北极星环保网：生物脱氮除磷技术的发展历程与常用工艺

北极星环保网：生物脱氮除磷技术的发展历程与常用工艺

北极星环保网：从20世纪60年代起，国外就对物理处理法进行脱氮除磷系统研究，结果表明物理法的缺点是药物消耗大、污泥量大、运行费用高，因此一般不推荐使用。从20世纪70年代起，国外开始研究并逐步采用活性污泥法进行生物脱氮除磷。我国从20世纪80年代开始研究生物脱氮除磷技术，并于80年代末逐步实现工业化生产。目前，常用的生物脱氮除磷工艺有A2/O法、SBR法、氧化沟法等。

生物脱氮原理

生物反硝化利用了自然界中氮的循环原理，通过人工方法控制。首先污水中的含氮有机物转化为氨氮，然后在好氧条件下，被硝化细菌转化为硝酸盐氮，此阶段称为好氧硝化。随后，在厌氧条件下，反硝化细菌作用，外界碳源提供能量，使硝酸盐氮逸出变成氮气，此阶段称为厌氧反硝化。整个生物反硝化过程都是氮的分解还原反应，反应能量是从有机物中获取的。在硝化反硝化过程中，影响反硝化效率的因素有温度、溶解氧、pH值和碳源等。在生物反硝化系统中，硝化细菌的生长速度比较慢，因此必须有足够的污泥龄。 反硝化细菌的生长主要在厌氧条件下进行，必须有充足的碳源提供能量才能促进反硝化作用的顺利进行。

可以看出，生物反硝化系统中硝化、反硝化反应需要以下条件：

硝化阶段：充足的溶解氧，DO值在2mg/L以上，适宜的温度，最好是20℃，不低于10℃，足够长的泥龄，适宜的pH条件。

反硝化阶段：在有硝酸盐存在，缺氧条件下DO值在0.2mg/L左右，碳源（能量）充足，pH值适宜的条件下。

生物除磷原理

磷常以磷酸盐（H2PO4-、HPO42-和-）、聚磷酸盐及有机磷的形式存在于废水中。生物除磷是利用聚磷酸盐细菌在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下从外界吸收磷，并在体内以聚合形式贮存，形成高磷污泥，排出系统，达到去除废水中磷的效果。

生物除磷主要通过排出剩余污泥来去除磷，因此剩余污泥的量会影响除磷效果。一般泥龄短的系统产生的剩余污泥较多，可以达到较高的除磷效果。有报道指出，当泥龄为30天时，除磷率为40%，当泥龄为17天时，除磷率为50%，当泥龄缩短至5天时，除磷率可达87%。

大量的试验观测数据已充分证实，在除磷过程中，厌氧释放了磷酸盐的活性污泥在好氧条件下具有很强的磷吸收能力。也就是说，厌氧释磷是好氧吸磷除磷的前提条件，但并不是所有的厌氧释磷都能增强污泥的好氧吸磷。厌氧释磷可分为有效释放和无效释放两部分。有效释放是指在磷释放的同时，有机物被吸收进入细胞并贮存在细胞内，即磷释放是有机物吸收转化这一耗能过程的耦合过程。无效释放是指没有伴随有机物的吸收和贮存，由内源损失、pH变化、毒性等引起的磷的释放为无效释放。

在除磷系统厌氧区，含有聚磷菌的污泥与污水混合后，初期出现磷的有效释放。随着时间的推移，污水中易降解有机物被消耗后，虽然对有机物的吸收、蓄积过程已基本停止，但微生物为了维持基本的生命活动，仍会继续分解聚磷酸盐并释放分解产物（磷）。虽然此时释放的磷总量在增加，但随着无效释放的增加，单位磷释放产生的磷吸收能力不断降低。

一般来说，污泥混合液厌氧处理2h后，磷的释放量就很少了。在有效释放过程中，释放的磷量与转化的有机物量有很好的相关性。厌氧释磷可以大大提高污泥的好氧吸磷能力，厌氧释放每1mgP，好氧条件下可吸收2.0~2.24mgP。随着厌氧时间的延长，无效释放量逐渐增多，平均厌氧释放每1mgP，好氧吸磷能力就降到1mgP以下，甚至达到0.5mgP。

因此，对于生物除磷来说，厌氧时间越长越好。同时，在运行管理中应尽量避免pH冲击，否则除磷能力将大大降低甚至完全丧失。这主要是因为当pH降低时，会对细胞结构和功能造成破坏，细胞内的多聚磷酸盐在酸性条件下会发生水解，导致磷的快速释放。

生物除磷是污水中的聚磷酸盐细菌在营养充足的厌氧环境中受到抑制，释放体内的磷酸盐，产生能量吸收易降解的有机物，并将其转化为PHB(聚β-碳氢丁酸酯)储存的过程。

这些聚磷菌进入好氧条件后，利用体内储存的PHB产生能量，用于细胞合成和过量的磷吸收，形成高磷浓度污泥，随剩余污泥一起排出系统，达到除磷的目的。生物除磷的优点是不增加剩余污泥量，处理成本低。

缺点是不能防止剩余污泥中的磷再次释放，对污泥处理工艺的选择有一定的限制。在厌氧阶段，吸收储存的有机物可释放1mg磷，好氧分解后产生的能量用于细胞合成增殖，可吸收2~2.4mg磷。

因此磷的吸收取决于磷的释放，而磷的释放又取决于污水中可快速降解的有机物的含量。有机物与磷的比值越大，除磷效果越好。一般活性污泥法中，剩余污泥中磷含量为1.5~2%。采用生物除磷工艺的剩余活性污泥中磷含量可达传统活性污泥法的2~3倍，设计中常取2~4%。

生物除磷的前提是聚磷菌必须在厌氧条件下占优势生长，进而进入好氧阶段，增加对磷的吸收。因此，污水除磷工艺必须在曝气池前段设置厌氧段，并控制污泥中的糖含量。生物除磷工艺可将磷去除至出水磷含量低于1.0mg/L；若辅以化学除磷，可保证出水中磷浓度不高于0.5mg/L。