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1、浅谈生活污水脱氮除磷研究摘要：介绍了污水中氮磷的来源和危害，污水脱氮除磷的机理以及几种常用 的生活污水脱氮除磷工艺，分析了其优缺点，并介绍了相关污水脱氮除磷的研究。关键词：生活污水 脱氮除磷V、几一一1 前言氮和磷是生物重要营养源。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，水体缺氧并产生毒素，水质恶化。我国淮河流域、太湖、巢湖、 滇池等水体富营养化严重，近海岸每年发生的十多起大面积的赤潮，严重影响水 生生物和人体健康。大量氮、磷化合物进入
2、水体后加速水体的富营养化进程，降低了水体的经济 价值和美学价值，破坏水体生态环境，影响供水水质等；消耗水体中的溶解氧， 不利于水体质量的改善以及鱼类的生存；降低氯的消毒效率，大大增加氯的消耗 量，同时对人类的健康存在着潜在的危害。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，其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
3、为是一种经济、有效和最有发展前途的方法，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）同化作用 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。同化作用的氨氮去除率一般为8%20%。2）氨化作用 污水中的含氮有机物（一般动物、植物和微生物残体以及 它们的排泄物、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、卵磷脂等含氮有机物)在氨化菌的作用下，分解、转化并释放 出氨。(3)硝化作用 氨氮在有氧存在的情况下经亚硝酸细菌和硝酸细菌的
4、作用 转化为硝酸盐的过程称为生物硝化过程。好氧菌亚硝酸单胞菌属 (Nitrosomonas)、亚硝酸球菌属(Nitrosococcus)及亚硝酸螺菌属(Nitrosospira)、 亚硝酸叶菌属(Nitrosolobus)和亚硝酸弧菌(Nitrosovibrio)等将氨氮转化为亚 硝酸盐，硝化杆菌属(Nitrobacter)、硝化球菌属(Nitrococcus)将亚硝酸盐进一 步氧化为硝酸盐1。(4)反硝化作用 在厌氧的条件下，施氏假单胞菌(Pseudomonas)、脱氮 假单胞菌( Ps.denitrificans)、 荧光假单胞菌( Ps.fluorescens ) 、 紫色杆菌 (Cho
5、rmobacterium violaceum)、脱氮色杆菌(Chorm.denitrificans )等反硝化细 菌利用各种有机质(如甲醇等)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。当污水中缺乏有机物 时，微生物也可以利用无机盐如 Na2S 作为反硝化的电子供体进行的内源反硝化， 但由于内源反硝化使细胞原生质减少，并会有氨氮生成，污水处理中为避免此反 应占主导地位而提供必要的碳源。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挥发性有机酸(VFA),优势菌种 聚
6、磷菌(小型革兰氏阴性储短杆菌、假单胞菌属和气单胞菌属等)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聚0羟基丁酸(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。污水生物除磷工艺中的聚磷菌除了小型革兰式阴性短杆菌外，还有假单胞菌 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及其比较目前在生活污水处理流程中，
7、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，从而有效的同时进行生物脱氮除磷。最广泛应用 的同步脱氮除磷工艺有：A2/0、氧化沟、SBR及其改型、改良Bardenpho工艺、 和改良 UCT 工艺等3。3.1 A2/0 工艺A2/0工艺或称AAO工艺，在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好 氧区，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解，其工艺流程见图1所示。图 1 A2/0 生物脱氮除磷工艺流程污水经格栅拦截悬浮物后进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的 活性污泥，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（如VF
8、A）,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在厌氧环境中生存，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 （聚0羟基丁酸）的形式在体内加 以贮存；出水进入缺氧池，反硝化菌利用来自好氧池回流液中的 N0x-N 及污水 中的有机质进行反硝化，达到去除水中 B0D5 和氮的效果；在好氧池中，聚磷 菌通过分解体内的 PHB 进行增殖，通过超量摄取水中的溶解态磷将其生长所需 要的磷以聚磷酸的形式贮存起来，最终通过排除高磷污泥达到除磷的目的4。该工艺流程简洁，污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行，丝状菌不能大 量繁殖，且污泥沉降性能好。该处理系统中出水可达到
9、GB8978-1996污水综合 排放标准中一级排放标准，磷浓度基本可达到1 mg/L以下,氨氮也可达到8mg/L 以下 5 。3.2 氧化沟工艺氧化沟是活性污泥法的变形，通常采用延迟曝气，结构形式采用封闭的环形 沟渠形式，污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作平流运动，使得污 水中形成良好的的混合液生物絮凝体，有利于除磷脱氮。氧化沟工艺是一种利用循环式混合曝气沟渠来处理污水的简易污水处理技 术。一般不设初沉池，通常采用延时曝气，连续进出水，结构形式采用封闭的环 形沟渠形式，污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作平流运动，形成 良好的的混合液生物絮凝体，有利于除磷脱氮。所产生的微生物
10、污泥在曝气的同 时得到稳定，无需设置污泥消化池，简化了处理设施。该工艺具有能耗少、占地 面积小、耐冲击负荷强、高效除磷的特点。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6。3.3 SBR 及其改型SBR法，即序批式活性污泥法，是由英国学者Arder n和Lockett提出的，为近 年来较为通用的污水处理方法。SBR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，工艺间歇运行，无需设调节池，污水完全混合，耐冲击负荷 强，有较好的脱氮除磷效果。SBR工艺发展迅速，衍生出许多新型SBR处理工艺，女口 CASS、ICEAS、I
11、DEA、DAT-IAT UNITANK、MSBR等。各种SBR法的特点及适用范围见表1。表1各种SBR工艺的特点及适用范围工艺名称传统SBRICEASDAT-IATCASTUNITANK 流程简单：不设初沉池、二沉池、污泥回流泵房、消化池和沼气贮存利用设施 管理方便：处理设施少，没有沼气系统，不存在危险性，管理简化 占地少：是各种污水二级处理中最少的，比常规活性污泥法省30%50%处理效果好：彳有机物去除率高，能脱氮除磷，缓冲能力强，抗污泥膨胀能力强主基建投资省：规模小于10万m3/d的污水处理厂基建投资比常规活性污泥法省10%20%要处理成本低：规模小于10万m3/d的污水处理成本低于常规活
12、性污泥法优设施、操作简水位差较小容积利用率脱氮除磷最 好，同步硝化反固定水位，提占八、单基建费用省最咼硝化，耗电省，升水泵扬程较静止沉淀出脱氮除磷效水位差最小池容小防止污泥膨低水水质更好果尚可基建投资小胀性能最好占地最少脱氮除磷效静沉水质好基建费更省果尚可对自控要求高,人工操作基本上不可能正常运行，自控系统必须质量好，运行可靠对操作人员的技术要求高间歇周期运行使曝气、搅拌、排水、排泥等设备利用率不高，增大了设备费用和装机容量周期较长，池容积利用率要脱氮除磷容积利用率容积利用率容和设备排水低，池容相对较需延长周期，加低，池容相对较低，池容较大主较大大大排水设备大要脱氮除磷要要脱氮除磷水位变化大，
13、污泥回流量水位变化增需延长周期，加缺需延长周期，加水泵扬程较高打，能耗高加了水泵扬程大排水设备，增占八、大排水设备，增要脱氮除磷水位变化增少量污泥回加搅拌加搅拌需延长周期，加加了水泵扬程流，增加电耗三池污泥浓水位变化大，大排水设备，增除磷效率不至少需两池度相差大，影响水泵扬程较高加搅拌高才能运行池容利用至少需两池除磷效率不高反应池分容单池，不分格有中隔墙分成有中隔墙分为分为选择区和用隔墙分为三预反应区和主DAT池及IAT池主反应区池反应区进水方式间歇交替进水连续进水连续进水间歇交替进水间歇交替进水是否回流否否回流比200回流比20否300%35%适用规模小型可用于大、中型可用于大、中型脱氮除磷
14、要求土地特别紧张高工程实例全国几百座小昆明第三、四污天津市开发区镇江新区污水石家庄市经济型污水厂水厂，瓦房店市污水厂、抚顺三厂开发区污水厂污水厂宝屯污水厂3.1.4 改良 Bardenpho 工艺改良Bardenpho工艺是由厌氧一缺氧一好氧一缺氧一好氧五段组成，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，因而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果，但工艺流程较为复 杂，投资和运行成本较高。图 2 改良 Bardenpho 脱氮除磷工艺流程3.1.5 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。图 3 改良 UCT 生物脱氮除磷工艺4 最新研究鉴于传统的 A2/O 工艺脱氮与除磷之间存在碳源竞争，而城市生活污水的碳 源浓度普遍较低，难以满足同时高效脱氮除磷效果，
