污廢水生物脫氮除磷技術(shù)

摘要：隨著工業(yè)的快速發(fā)展，城市污廢水越來越多，給城市污水處理廠的處理工作帶來了較大的難度。我國城市污水處理廠主要是處理污水中的磷源污染物，脫氮率和處理效率均遠遠達不到標準。文章分析了生物脫氮除磷技術(shù)的工作原理，并針對污廢水生物脫氮除磷的工藝類型和污廢水生物脫氮除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了研究。

伴隨著我國經(jīng)濟的飛速增長，我國水資源污染問題越來越嚴重，地球環(huán)境劣化及水體富營養(yǎng)化問題，導(dǎo)致污水處理難度增加。為了改善污水處理問題，需要解決傳統(tǒng)處理工藝中去除氮、磷效率差的問題，而且傳統(tǒng)處理工藝還存在成本高的問題，因此污水處理廠需要加強對污廢水生物脫氮除磷技術(shù)的研究，以期實現(xiàn)我國污廢水處理的高效性、經(jīng)濟性、節(jié)能性，從而促進我國環(huán)境保護更進一步發(fā)展。

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1 生物脫氮除磷技術(shù)的工作原理

1.1 生物脫氮機理

在進行生物脫氮研究時可以發(fā)現(xiàn)，過去認為生物脫氮是利用厭氧區(qū)設(shè)置或控制過程的方式，實現(xiàn)厭氧環(huán)境的形成，從而以硝化反硝化作用起到脫氮的作用。而隨著科技的進步，如今最新研究卻發(fā)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器存在廢水氨氮含量指標減少問題，好氧條件下出現(xiàn)同時硝化反硝化作用等，這些現(xiàn)象都是傳統(tǒng)生物脫氮理論無法解釋的現(xiàn)象。從微環(huán)境角度分析，微生物絮體表層溶解氧濃度高，其傳遞受阻，加上微生物消耗溶解氧，導(dǎo)致微生物絮體內(nèi)形成厭氧環(huán)境和兼氧環(huán)境，隨后由于攪動使微環(huán)境出現(xiàn)變換，最終進入微生物厭氧、兼氧、好氧等不斷交替，產(chǎn)生硝化反硝化作用。另外，異氧硝化菌和好氧反硝化菌可以在不用厭氧、兼氧、好氧等不斷交替下，單純在厭氧條件下發(fā)生硝化作用。根據(jù)相關(guān)研究可知，在亞硝化菌作用下可以實現(xiàn)將氨轉(zhuǎn)化為氮。

1.2 生物除磷機理

生物除磷由聚磷菌完成，是指利用在厭氧環(huán)境下，聚磷菌會釋放磷，聚磷菌把細胞內(nèi)聚磷水解為正酸鹽，并從中獲得能量，吸收污水中易降解的化學需氧量。而在有氧環(huán)境下，其則會攝取磷，即在好氧或缺氧條件下，聚磷菌以分子氧或化合態(tài)氧作為電子受體，氧化代謝內(nèi)貯物質(zhì)PHB或PHV等，過量地從無水中攝取磷酸鹽，其中一部分轉(zhuǎn)化為聚磷，作為能量貯于胞內(nèi)，并進行富磷污泥的排除，從而起到除磷的作用。通過研究可知，進行廢水生物除磷，聚磷菌必須先在厭氧條件下進行釋放磷，隨后才能夠在有氧條件下提取磷，最后達到除磷的效果。其中在厭氧環(huán)境下，聚磷菌釋放磷水平不會對最終的除磷效果產(chǎn)生大的影響，其主要與有機物類型和硝酸根離子含量有關(guān)。

隨著相關(guān)研究人員加強對生物除磷的研究，可以認為在缺氧環(huán)境下將硝酸根離子作為電子受體內(nèi)的聚羥基脂肪酸酯并進行磷的攝取，從而達到反硝化和加大攝取磷的目的。雖然該種工藝的研究還不夠完善，其將會在未來逐漸得到全新的開發(fā)，從而降低化學需氧量，有效提高除磷效果。

2 污廢水生物脫氮除磷的工藝類型

2.1 生物脫氮技術(shù)

污廢水生物脫氮技術(shù)主要是利用相應(yīng)的設(shè)備創(chuàng)建好氧、缺氧環(huán)境，實現(xiàn)硝化反硝化脫氮。本文主要分析了三種生物脫氮工藝：

(1)活性污泥脫氮工藝。活性污泥脫氮工藝是目前應(yīng)用普遍的生物脫氮技術(shù)，其最初在實驗室一直到生產(chǎn)應(yīng)用，應(yīng)用一直比較頻繁。目前最常見的活性污泥脫氮工藝主要有厭氧-好氧工藝法、厭氧-缺氧-好氧工藝法、序批式活性污泥法及氧化溝工藝。厭氧-好氧工藝法主要是通過設(shè)置厭氧和好氧環(huán)境，使含氮有機物在好氧環(huán)境下出現(xiàn)氨化、硝化反應(yīng)，在厭氧環(huán)境下出現(xiàn)反硝化反應(yīng)，從而使其能夠產(chǎn)生硝化反硝化作用，達到脫氮的目的。厭氧-好氧工藝法具有操作簡單、范圍小、對污泥膨脹控制比較明顯等優(yōu)勢，但其存在脫氮效果差，不能夠承受較大沖擊負荷力。厭氧-缺氧-好氧工藝法是在傳統(tǒng)方法中增加缺氧環(huán)境，污水在厭氧環(huán)境下實現(xiàn)將大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子，在缺氧環(huán)境下，實現(xiàn)反硝化脫氮，在好氧環(huán)境下，有機物濃度較低，保障硝化菌的生長，從而達到脫氮目的。序批式活性污泥法具有成本低、控制污泥膨脹、去除氮磷效果明顯。如今隨著科技的發(fā)展，通過機械和控制裝置進行該方法的應(yīng)用，可以有效實現(xiàn)厭氧-缺氧-好氧組合，并且可以免去回流過程，具有經(jīng)濟性。氧化溝工藝是利用反應(yīng)器實現(xiàn)硝化反硝化作用，從而達到脫氮目的。

(2)生物膜脫氮工藝。生物膜脫氮工藝主要適用于小型生產(chǎn)或試驗中，其主要是將生物轉(zhuǎn)盤、濾池等生物膜設(shè)計成脫氮反應(yīng)器，從而起到脫氮作用。目前主要有浮動床生物膜反應(yīng)器脫氮系統(tǒng)、浸沒式生物膜反應(yīng)器脫氮系統(tǒng)、三級生物濾池脫氮系統(tǒng)等，相比較活性污泥脫氮工藝，生物膜脫氮系統(tǒng)更加具有穩(wěn)定性、產(chǎn)泥量少等優(yōu)勢，但其存在耗能大問題。雖然生物膜脫氮工藝具有一定的優(yōu)勢，且其在城市污水工程中具有明顯的效果，但是還存在一定問題需要改善。生物膜脫氮工藝的經(jīng)濟性和高效性，使其在未來的發(fā)展中將會得到廣泛應(yīng)用。

(3)生物脫氮新工藝。生物脫氮新工藝主要包括短程硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、全程自養(yǎng)脫氮工藝、限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝等。短程硝化反硝化工藝主要是通過對氨氮氧化的控制，使其處在亞硝化階段，隨后反硝化，達到脫氮目的。短程硝化反硝化工藝具有流程簡單、節(jié)省碳源、動力消耗的優(yōu)勢。厭氧氨氧化工藝是指在厭氧環(huán)境下，實現(xiàn)氨氧化還原為氮氣。全程自養(yǎng)脫氮工藝主要適用于高濃度含氮廢水，其通過對反應(yīng)器溶解氧濃度的控制，起到控制氨氧化和反硝化比率的作用，通過提高反硝化速率可以提高脫氮法應(yīng)。限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝主要是通過控制溶解氧，并控制反硝化處在亞硝酸根離子階段，最后通過氧化反應(yīng)，形成氮氣，實現(xiàn)脫氮目的。

2.2 生物除磷技術(shù)

污廢水生物除磷技術(shù)主要是從最開始在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的超量吸磷現(xiàn)象，通過研究和實踐后，污廢水生物除磷技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，其中目前應(yīng)用比較廣泛的生物除磷技術(shù)有厭氧-缺氧-好氧工藝法、氧化溝工藝、序批式活性污泥法、側(cè)流除磷工藝、改良同步脫氮除磷工藝等。厭氧-缺氧-好氧工藝法主要是通過創(chuàng)設(shè)厭氧環(huán)境、缺氧環(huán)境和好氧環(huán)境，使聚磷菌達到釋放磷、采集磷等作用。另外，如果采用缺氧環(huán)境、厭氧環(huán)境和好氧環(huán)境的布置方式，則可以起到更加明顯的除磷效果，主要是由于在厭氧環(huán)境下硝酸鹽負荷，從而使其在厭氧條件下利用吸磷動力，達到除磷目的。氧化溝工藝主要是利用反應(yīng)器創(chuàng)設(shè)缺氧環(huán)境、厭氧環(huán)境和好氧環(huán)境，從而達到除磷目的。序批式活性污泥法主要通過曝氣控制系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)時間上缺氧環(huán)境、厭氧環(huán)境和好氧環(huán)境，最終通過排放富磷污泥達到除磷目的。側(cè)流除磷工藝主要使用在污泥回流系統(tǒng)中創(chuàng)設(shè)厭氧環(huán)境，并與化學除磷法結(jié)合，從而起到良好的除磷效果。改良同步脫氮除磷工藝主要是通過進水和污泥在厭氧池混合，實現(xiàn)有效釋放磷，并在后續(xù)構(gòu)筑物聚磷，從而達到除磷目的。生物除磷技術(shù)主要是通過創(chuàng)設(shè)厭氧環(huán)境，使聚磷菌有效釋放磷，從而達到除磷的效果。

2.3 生物脫氮除磷技術(shù)

同時進行污廢水脫氮和除磷是目前主要的研究方向，主要是由于硝化反硝化作用實現(xiàn)了除磷效果，從而可以達到同時除磷。因此結(jié)合生物脫氮技術(shù)和生物除磷技術(shù)，實現(xiàn)同時脫氮除磷功能的生物技術(shù)主要有厭氧-缺氧-好氧工藝法、氧化溝工藝、序批式活性污泥法、側(cè)流除磷工藝、改良同步脫氮除磷工藝等。上述生物脫氮除磷技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)去除有機物和懸浮物等傳統(tǒng)處理工藝要求，還能夠達到脫氮除磷的目的，其主要是通過創(chuàng)設(shè)缺氧環(huán)境、厭氧環(huán)境和好氧環(huán)境空間或時間交替變化，有效提高脫氮除磷效率。目前在污廢水中對生物脫氮除磷技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。

3 污廢水生物脫氮除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢

我國對生物脫氮除磷技術(shù)的研究較晚，并沒有對該種技術(shù)有足夠的重視。隨著時代的進步，如今我國對污廢水生物脫氮除磷技術(shù)的研究越來越深入，并促使其向生物性和工藝改革方向發(fā)展，以起到脫氮除磷高效率和低能耗的作用。一般生物脫氮除磷系統(tǒng)中，由于硝化菌和聚磷菌存在泥齡的矛盾，因此需要注重利用改進工藝，實現(xiàn)除磷和脫氮在空間和時間的分開，通過對除磷和脫氮分別創(chuàng)設(shè)缺氧環(huán)境、厭氧環(huán)境和好氧環(huán)境實現(xiàn)生物脫氮除磷。另外還需要加強對有機碳源的研究，即探索能夠使反硝化速率加快的可替代有機碳源，從而提高脫氮效率。利用微生物動力學特性，可以實現(xiàn)亞硝酸菌和硝酸菌的動態(tài)競爭，然而對于活性污泥的膨脹問題、沉降性能等還有待研究。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著工業(yè)發(fā)展和人們生活中污廢水的增多，如何有效進行污廢水處理成為相關(guān)單位考慮的重要問題。如果脫氮除磷技術(shù)不夠完善，很容易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，因此需要加強對生物脫氮除磷技術(shù)的研究。通過上述分析可知，同時實現(xiàn)生物脫氮技術(shù)和生物除磷技術(shù)的處理工藝，能夠有效解決水體富營養(yǎng)化問題，并保障高效性和經(jīng)濟性。