隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源供需矛盾日趨激化，對(duì)污廢水處理后回用成為了亟待解決的問題。我國(guó)現(xiàn)有的城市污水處理廠主要是針對(duì)以BOD5為主的碳源污染物的去除，對(duì)氮、磷的去除率很低，而氮、磷又是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要營(yíng)養(yǎng)物。本文概述了生物脫氮除磷機(jī)理，分析了生物脫氮除磷技術(shù)的研究現(xiàn)狀，介紹了可持續(xù)污水處理技術(shù)和碳中和運(yùn)行技術(shù)，希望給您帶來思考與幫助。

一、傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論與技術(shù)

1.傳統(tǒng)生物脫氮原理

污水經(jīng)二級(jí)生化處理，在好氧條件下去除以BOD5為主的碳源污染物的同時(shí)，在氨化細(xì)菌的參與下完成脫氨基作用，并在硝化和亞硝化細(xì)菌的參與下完成硝化作用;在厭氧或缺氧條件下經(jīng)反硝化細(xì)菌的參與完成反硝化作用。

2.傳統(tǒng)生物除磷原理

在厭氧條件下，聚磷菌體內(nèi)的ATP進(jìn)行水解，放出H3PO4和能量形成ADP;在好氧條件下，聚磷菌有氧呼吸，不斷地放出能量，聚磷菌在透膜酶的催化作用下利用能量、通過主動(dòng)運(yùn)輸從外部攝取H3PO4，其中一部分與ADP結(jié)合形成ATP，另一部分合成聚磷酸鹽(PHB)儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)過量吸磷。通過排除剩余污泥或側(cè)流富集厭氧上清液將磷從系統(tǒng)內(nèi)排除，在生物除磷過程中，碳源微生物也得到分解。

3.常用工藝及升級(jí)改造

具有代表性的常用工藝有A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝、SBR工藝、Bardenpho工藝、生物轉(zhuǎn)盤工藝等，這些工藝都是通過調(diào)節(jié)工況，利用各階段的優(yōu)勢(shì)菌群，盡可能的消除各影響因素間的干擾，以達(dá)到適應(yīng)各階段菌群生長(zhǎng)條件，實(shí)現(xiàn)水處理效果。近年來隨著研究的深入，對(duì)常用工藝有了一些改進(jìn)，目前應(yīng)用最廣泛、水廠升級(jí)改造難度較低的是分段進(jìn)水工藝。

與傳統(tǒng)A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝等相比，分段進(jìn)水工藝可以充分利用碳源并能較好的維持好氧、厭氧(或缺氧)環(huán)境，具有脫氮除磷效率高、無需內(nèi)循環(huán)、污泥濃度高、污泥齡長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。分段進(jìn)水工藝適用于對(duì)A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝等的升級(jí)改造，通過將生化反應(yīng)池分隔并使進(jìn)水按一定比例分段進(jìn)入各段反應(yīng)池，以充分利用碳源，解決目前污水處理廠普遍存在的碳源不足和剩余污泥量過大的問題。分段進(jìn)水工藝雖然對(duì)提高出水水質(zhì)有較好的效果，但該工藝并不能提高處理能力，當(dāng)水廠處于超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，分段進(jìn)水改造也不能達(dá)到良好的處理效果。

二、新型生物脫氮除磷理論與技術(shù)

近年來，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，生物脫氮除磷過程中出現(xiàn)了超出傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論的現(xiàn)象，據(jù)此提出了一些新的脫氮除磷工藝，如：短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、反硝化除磷工藝。

1.短程硝化反硝化工藝

傳統(tǒng)生物脫氮理論為全程硝化反硝化過程，即以NO3-為反硝化過程的電子受體;而短程硝化反硝化利用NO2-為反硝化過程的電子受體。

短程硝化反硝化相對(duì)全程硝化反硝化節(jié)省了25%的曝氣量、節(jié)省了40%的有機(jī)碳源并縮短了反應(yīng)時(shí)間，因此實(shí)現(xiàn)與維持短程硝化反硝化具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的關(guān)鍵在于硝化反應(yīng)過程中氨氧化菌相對(duì)于亞硝酸鹽氧化菌優(yōu)勢(shì)增殖，即氨氧化菌積累。短程硝化反硝化的影響因素主要有溫度、pH、溶解氧(DO)濃度、游離氨(FA)濃度、污泥齡(SRT)、有機(jī)物濃度等。

具有代表性的短程硝化反硝化工藝為SHARON工藝，該工藝?yán)酶邷?30-36℃)抑制亞硝酸鹽氧化菌增殖、實(shí)現(xiàn)氨氧化菌積累，從而控制硝化反應(yīng)維持在NO2-階段，隨后進(jìn)行反硝化。

2.同步硝化反硝化工藝

同步硝化反硝化工藝是指硝化和反硝化過程在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，系統(tǒng)不需要明顯的缺氧時(shí)間或缺氧區(qū)域而能將總氮去除的工藝。利用固定化微生物技術(shù)將包埋有硝化細(xì)菌的微生物載體投入好氧池，氨氮去除率達(dá)到90%以上，處理效果有明顯提高。硝化細(xì)菌載體投加方便、抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)、運(yùn)行管理方便、成本較低、處理效果較好，具有良好的應(yīng)用前景。

3.厭氧氨氧化工藝

厭氧氨氧化工藝是指在厭氧條件下，以NO2-作為電子受體，將NH3轉(zhuǎn)化為N2的工藝，反應(yīng)過程中無需有機(jī)碳源和O2的介入。從工程角度看，厭氧氨氧化工藝較傳統(tǒng)生物脫氮工藝有明顯優(yōu)勢(shì)，這一過程可以擺脫對(duì)傳統(tǒng)電子供體(有機(jī)碳源)的束縛，又可以省去硝化過程的需氧量，從而減少了剩余污泥，又節(jié)約了能源。此外，將厭氧氨氧化菌以顆粒污泥的形式富集于反應(yīng)器中，可以充分利用垂直空間，減少占地。當(dāng)然，厭氧氨氧化工藝的反應(yīng)器形式不僅可以是顆粒污泥形式，也可以是SBR、生物轉(zhuǎn)盤、移動(dòng)床等。

雖然厭氧氨氧化技工藝有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其工程應(yīng)用受限于厭氧氨氧化菌極低的生長(zhǎng)率(世代時(shí)間10d左右)，反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間極長(zhǎng)。目前，該工藝主要針對(duì)高NH4+、低COD且有一定余溫的污廢水，如厭氧消化液、垃圾滲濾液等。

4.反硝化除磷工藝

反硝化除磷的機(jī)理與傳統(tǒng)生物除磷機(jī)理類似，其反應(yīng)主要依靠反硝化除磷菌，該類微生物以O(shè)2或NO3-為電子受體吸磷，并以聚磷酸鹽形式儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)NO3-轉(zhuǎn)化為N2。利用反硝化除磷菌實(shí)現(xiàn)生物除磷，對(duì)氮、磷的去除率高，同時(shí)可以減少剩余污泥，降低有機(jī)碳源的需求。

三、可持續(xù)生物脫氮除磷與碳中和運(yùn)行

傳統(tǒng)的污水處理理論將水作為主要產(chǎn)品，其他物質(zhì)作為處理廢物以廢氣和污泥的形式排出，存在著能源浪費(fèi)和資源浪費(fèi)等問題，同時(shí)傳統(tǒng)的水處理工藝會(huì)占用大量土地。污水處理碳中和運(yùn)行的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)處理過程所需能源的自給自足，從而解決“以能消能”和“污染轉(zhuǎn)嫁”的問題。在這一過程中，不僅是能源的“開源”，更要考慮處理工藝的“節(jié)流”。污水處理的可持續(xù)性和碳中和運(yùn)行是大勢(shì)所趨。

編輯：王媛媛