廢水處理生物脫氮除磷技術(shù)
氮和磷是生物的重要營養(yǎng)源，在廢水中含量高，是引發(fā)水體富營養(yǎng)化的根本原因。廢水中氮元素主要有無機形態(tài)如硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽及有機氨氮等形態(tài)存在。隨著各國對環(huán)境保護(hù)的重視，治理廢水也取得了長足的進(jìn)展，目前脫氮除磷的主流方法還是化學(xué)法和物理法，化學(xué)法脫氮除磷優(yōu)點是效果穩(wěn)定且效率高，但產(chǎn)生的污泥會對環(huán)境造成二次污染是其主要缺陷。物理法脫氮除磷對于基礎(chǔ)投入高，機械的技術(shù)高構(gòu)造復(fù)雜，適用于大型的廢水處理。生物脫氮除磷技術(shù)因為涉及到微生物，微生物對所處的環(huán)境要求更加苛刻，往往在實驗室條件下理論值較好，但是實際應(yīng)用到工程效果不佳且處理成本較前兩種更高，這嚴(yán)重制約了該技術(shù)的推廣與應(yīng)用。然而生物脫氮除磷是環(huán)保、副作用小的，發(fā)展生物脫氮除磷方法從長遠(yuǎn)來看，將成為解決水體富營養(yǎng)化問題的主流方案。
1、生物脫氮除磷原理
污水生物脫氮通過硝化作用和反硝化作用。硝化作用的細(xì)菌為好氧細(xì)菌，主要包括硝酸螺菌屬、亞硝酸桿菌屬、硝酸球菌屬等。硝化作用是在好氧條件下，利用硝化菌經(jīng)歷復(fù)雜的生化反應(yīng)，將氨氮化成亞硝酸鹽氮，然后再氧化成硝酸鹽氮。反硝化作用的反硝化菌在缺氧狀態(tài)下將亞硝氮和硝氮還原成氮氣，主要為兼性厭氧細(xì)菌。自然界具反硝化能力的細(xì)菌較多，如變形菌門的多個綱的細(xì)菌。
生物除磷是聚磷菌在厭氧環(huán)境中水解聚磷和糖原產(chǎn)生ATP，同時吸收污水中的揮發(fā)性脂肪酸。ATP是生物的能量載體，磷元素是ATP的組成之一，ATP儲存于體內(nèi)用于供能微生物生長代謝，從而使聚磷菌成為優(yōu)勢菌種，因此污水中的磷酸鹽被微生物大量吸收，最終通過排放剩余污泥達(dá)到除磷的目的。
2、廢水處理生物脫氮除磷工藝
現(xiàn)行主流的廢水生物脫氮除磷工藝主要可以按時間和空間分為2大類，其一是屬于按時間順序分布的間歇式活性污泥法工藝，典型代表是序批式反應(yīng)器。其二是屬于按空間分布的典型代表有厭氧/缺氧/好氧工藝、南非開普敦大學(xué)UCT同步脫氮除磷工藝等。
(1)序批式反應(yīng)器（SBR）
序批式反應(yīng)器是一種運行按間歇曝氣方式的活性污泥污水處理工藝技術(shù)，序批式反應(yīng)器工藝技術(shù)的核心結(jié)構(gòu)為集生物降解池、初沉池等多種功能于一體的反應(yīng)池，通過曝氣和攪拌交替運行，無污泥回流系統(tǒng)，在反應(yīng)池生成缺氧/好氧/厭氧環(huán)境，在氧濃度變化的交替過程中，細(xì)菌完成富集氮、磷，釋放氮氣及儲能的過程。此類裝置具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單和運行成本低等優(yōu)點。實際使用能達(dá)到較好的脫氮除磷效果，目前已在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。
(2)厭氧/缺氧/好氧工藝（A2/O）
厭氧/缺氧/好氧（A2/O）工藝的流程是：污水依次進(jìn)入?yún)捬醭?、缺氧池和好氧池。微生物在厭氧池中?jīng)三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)代謝途徑將易吸收的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸，回流污泥帶入的聚磷菌將水解體內(nèi)ATP釋放能量，一部分供自身維持生存，另一部分供微生物吸收污水中的揮發(fā)性脂肪酸，并在NADH作用下合成聚β-羥基丁酸酯儲存于體內(nèi)。缺氧池中，反硝化菌利用硝化回流液中的硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機物作為電子供體。到最后環(huán)節(jié)的好氧池中，聚磷菌主要依靠分解體內(nèi)儲存的聚β-羥基丁酸酯供能，以維持生長繁殖。此類工藝結(jié)構(gòu)簡單，運行費用較低，無需投加藥劑。然而，硝化細(xì)菌和聚磷菌的最佳生存條件不一致，因此導(dǎo)致系統(tǒng)無法兼顧硝化菌的生長，效果不佳。
3、廢水處理生物脫氮除磷的影響因素
廢水處理生物脫氮除磷的關(guān)鍵因素在于微生物要發(fā)揮其最大的功效。影響微生物的主要因素包括碳源，氮源（廢水），氧氣濃度，pH，溫度，反應(yīng)時間。
(1)碳源
微生物生長必須具備合適的碳源，脫氮除磷的細(xì)菌常可用的碳源可以分為三類：易于生物降解的有機物，可慢速降解的有機物，體內(nèi)儲能物質(zhì)。不同碳源可誘導(dǎo)硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌或聚磷菌微生物在系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢地位，以實現(xiàn)最佳效果。其次，碳源的含量也會對微生物造成影響，碳氮比主要影響自養(yǎng)微生物硝化細(xì)菌的比例。因此，在工程應(yīng)用中應(yīng)注意調(diào)節(jié)進(jìn)水碳源比例。
(2)氧氣濃度
因為生物脫氮除磷涉及到好氧菌、兼性厭氧菌，因此氧氣濃度對不同微生物的作用尤為明顯，是生物脫氮除磷工藝的重要控制條件。如當(dāng)溶氧量處于飽和時，氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝氮，而當(dāng)溶氧量降為小于0.1mg/L-1時，利于反硝化細(xì)菌的生長繁殖，反應(yīng)器中亞硝氮大量積累。
(3)pH值
微生物對pH值的變化敏感，研究表明，硝化細(xì)菌硝化反應(yīng)最佳pH7.5～8.0，反硝化作用的最佳pH6.5～8.0。pH過高或過低都會對細(xì)菌的代謝造成影響，進(jìn)而影響硝化作用或者反硝化作用。pH值對生物除磷性能的影響也較顯著，如pH值在厭氧釋磷階段可影響污水中的揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞的過程。
(4)溫度
微生物有其發(fā)揮活性的最適溫度范圍，生物脫氮除磷涉及到硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、聚磷菌參與反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍在27±7℃，反硝化作用最佳溫度為40±5℃，而除磷效果最佳溫度為在20℃。
4、小結(jié)與展望
水體富營養(yǎng)化是需要解決的世界共同問題，生物脫氮除磷作為環(huán)境友好的一種凈化方式，是近年來的研究重點。研究開發(fā)穩(wěn)定可靠、低成本的生物脫氮工藝是本領(lǐng)域研究者的共同目標(biāo)，目前，也有根據(jù)現(xiàn)有工藝改進(jìn)提出的新工藝新理論，如短程或同步硝化反硝化、厭氧氨氧化、反硝化除磷等朝著生物學(xué)特性研究和機理分析的方向改進(jìn)、發(fā)展。（來源：深圳市瑞秋卡森環(huán)?？萍加邢薰荆?/p>
