1、淺談生活污水脫氮除磷研究摘要：介紹了污水中氮磷的來源和危害，污水脫氮除磷的機理以及幾種常用的生活污水脫氮除磷工藝，分析了其優(yōu)缺點，并介紹了相關(guān)污水脫氮除磷的研究。關(guān)鍵詞：生活污水脫氮除磷1前言氮和磷是生物重要營養(yǎng)源。隨著人口的持續(xù)增長和人們生活水平的不斷提高，生活污水人均排放量持續(xù)增加，加之洗滌劑的普遍使用，以及二級生化處理城市污水出水中氮磷含量較高，排入水體后使受納水體中氮、磷含量增加，藍、綠藻大量繁殖，水體缺氧并產(chǎn)生毒素，水質(zhì)惡化。我國淮河流域、太湖、巢湖、滇池等水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，近海岸每年發(fā)生的十多起大面積的赤潮，嚴(yán)重影響水生生物和人體健康。大量氮、磷化合物進入水體后加速水體的富營養(yǎng)化進

2、程，降低了水體的經(jīng)濟價值和美學(xué)價值，破壞水體生態(tài)環(huán)境，影響供水水質(zhì)等；消耗水體中的溶解氧，不利于水體質(zhì)量的改善以及魚類的生存；降低氯的消毒效率，大大增加氯的消耗量，同時對人類的健康存在著潛在的危害。因此，解決氮磷污染問題對解決我國水環(huán)境污染問題具有重大意義。2污水脫氮除磷機理污水中氮的存在形式主要有氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，可通過物理法、化學(xué)法和生物法去除。常用的物化方法有氨吹脫法、化學(xué)沉淀法、折點加氯法、選擇性離子交換法和催化氧化法。污水中磷的存在形態(tài)主要是磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷，其去除方法主要有混凝沉淀法、結(jié)晶法和生物法。由于生物脫氮除磷被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟、有效和最有發(fā)展前途的方法，且

3、生活污水的可生化性好，因此，目前污水脫氮除磷大多采用生物法。2.1生物脫氮機理污水生物處理脫氮過程主要是氮的轉(zhuǎn)化，即同化、氨化、硝化和反硝化。(1)同化作用在生物處理過程中，污水中的一部分氮(氨氮或有機氮)被同化成微生物細胞的組成成分。同化作用的氨氮去除率一般為8%20%。(2)氨化作用污水中的含氮有機物(一般動物、植物和微生物殘體以及它們的排泄物、代謝產(chǎn)物所含的有機氮化合物，主要包括蛋白質(zhì)、核酸、尿素、尿酸、幾丁酸質(zhì)、卵磷脂等含氮有機物)在氨化菌的作用下，分解、轉(zhuǎn)化并釋放出氨。(3)硝化作用氨氮在有氧存在的情況下經(jīng)亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程稱為生物硝化過程。好氧菌亞硝酸單胞

4、菌屬(Mtrosomonas)、亞硝酸球菌屬(Nitrosococcus)及亞硝酸螺菌屬(Nitrosospira)亞硝酸葉菌屬(Nitrosolobus)和亞硝酸弧菌(Nitrosovibrio)等將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，硝化桿菌屬(Nitrobacter)、硝化球菌屬(Nitrococcus)將亞硝酸鹽進一步氧化為硝酸鹽1o(4)反硝化作用在厭氧的條件下，施氏假單胞菌(Pseudomonas、脫氮假單胞菌(Ps.denitrficans)、熒光假單胞菌(Ps.fluorescen1、紫色桿菌(Chormobacteriumviolaceum)、脫氮色桿菌(Chorm.denitrifican

5、s)等反硝化細菌利用各種有機質(zhì)(如甲醇等)作為電子供體，利用硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體進行缺氧呼吸，將硝酸還原為N2。當(dāng)污水中缺乏有機物時，微生物也可以利用無機鹽如Na2s作為反硝化的電子供體進行的內(nèi)源反硝化，但由于內(nèi)源反硝化使細胞原生質(zhì)減少，并會有氨氮生成，污水處理中為避免此反應(yīng)占主導(dǎo)地位而提供必要的碳源。2.2除磷機理在厭氧池，在沒有溶解氧和硝態(tài)氧存在的厭氧條件下，兼性細菌將溶解性BOD通過發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化為低分子可生物降解的揮發(fā)性有機酸(VFA),優(yōu)勢菌種聚磷菌(小型革蘭氏陰性儲短桿菌、假單胞菌屬和氣單胞菌屬等)構(gòu)成了活性污泥絮體的主體，利用聚磷酸鹽的水解以及細胞內(nèi)糖的酵解

6、產(chǎn)生的能量將吸收的VFA運送到細胞內(nèi)同化成細胞內(nèi)碳能源儲存物聚B羥基丁酸(PHB),同時釋放出磷酸鹽。在好氧池中，聚磷菌所吸收的有機物被氧化分解，提供能量的同時從污水過量攝取磷，磷以聚合磷酸鹽的形式儲藏在菌體內(nèi)而形成高磷污泥，通過排出剩余污泥統(tǒng)而除磷。污水生物除磷工藝中的聚磷菌除了小型革蘭式陰性短桿菌外，還有假單胞菌屬和氣單胞菌屬，占聚磷菌數(shù)量的15%20%,桿菌僅占1%10%,但聚磷能力最強2。3常用的生活污水脫氮除磷工藝及其比較目前在生活污水處理流程中，主要是通過形成厭氧、缺氧和好氧環(huán)境，使聚磷菌、硝化菌和反硝化菌共存，從而有效的同時進行生物脫氮除磷。最廣泛應(yīng)用的同步脫氮除磷工藝有：A2/

7、O、氧化溝、SBR及其改型、改良Bardenpho工藝、和改良UCT工藝等3。23.1 A/O工藝A2/O工藝或稱AAO工藝，在一個處理系統(tǒng)中同時具有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，能夠同時做到脫氮、除磷和有機物的降解，其工藝流程見圖1所示。硝化液回流進水出水剩余污泥圖1A2/O生物脫氮除磷工藝流程污水經(jīng)格柵攔截懸浮物后進入?yún)捬醴磻?yīng)區(qū)，同時進入的還有從二沉池回流的活性污泥，池中兼性厭氧發(fā)酵菌在厭氧條件下將污水中可生化降解的大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子的中間發(fā)酵產(chǎn)物（如VFA）,聚磷菌將貯存在體內(nèi)的聚磷酸分解并釋放出能量供專性好氧聚磷菌在厭氧環(huán)境中生存，剩余的部分能量供聚磷菌從環(huán)境中吸收VFA等易降解有機質(zhì)

8、，并以PHB（聚伊羥基丁酸）的形式在體內(nèi)加以貯存；出水進入缺氧池，反硝化菌利用來自好氧池回流液中的NOx-N及污水中的有機質(zhì)進行反硝化，達到去除水中BOD5和氮的效果；在好氧池中，聚磷菌通過分解體內(nèi)的PHB進行增殖，通過超量攝取水中的溶解態(tài)磷將其生長所需要的磷以聚磷酸的形式貯存起來，最終通過排除高磷污泥達到除磷的目的4。該工藝流程簡潔，污泥在厭氧、缺氧、好氧環(huán)境中交替運行，絲狀菌不能大量繁殖，且污泥沉降性能好。該處理系統(tǒng)中出水可達到GB8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中一級排放標(biāo)準(zhǔn)，磷濃度基本可達到1mg/L以下，氨氮也可達到8mg/L以下5。3.2 氧化溝工藝氧化溝是活性污泥法的變形，通常

9、采用延遲曝氣，結(jié)構(gòu)形式采用封閉的環(huán)形溝渠形式，污水及活性污泥混合液在氧化溝曝氣池的推動下作平流運動，使得污水中形成良好的的混合液生物絮凝體，有利于除磷脫氮。氧化溝工藝是一種利用循環(huán)式混合曝氣溝渠來處理污水的簡易污水處理技術(shù)。一般不設(shè)初沉池，通常采用延時曝氣，連續(xù)進出水，結(jié)構(gòu)形式采用封閉的環(huán)形溝渠形式，污水及活性污泥混合液在氧化溝曝氣池的推動下作平流運動，形成良好的的混合液生物絮凝體，有利于除磷脫氮。所產(chǎn)生的微生物污泥在曝氣的同時得到穩(wěn)定，無需設(shè)置污泥消化池，簡化了處理設(shè)施。該工藝具有能耗少、占地面積小、耐沖擊負荷強、高效除磷的特點。常用的氧化溝工藝類型有Carrousel氧化溝、Orbal氧化

10、溝、一體化氧化溝、交替工作式氧化溝及其改良工藝6。3.3 SBR及其改型SBR法，即序批式活性污泥法，是由英國學(xué)者Ardern和Lockett提出的，為近年來較為通用的污水處理方法。SBR省去了二沉池和回流污泥泵房，布置緊湊，通常采用鼓風(fēng)曝氣，工藝間歇運行，無需設(shè)調(diào)節(jié)池，污水完全混合，耐沖擊負荷強，有較好的脫氮除磷效果。SBR工藝發(fā)展迅速，衍生出許多新型SBR處理工藝，如CASS、ICEAS、IDEA、DAT-IAT、UNITANK、MSBR等。各種SBR法的特點及適用范圍見表17。表1各種SBR工藝的特點及適用范圍工藝名稱傳統(tǒng)SBRICEASDAT-IATCASTUNITANK流程簡單：不設(shè)

11、初沉池、二沉池、污泥回流泵房、消化池和沼氣貯存利用設(shè)施管理方便：處理設(shè)施少，沒有沼氣系統(tǒng)，不存在危險性，管理簡化占地少：是各種污水二級處理中最少的，比常規(guī)活性污泥法省30唳50%主要優(yōu)點處理效果好：有機物去除率高，能脫氮除磷，緩沖能力強，抗污泥膨脹能力強基建投資?。阂?guī)模小于10萬m3/d的污水處理廠基建投資比常規(guī)活性污泥法省10%20%處理成本低：規(guī)模小于10萬m3/d的污水處理成本低于常規(guī)活性污泥法設(shè)施、操作簡單靜止沉淀出水水質(zhì)更好脫氮除磷效果尚可水位差較小基建費用省脫氮除磷效果尚可容積利用率最高水位差最小基建投資小脫氮除磷最好，同步硝化反硝化，耗電省，池容小防止污泥膨脹性能最好靜沉水質(zhì)好固

12、定水位，提升水泵揚程較低占地最少基建費更省主要缺點對自控要求高，人工操作基本上不可能正常運行，自控系統(tǒng)必須質(zhì)量好，運行可靠對操作人員的技術(shù)要求高間歇周期運行使曝氣、攪拌、排水、排泥等設(shè)備利用率不高，增大了設(shè)備費用和裝機容量周期較長，池容和設(shè)備排水較大要脫氮除磷需延長周期，加大排水設(shè)備，增加攪拌水位變化大，水泵揚程較高至少需兩池容積利用率低，池容相對較大水位變化大，水泵揚程較高要脫氮除磷需延長周期，加大排水設(shè)備，增加攪拌要脫氮除磷需延長周期，加大排水設(shè)備污泥回流量打，能耗高水位變化增加了水泵揚程除磷效率不高容積利用率低，池容相對較大水位變化增加了水泵揚程少量污泥回流，增加電耗至少需兩池才能運行容

13、積利用率低，池容較大要脫氮除磷需延長周期，加大排水設(shè)備，增加攪拌三池污泥濃度相差大，影響池容利用除磷效率不高反應(yīng)池分容單池，不分格有中隔墻分成預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)有中隔墻分為DAT池及IAT池分為選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)用隔墻分為三池進水方式間歇交替進水連續(xù)進水連續(xù)進水間歇交替進水間歇交替進水是否回流否否回流比200回流比20否300%35%適用規(guī)模小型可用于大、中型可用于大、中型脫氮除磷要求高土地特別緊張工程實例全國幾百座小型污水廠昆明第三、四污水廠，瓦房店市污水廠天津市開發(fā)區(qū)污水廠、撫順三寶屯污水廠鎮(zhèn)江新區(qū)污水廠石家莊市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)污水廠3.4 .4改良Bardenpho工藝改良Bardenpho工藝

14、是由厭氧一缺氧一好氧一缺氧一好氧五段組成，第二個缺氧段利用好氧段產(chǎn)生的硝酸鹽作為電子受體，利用剩余碳源或內(nèi)碳源作為電子供體進一步提高反硝化效果，最后好氧段主要用于剩余氮氣的吹脫，其工藝流程見圖2。該系統(tǒng)脫氮效果好，由于回流污泥進入?yún)捬醭氐南跛猁}量較少，對污泥的釋磷影響較小，因而使整個系統(tǒng)達到較好的脫氮除磷效果，但工藝流程較為復(fù)雜，投資和運行成本較高。回流污泥（含磷）圖2改良Bardenpho脫氮除磷工藝流程3.5 .5改良UCT工藝改良UCT工藝中污泥回流到相分隔的第一缺氧區(qū)，不與混合液回流到第二缺氧區(qū)硝酸鹽混合，第一缺氧區(qū)主要對回流污泥中硝酸鹽反硝化，第二缺氧區(qū)是系統(tǒng)的主要反硝化區(qū)，具工藝流

15、程見圖3。出水進水蹴（含磷）圖3改良UCT生物脫氮除磷工藝4最新研究鑒于傳統(tǒng)的A2/O工藝脫氮與除磷之間存在碳源競爭，而城市生活污水的碳源濃度普遍較低，難以滿足同時高效脫氮除磷效果，且占地面積較大，北京交通大學(xué)環(huán)境工程實驗室針對這些問題，將傳統(tǒng)A2/O工藝與現(xiàn)行MBR工藝結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，使其在比較低的碳氮比下M(C):M(N)=56不外加碳源，進水COD為260300mg/L,TN、TP分別為4648mg/L、78mg/L下，使出水的TN和TP維持在10mg/L、0.5mg/L以下，去除率達到76%、95%以上網(wǎng)，其工藝流程如圖：瞅250%)回流L制勵費力*厭氧池*快家池F改氧池r好

16、氧池一山水圖5A2/O+MBR工藝流程圖溫沁雪等考察了在曝氣池前投加不同量的聚合鋁鐵強化A2/O除磷系統(tǒng)對TP、TN、COD的去除效果，研究表明聚合鋁鐵的投加有助于TN和COD的去除，其投加量為6mg/L(以Al計)時，出水氨氮含量為4.80mg/L,去除率達到73.43%,效果最佳；當(dāng)投加量為4mg/L(以Al計)時，出水中磷含量為0.77mg/L,去除率達到89.23%時效果最佳9。張?zhí)K平等用SBR法處理城市生活污水，研究得出最佳運行參數(shù)為進水厭氧攪拌2h,曝氣5h,缺氧攪拌2.5h,沉淀、出水、排泥1.5h,出水中氮含量為0.43mg/L,去除率為99.43%,出水符合我國污水綜合排放標(biāo)

17、準(zhǔn)(GB8978-1996)的一級排放標(biāo)準(zhǔn)阿。王朝朝采用脫氮除磷膜生物反應(yīng)器(BNPR-MBR)處理北方某城市生活污水，結(jié)果表明：在沒有外加碳源的情況下，氨氮基本上完全硝化，TN由51.9mg/L降低到10.76mg/L,平均去除率達到79%;系統(tǒng)的污泥齡為40d左右時，TP由6.22mg/L降低至ij0.93mg/L,平均去除率達到85%11。3.2幾種脫氮除磷工藝的比較生物脫氮除磷工藝比較如表1。各工藝產(chǎn)泥量均與活性污泥法相當(dāng)，無需投加藥劑即可達到除磷目的。表1脫氮除磷工藝比較工藝優(yōu)點缺點a2/o氧化溝SBR及其改型改良Bardenpho是生物除磷法中產(chǎn)泥量最少的工藝，剩余污泥中磷濃度高；出水TN比其他工藝低；補充堿度用藥量少或無需使用藥劑。該工藝在南非廣泛使用，運行經(jīng)驗多。內(nèi)循環(huán)量大，耗電多，維護管理復(fù)雜，美國應(yīng)用