浅谈污水厂中反硝化除磷工艺的应用

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　　摘要：近年来，在市场经济的带动下，随着人民物质生活水准的提高，水质污染已成为环境污染其中最受重视的问题之一。我国主要河流和湖泊由于受磷污染，富氧化比较严重，国家环保局为有效控制磷污染，制定出相关严格的标准。而本文就此对现代污水厂中为了控制磷污染，实行的反硝化除磷工艺过程从实际研究机理以及研究途径方面作深入探讨。
　　关键词：反硝化除磷 污水处理 反硝化细菌
　　一、反硝化除磷机理
　　反硝化除磷技术是由反硝化聚磷菌(DPB)在厌氧/缺氧(A/A)交替环境中,通过它们独特的新陈代谢功能同时完成过量吸磷和反硝化脱氮双重目的。反硝化除磷技术作为一种新型高效低能耗的技术成为近年来水处理领域的热点。反硝化除磷作用可以在缺氧段无碳源的情况下进行,不仅实现同时除磷脱氮,还克服了生活污水中基质缺乏的问题,尤其适用于高氮磷废水及产生挥发性脂肪酸潜力低的城市污水。
　　其机理为，高酸菌在厌氧条件下分解大分子有机物为低分子脂肪酸,DPB则在厌氧条件下分解体内的多聚磷酸盐产生能量ATP,以主动运输方式吸收脂肪酸并合成聚β-羟基丁酸盐(PHB),与此同时释放出PO43-。积累了大量PHB的DPB进入缺氧状态后,以NO3-作为氧化PHB的电子受体,利用降解PHB以产生能量并提供还原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),并以NADH+H+作为电子运输链的载体以排除质子,从而形成质子推动力,质子推动力将体外PO43-输送到体内,在ATP酶作用下合成ATP,将过剩的PO43-聚合成多聚磷酸盐。DPB在缺氧条件下通过电子传递链产生的ATP超过在厌氧条件下通过分解体内聚磷酸盐产生的ATP,所以缺氧摄取的磷多于厌氧释放的磷。因此DPB具有过量摄取废水中磷的作用。
　　二、反硝化除磷的主要影响因素
　　（一）碳氮质量比
　　反硝化细菌在厌氧条件下分解大分子有机物为低分子脂肪酸，DPB则在厌氧条件下分解体内的多聚磷酸盐产生能量ATP，以主动运输方式吸收脂肪酸并合成聚β-羟基丁酸盐(PHB)，在此同时释放出PO43-。这样积累了大量PHB的DPB达到进入缺氧状态，以NO3-作为氧化PHB的电子受体。利用降解PHB以产生能量并提供还原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，并以NADH+H+作为电子运输链的载体以排除质子，从而形成质子推动力，质子推动力将体外PO43-输送到体内，在ATP酶作用下合成ATP，将过剩的PO43-聚合成多聚磷酸盐。DPB在缺氧条件下通过电子传递链产生的ATP超过在厌氧条件下通过分解体内聚磷酸盐产生的ATP，所以缺氧摄取的磷多于厌氧释放的磷。可见，DPB具有过量摄取废水中磷的作用。
　　（二）亚硝酸盐
　　目前对于亚硝酸盐对去磷是否有抑制作用存在两种说法，所研究的两种说法存在的前提是研究对象并不一致。用没经过反硝化除磷的污泥为研究对象，研究结果表明亚硝酸盐超过临界浓度值时则抑制除磷。用经过反硝化除磷的污泥做研究对象，结果则与以下两种情况不同。一种研究试验结果表明当亚硝氮的质量浓度以超过15 mg/L时，吸磷反应受到抑制。另一种研究实验结果表明临界亚硝氮的质量浓度是5～8 mg/L。而Hu J.Y.的试验表明除了被广泛认可的聚磷菌和DPB还存在第三族聚磷菌，它可以利用亚硝酸根做电子受体吸磷，另外试验明当亚硝氮起始质量浓度小于115 mg/L时没有明显的吸磷抑制作用。而在生活污水处理厂的亚硝酸根浓度显然远远低于此临界浓度，所以不会对生物除磷产生不利影响。影响反硝化除磷的因素还有很多，如温度(DPB对温度特别是低温比较敏感)、阳离子(Mg2+和K+)等。目前对这几方面的研究很少，且各种因素间的相互作用加深了研究的难度。
　　三、实现反硝化除磷的新途径
　　反化细菌都有着很强的生物摄/放现象。反硝化细菌的生物摄/放作用被荷兰Delf技术大学和日本东京大学研究合作研究确认，并冠名“反硝化除磷”。而反硝化除磷细菌是以硝态氮取代氧作为电子受体，也就是说反硝化除磷细菌能将生物除磷和反硝化脱氮这两个原本认为彼此独立的作用最后合二为一。因此反硝化细菌生物摄/放磷作用的确认不仅拓宽了磷的去除途径，更重要的是这种细菌的生物摄/放磷作用将反硝化脱氮与生物除磷有机地合二为一。这为污水除磷脱氮工艺的发展奠定了十分给力的技术基础。反硝化除磷脱氮反应器有单污泥和双污泥系统之分：在单污泥系统中，DPB、硝化菌及非聚磷异养菌存在于同一悬浮污泥相中，共同经历厌氧、缺氧和好氧环境；而在双污泥系统中，硝化菌则独立于DPB而单独存在于固定膜生物反应器或好氧硝化SBR反应器中。虽然在单、双污泥系统中DPB均可利用由硝化产生的硝酸盐作为电子受体在缺氧状态环境中实现反硝化除磷，但双污泥系统运行的更稳定、处理效果也最佳，其原因是双污泥系统为硝化菌和DPB创造了更好的生长环境，且硝化和反硝化聚磷各系统的SRT可根据实际运行要求来选定。
　　还有就是厌氧/缺氧/好氧(简称A2O)工艺是脱氮除磷的常用形式，它主要通过聚磷菌、硝化菌、反硝化菌的代谢来运转，那么含有硝酸盐和亚硝酸盐的液体在此工艺中循环是必须的。Tsuneda S.等提出了SBR中采用厌氧/好氧/缺氧(简称AOA)工艺，充分利用了DPB在缺氧且没有碳源的条件下能同时进行脱氮除磷的特性，使反硝化过程在没有碳源的缺氧段进行，不需要好氧池和缺氧池之间的循环，达到氮磷在单一的SBR中同时去除的目的。而且试验也证明采用此工艺处理碳氮质量比低于10的合成废水可以得到良好的脱氮除磷效果，平均氮磷去除率分别为83%、92%。此工艺不仅可富集DPB，而且使DPB在除磷脱氮过程中起主要作用。试验结果显示在AOA-SBR工艺中DPB占总聚磷菌的比例是44%，远比常规工艺A/O-SBR(13%)和A2O工艺(21%)要高。
　　另外，以内循环气升式序批式生物膜法(内循环气升式SBBR)主要是为除磷脱氮一体化而设计的。ZhangZ.Y.等研究表明内循环气升式SBBR得到了稳定的氮磷去除率。COD、N、P在最佳填料密度和有机负荷下的去除率分别为95.3%±3.3%、94.6%±4.1%、73.1%±8.3%。反应器被隔板分为2个区――好氧区和回流区，硝化菌和好氧聚磷菌主要存在于好氧区，DPB存在于回流区。厌氧期，处于回流区的DPB和好氧区的聚磷菌吸收有机基质；好氧/缺氧期，处在好氧区的硝化菌产生NO3-、NO2-以提供DPB吸磷的电子受体，这样氮磷就被去除了。排泥是影响磷去除的重要因素，这点可以通过调节纤维填料密度来实现。常规SBBR脱氮除磷效果不佳，主要是由于硝化菌和异氧菌在生物膜中彼此竞争氧气和营养物质。比起常规SBBR，内循环气升式SBBR避免了硝化菌和异氧菌的竞争，比起常规活性污泥法，此反应器节省了能源和投资。
　　四、结语
　　国内外对反硝化除磷技术的研究已取得了初步成果,反硝化除磷技术也已从基础性研究发展到工程应用阶段。目前,我们对反硝化除磷系统中微生物群落结构和功能方面的知识还了解甚少。为此，作为现代污水处理的反硝化除磷工艺我们清楚实现反硝化除磷的应用途径，将会大大提高生物除磷的效率，使污水处理厂实现达标排放。
　　

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