统方法中增加缺氧环境，污水在厌氧环境下实现将大分子有机物转化为小分子，在缺氧环境下，实现反硝化脱氮，在好氧环境下，有机物浓度较低，保障硝化菌的生长，从而达到脱氮目的。序批式活性污泥法具有成本低、控制污泥膨胀、去除氮磷效果明显。如今随着科技的发展，通过机械和控制装置进行该方法的应用，可以有效实现厌氧-缺氧-好氧组合，并且可以免去回流过程，具有经济性。氧化沟工艺是利用反应器实现硝化反硝化作用，从而达到脱氮目的。

（2）生物膜脱氮工艺。生物膜脱氮工艺主要适用于小型生产或试验中，其主要是将生物转盘、滤池等生物膜设计成脱氮反应器，从而起到脱氮作用。目前主要有浮动床生物膜反应器脱氮系统、浸没式生物膜反应器脱氮系统、三级生物滤池脱氮系统等，相比较活性污泥脱氮工艺，生物膜脱氮系统更加具有稳定性、产泥量少等优势，但其存在耗能大问题。虽然生物膜脱氮工艺具有一定的优势，且其在城市污水工程中具有明显的效果，但是还存在一定问题需要改善。生物膜脱氮工艺的经济性和高效性，使其在未来的发展中将会得到广泛应用。

（3）生物脱氮新工艺。生物脱氮新工艺主要包括短程硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺、全程自养脱氮工艺、限氧自养硝化-反硝化工艺等。短程硝化反硝化工艺主要是通过对氨氮氧化的控制，使其处在亚硝化阶段，随后反硝化，达到脱氮目的。短程硝化反硝化工艺具有流程简单、节省碳源、动力消耗的优势。厌氧氨氧化工艺是指在厌氧环境下，实现氨氧化还原为氮气。全程自养脱氮工艺主要适用于高浓度含氮废水，其通过对反应器溶解氧浓度的控制，起到控制氨氧化和反硝化比率的作用，通过提高反硝化速率可以提高脱氮法应。限氧自养硝化-反硝化工艺主要是通过控制溶解氧，并控制反硝化处在亚硝酸根离子阶段，最后通过氧化反应，形成氮气，实现脱氮目的。

2.2 生物除磷技术

污废水生物除磷技术主要是从最开始在生产过程中发现的超量吸磷现象，通过研究和实践后，污废水生物除磷技术逐渐得到应用，其中目前应用比较广泛的生物除磷技术有厌氧-缺氧-好氧工艺法、氧化沟工艺、序批式活性污泥法、侧流除磷工艺、改良同步脱氮除磷工艺等。厌氧-缺氧-好氧工艺法主要是通过创设厌氧环境、缺氧环境和好氧环境，使聚磷菌达到释放磷、采集磷等作用。另外，如果采用缺氧环境、厌氧环境和好氧环境的布置方式，则可以起到更加明显的除磷效果，主要是由于在厌氧环境下硝酸盐负荷，从而使其在厌氧条件下利用吸磷动力，达到除磷目的。氧化沟工艺主要是利用反应器创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境，从而达到除磷目的。序批式活性污泥法主要通过曝气控制系统创设时间上缺氧环境、厌氧环境和好氧环境，最终通过排放富磷污泥达到除磷目的。侧流除磷工艺主要使用在污泥回流系统中创设厌氧环境，并与化学除磷法结合，从而起到良好的除磷效果。改良同步脱氮除磷工艺主要是通过进水和污泥在厌氧池混合，实现有效释放磷，并在后续构筑物聚磷，从而达到除磷目的。生物除磷技术主要是通过创设厌氧环境，使聚磷菌有效释放磷，从而达到除磷的效果。

2.3 生物脱氮除磷技术

同时进行污废水脱氮和除磷是目前主要的研究方向，主要是由于硝化反硝化作用实现了除磷效果，从而可以达到同时除磷。因此结合生物脱氮技术和生物除磷技术，实现同时脱氮除磷功能的生物技术主要有厌氧-缺氧-好氧工艺法、氧化沟工艺、序批式活性污泥法、侧流除磷工艺、改良同步脱氮除磷工艺等。上述生物脱氮除磷技术不仅能够实现去除有机物和悬浮物等传统处理工艺要求，还能够达到脱氮除磷的目的，其主要是通过创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境空间或时间交替变化，有效提高脱氮除磷效率。目前在污废水中对生物脱氮除磷技术的应用越来越广泛。

3 污废水生物脱氮除磷技术的发展趋势

我国对生物脱氮除磷技术的研究较晚，并没有对该种技术有足够的重视。随着时代的进步，如今我国对污废水生物脱氮除磷技术的研究越来越深入，并促使其向生物性和工艺改革方向发展，以起到脱氮除磷高效率和低能耗的作用。一般生物脱氮除磷系统中，由于硝化菌和聚磷菌存在泥龄的矛盾，因此需要注重利用改进工艺，实现除磷和脱氮在空间和时间的分开，通过对除磷和脱氮分别创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境实现生物脱氮除磷。另外还需要加强对有机碳源的研究，即探索能够使反硝化速率加快的可替代有机碳源，从而提高脱氮效率。利用微生物动力学特性，可以实现亚硝酸菌和硝酸菌的动态竞争，然而对于活性污泥的膨胀问题、沉降性能等还有待研究。

4 结语

综上所述，随着工业发展和人们生活中污废水的增多，如何有效进行污废水处理成为相关单位考虑的重要问题。如果脱氮除磷技术不够完善，很容易导致水体富营养化，因此需要加强对生物脱氮除磷技术的研究。通过上述分析可知，同时实现生物脱氮技术和生物除磷技术的处理工艺，能够有效解决水体富营养化问题，并保障高效性和经济性。

参考文献

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作者简介：车万锐（1982-），男，山东烟台人，烟台市辛安河污水处理有限公司中级工程师，研究方向：污水处理。

（责任编辑：王 波）