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【摘 要】：综述了城市污水氮磷营养盐去除的研究现状和进展,简要分析了生物脱氮除磷的机理,比较了某些脱氮除磷工艺的特点,介绍了普及度不高的新工艺,并对今后的研究提出了展望.
【关键词】污水处理；脱氮；除磷；工艺；展望
Abstract：The status and progress of denitrification and phosphorus removal inmunicipal wastewater is reviewed.The mechanism of biologicaldenitrification and phosphorus removal is analyzed briefly. The characteristics of somedenitrification and phosphorus removal process are compared.The new process of not high popularity is introduced. The outlook of the future research is put forward in the paper.
Keywords：Sewage treatmen, denitrification, phosphorus removal, process, outlook
城市污水厂处理出水中的氮磷营养盐是造成水体富营养化的直接原因.近年来,国家对城市污水厂处理出水中的氮、磷的排放提出了更严格的标准,特别是出水作为水资源化利用和水环境保护有着显著影响[1][2].而生物脱氮除磷作为一种广泛应用的工艺,对城市污水氮磷营养盐去除,有着指导和借鉴意义.
1.生物脱氮除磷机理
1.1 生物脱氮机理
传统的脱氮机理认为：污水生物处理过
程中,一部分氮（氨氮或有机氮）被同化成微生物细胞的组分,有机氮化合物在氨化菌的作用下,分解、转化成氨氮,发生所谓的“氨化反应”,然后在有氧条件下亚硝化单胞菌和硝化杆菌完成“硝化作用”,最后在缺氧、可利用碳源及碱度充足的条件下,将亚硝酸氮和硝酸氮还原成N2或N2O、NO的过程[3].然而,最近的一些研究表明[4]：生物脱氮过程中出现了一些超出人们传统认识的新现象,如硝化过程中不仅可以由自养菌完成,异养菌也可以参和硝化作用；某些微生物在好养条件下也可以进行反硝化作用.王建龙等[5]在实验室中观察到在厌氧反应器中NH3-N减少的现象.在传统工艺难以满足现存水质标准的情况下,新理论以及新工艺的出现势必会为以后的研究及推广指明方向.
1.2 生物除磷机理
生物除磷过程中,厌氧条件下聚磷菌吸收水中有机物,以聚-β-羟基丁酸（PHB）或聚-β-羟基戊酸（PHV）的形式贮存于体内,同时水解体内的聚磷酸盐产生能量,產生正磷酸盐释放到水中；在好氧条件下聚磷菌利用体内贮存的PHAs为能源和碳源,同时过量吸收水中的磷在体内形成聚磷颗粒,最终将水中的磷转移到污泥体内,通过剩余污泥的排放达到将磷去除的目的[3].
1977年,Osborn和Nickholls在反硝化过程中首次观测到磷快速吸收现象[6],自此,反硝化除磷技术渐渐引起人们的注意,并得到快速发展.研究认为,聚磷菌包括两类菌属,一类只能以氧作为电子受体,被称作好氧聚磷菌,而另一类既能以氧又能以硝酸盐作为电子受体,即反硝化聚磷菌 DPB（Denitrifying Phosphorus- removing Bacteria）.DPB 在缺氧条件下能以硝酸盐代替溶解氧作为电子受体进行聚磷,同时将硝酸盐还原成N2或氮化物,将反硝化和除磷这两个过程合二为一,一碳两用,达到同步脱氮除磷的目的[7].
目前,某些反硝化除磷工艺在欧美一些国家已经应用于实际工程,并取得了良好的脱氮除磷效果.国内对反硝化除磷的研究处于实验阶段并取得了一些进展和初步成果,但距离投入生产还需要大量研究和调试.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[8].在反硝化除磷机理基础上探究工程中影响因素和操作参数对聚磷菌、硝化菌、DPB等的菌群特性、空间分布及种群密度分布的影响是以后反硝化除磷的研究方向,从而得以实现人工反硝化除磷系统的强化,加强新工艺的开发和应用.该工艺虽然还没有在国内推广使用,但是其在生物除磷方面的优势会推动除磷领域新的发展.
2.生物脱氮除磷工艺
2.1 同步生物脱氮除磷工艺
现如今的脱氮和除磷工艺基本都是兼顾的,脱氮和除磷两方面没有明显的界线.如何保证厌氧、缺氧和好氧环境的合理搭配,尽量减少各种矛盾及一种状态对另一种状态的不利影响是整个脱氮除磷过程的关键.在今天的工程实践中,有很多工艺可以同时达到脱氮除磷的效果,在实验研究中,也不少同时脱氮除磷的工艺涌现.目前,应用广泛的有A2/O、MUCT、VIP、SBR、氧化沟和膜生物反应器等工艺.
厌氧-缺氧-好氧（A2/O）作为最简单的同步脱氮除磷工艺被广泛应用于国内外城市污水处理厂[9],具有较好的除COD、氮、磷效果.A2/O工艺流程简单,总水力停留时间少于其他同类工艺,并且不需外加碳源,厌氧、缺氧段只进行缓速搅拌,所以基建和运行费用都较低.但对于连续流中的A2/O工艺,很难避免污泥回流所携带的硝酸盐对厌氧释磷的不利影响,混合液回流过程中所携带的溶解氧对反硝化作用的不利影响,以及聚磷菌和反硝化菌在碳源上的竞争和异养菌和自养菌在泥龄上的矛盾[9].UCT、MUCT、VIP等工艺都是A2/O工艺的改良形式,通过改变污泥及混合液的回流方式,从而在一定程度上减轻上述不利影响.
MUCT（改良型UCT）工艺进一步减小了硝酸盐对厌氧释磷作用的影响.MUCT工艺中,缺氧池分割为前缺氧池和后缺氧池,回流污泥回流至前缺氧池,硝化液回流至后缺氧池,而回流至厌氧池的混合液来自前缺氧池.前缺氧池的主要作用为去除回流污泥中的硝酸盐,从而保证回流至厌氧池的混合液中硝酸盐浓度尽可能低,进一步提高厌氧释磷效果[10].
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