污水處理脫氮除磷技術(shù)

現(xiàn)行城市污水處理工藝有傳統(tǒng)活性污泥法、SBR工藝、AB工藝、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝等，都能達(dá)到較好的處理效果，有機(jī)物污染得到了遏制，但氮、磷超標(biāo)排放使中國66.2%的主要水體污染很嚴(yán)重，導(dǎo)致富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重、更加普遍。脫氮除磷已成為當(dāng)今城市污水處理廠亟待解決的問題。本文在分析了國內(nèi)生物脫氮除磷工藝的研究進(jìn)展及存在的問題，介紹了一種新型污水生物處理技術(shù)微壓內(nèi)循環(huán)多生物相工藝的研究進(jìn)展。

1、生物脫氮除磷機(jī)理

氮磷可依靠微生物的新陳代謝作用在適宜的環(huán)境條件下被脫除。傳統(tǒng)生物脫氮主要通過氨化、硝化和反硝化過程，使氮素最終以N2形式排入大氣。在厭氧或好氧條件下，細(xì)菌、真菌和放線菌將有機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為氨氮的過程為氨化；好氧條件下氨氮在氨氧化細(xì)菌（AOB）作用下氧化為亞硝酸鹽，然后進(jìn)一步被亞硝酸氧化菌（NOB）氧化為硝酸鹽的過程為硝化。硝化細(xì)菌均是化能自養(yǎng)型，生長極其緩慢，平均世代時(shí)間在10h以上，且易受pH、溫度等外界條件的影響。參與污水硝化過程的細(xì)菌主要為亞硝化單胞菌（Nitrosomonas）和硝化菌屬（Nitrobacter），完整的硝化氮素過程為NH4+-N→NH2OH→NO2--N→NO3--N；缺氧條件下硝酸鹽在反硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>N2，完整的反硝化氮素反應(yīng)包括以下幾個(gè)過程：NO3--N→NO2--N→NO→N2O→N2，反硝化細(xì)菌分屬于假單胞菌屬（Pseudomonaceae）、產(chǎn)堿桿菌屬（Caicaiigenes）、芽孢桿菌屬（Bacillus）等50多個(gè)屬。氨化、硝化和反硝化氮代謝的過程需要多種酶系參與，編碼這些酶的基因可作為相應(yīng)的功能基因，其中反硝化相關(guān)基因所占比例最高，達(dá)80.81%，其次是氨化（12.78%）和硝化（4.38%）〔10〕。隨著對微生物脫氮認(rèn)識的深入，發(fā)現(xiàn)了自養(yǎng)反硝化、異養(yǎng)硝化、好氧反硝化和聚磷菌反硝化等，特征和影響，這些豐富了生物脫氮理論和生物脫氮工藝的發(fā)展。

2、污水處理脫氮除磷工藝的研究進(jìn)展

2.1 脫氮的依據(jù)

氨化、硝化和反硝化等脫氮方式是屬于生物脫氮法，在污水處理時(shí)經(jīng)常會用到。氨化方式實(shí)現(xiàn)脫氮是在氨化菌的作用下，把有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化成了氨氮，以此來實(shí)現(xiàn)了脫氮。硝化方式實(shí)現(xiàn)脫氮是利用了硝化細(xì)菌，反硝化方式實(shí)現(xiàn)脫氮是利用了反硝化細(xì)菌，把產(chǎn)生的含氮化合物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并且是在缺氧條件下進(jìn)行的。同化方式來實(shí)現(xiàn)脫氮是把含氮化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榱宋⑸锏慕M成部分。生物脫氮法是經(jīng)常用到的一種脫氮技術(shù)，尤其是在傳統(tǒng)脫氮技術(shù)中。成本較高并且工藝比較復(fù)雜的化學(xué)脫氮法則很少被應(yīng)用到污水處理中。

2.2 氧化溝工藝

氧化溝是一種穩(wěn)定去除氨氮的處理方式，目前各國廣泛使用。該方法具有兩種類型反應(yīng)器的特征：完全混合型和推式。封閉循環(huán)罐對污水具有良好的氮和磷去除效果。氧化溝工藝簡化了預(yù)處理，去除了有機(jī)物和氮磷化合物。同時(shí)，氧化溝對高濃度工業(yè)廢水具有良好的稀釋能力，可以承受水質(zhì)和水量的沖擊負(fù)荷。由于推流的特性，水流方向可以形成溶解氧濃度梯度，以形成好氧、缺氧和厭氧條件，從而更好地實(shí)現(xiàn)氮和磷的去除效果。

2.3 微壓內(nèi)循環(huán)多生物相處理技術(shù)

微壓內(nèi)循環(huán)多生物相生物處理技術(shù)是一種新型污水處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在同一反應(yīng)器內(nèi)形成厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)并存，多生物相協(xié)同生長的微壓內(nèi)循環(huán)多生物相反應(yīng)器（MPR），為多種脫氮機(jī)制提供穩(wěn)定各自適宜的環(huán)境，節(jié)省了硝化液回流設(shè)備的同時(shí)，減少了污泥回流量；反應(yīng)器內(nèi)溶解氧梯度的變化，解決了脫氮除磷的泥齡矛盾問題。常溫條件下，MPR反應(yīng)器利用短程同時(shí)硝化反硝化脫氮，低溫條件下，利用全程硝化反硝化脫氮。通過對微壓內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器和傳統(tǒng)推流式反應(yīng)器的初步調(diào)試，發(fā)現(xiàn)由于微壓內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)以及曝氣方式可以有效解決傳統(tǒng)推流式反應(yīng)器存在的泡沫堆積問題。基于微壓內(nèi)循環(huán)多生物相處理技術(shù)，通過改變反應(yīng)器內(nèi)部增設(shè)半包圍導(dǎo)流板設(shè)計(jì)出微壓豎向雙循環(huán)反應(yīng)器，經(jīng)過小試實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論：雙循環(huán)反應(yīng)器對有機(jī)物、氮磷的去除優(yōu)于傳統(tǒng)SBR，內(nèi)部微生物種類豐富，相同運(yùn)行條件下具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢。微壓內(nèi)循環(huán)多生物相反應(yīng)器可以有效地去除城市污水中的有機(jī)物、氮、磷，其出水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的城市污水處理方法。這些水可以作為多種水源，如冷卻、綠化、景觀用水等，甚至可以通過進(jìn)一步深度處理，可以作為飲用水的補(bǔ)充水源。這樣，城市污水不但不會污染環(huán)境，反而會解決我國日益嚴(yán)重的水資源短缺問題，有效的為城市提供二次水源。

3、結(jié)束語

眾所周知，污水中過量的氮和磷是水體富營養(yǎng)化的主要原因。污水脫氮的目的是通過微生物的代謝從水中去除氮和磷，并控制來自水源的水的富營養(yǎng)化。因此，氮和磷的去除已成為各國環(huán)境研究人員研究的重點(diǎn)。本研究中，大多數(shù)生物除磷和脫氮工藝都是基于傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論的組合工藝。本文從傳統(tǒng)工藝和新工藝的角度出發(fā)，匯總了AO法、A2O法、氧化溝工藝、SBR法、雙污泥反向誘導(dǎo)結(jié)晶工藝和短程硝化反硝化新技術(shù)等高效脫氮除磷工藝的研究進(jìn)展，為污水處理提供了一定的技術(shù)支持。（來源：先尼科化工（泰興）有限公司）