反硝化除磷技术概述

反硝化除磷技术概述
土建学院
季斌
摘 要：反硝化除磷技术是废水生物除磷的一个新方式，能够解决废水处理工艺运行中碳源不足、污泥产量大和好氧阶段曝气能耗大等问题，因而受到环境保护领域的关注。

文章对反硝化除磷的机理、影响因素、现有工艺及研究现状做出综述。

关键词：废水处理；反硝化除磷；DPBs ；缺氧吸磷
Abstract ：As a new way to achieve waste water biological phosphorus removal, denitrifying phosphorus removal technology can resolve problems such as organic deficiency, large production of sludge and big energy consumption. It gets much attention from environmental protection domain. The mechanisms, effect factors, processes and research status of denitrifying phosphorus removal were reviewed and discussed in the paper.
Key words ：wastewater treatment ；denitrifying dephosphatation ；DPBs ；anoxic phosphorus uptake 污水脱氮除磷技术因能有效控制水体富营养化，因而是现阶段污水生物处理技术研究的热点问题。

传统的生物脱氮除磷是利用硝化菌和反硝化菌脱氮、聚磷菌PAOs(Phosphorus accumulating organism)除磷达到去除目的。

由于释磷和反硝化菌反硝化都需要碳源，两种菌争夺进水中的碳源，当可用碳源量不足时，磷的去除效率将受到影响。

1993年荷兰Delft 大学Kuba 等发现集反硝化与除磷于一身的一类兼性厌氧微生物——反硝化聚磷菌DPBs(Denitrifying phosphorus removal bacteria), 它能利用2O 或X -
NO 作为电子受体在缺氧
环境下达到去除磷的作用。

反硝化除磷有着广泛的应用前景，文章接着介绍了反硝化除磷的影响因素和相关常见的工艺。

1. 反硝化除磷的机理
如下图，厌氧条件下，乙酸分子扩散进入DPBs 的细胞后，与ATP 水解反应耦合，活化成CH 3CH 2～C O A ，其中所需能量由多聚磷酸盐（Poly-P n ）的水解提供；部分乙酰辅酶A 经TCA 循环代谢提供合成PHB(聚β-羟基丁酸盐，一种常见细菌内含物)所需的还原力，其余的乙酰辅酶A(约90%)被转化为PHB, 作为储备的营养物质。

缺氧条件下，DPBs 为了生长,利用储存的PHB 作为碳源和能源,通过氧化磷酸化产生ATP ， X -NO 作为电子受体被还原成2N ；由于A TP/ADP 增大，而外界污水中磷酸盐丰富， 多聚磷酸盐的合成受到促进,因而能够“过量吸磷”,在细胞内重新储存多聚磷酸盐。

后经过剩余污泥的排放而达到最终的除磷的目的，当然剩余污泥需进一步的处理。

图1 反硝化除磷机理示意图
2. 反硝化除磷的影响因素
2.1 COD 的影响
碳是微生物生长需要的量最大的营养元素。

厌氧释磷阶段随着碳源浓度在一定范围内升高, DPBs 释磷最大速率增大。

而在缺氧阶段，DPBs 摄磷速率随碳源浓度的增大而降低，即缺氧阶段过多的碳源相反会妨碍DPBs 对X -
NO 的还原。

2.2 3-NO 的影响
厌氧段的3-NO 出现会抑制DPBs 释磷：产酸菌可利用3-NO 作为最终电子受体氧化有
机基质，这样产酸菌的厌氧发酵以及产生挥发性脂肪酸作用受到抑制；反硝化菌利用3-NO 进
行反硝化作用（消耗有机物），竞争性抑制DPBs 厌氧释磷。

试验证明，进水
3 1.5mg/L -⎡⎤NO -N <⎣⎦
时，3-NO 对DPBs 释磷量和释磷速率影响较小。

缺氧段3-NO 的浓度的增大有利于DPBs 的生长和除磷效果，但其浓度不宜过高。

控制
325mg/L 45mg/L -⎡⎤<NO -N <⎣⎦，TP 去除率可达70%。

2.3 2-
NO 的影响
2-NO 可作为DPBs 反硝化除磷的电子受体，在适当浓度甚至可促进缺氧吸磷，但2-NO 浓度
不宜过高，否则必将抑制缺氧吸磷。

2.4 pH 的影响
pH 值对厌氧释磷和缺氧吸磷均会产生影响：当厌氧段pH=8.0左右，缺氧段pH=7.0左右，除磷效果最好
另外，混合液污泥浓度MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)，固体平均停留时间SRT ，某些菌种（如GAOs ）的存在，包括温度都会对DPBs 反硝化除磷造成影响。

3. 反硝化除磷工艺
3.1 A 2N 工艺（anaerobic-anoxic-denitrifying ）
一种双污泥反硝化除磷工艺，污水经过厌氧段释磷之后在中沉池中泥水分离，进 水TN 及氨氮浓度即被稀释而有所下降，富含氨氮、磷的上清液经生物膜硝化池后几乎所有的氨氮都被转化为硝态氮，并降解一部分COD 和吸收少量的磷。

富含 DPBs 的污泥（称超越污泥）则跨越固定膜反应池与完全混合硝化液流人缺氧段，完成过量吸磷和反硝化反应。

最后二沉池泥水分离，上清液排放，污泥回流至厌氧池，剩余污泥排放。

工艺流程图如图6所示。

DPBs 没有流经好氧硝化段，其胞内储存的PHB 几乎全部被用于缺氧反硝化吸磷，通过“一碳两用”实现了系统的脱氮和除磷。

图2 A2N工艺流程图
3.2 DEPHANOX工艺
当进水碳氮比较高时，需要在A2N工艺的缺氧池后添加曝气池，这就形成了DEPHANOX 工艺
图3 DEPHANOX工艺流程图
3.3 UCT工艺
UCT的工艺流程有两个内循环，循环1将硝化液从好氧段回流至缺氧段，循环2将缺氧段内反硝化脱氮后的混合液循环至厌氧池。

回流污泥不是直接进入厌氧池，而是先进入缺氧池中。

这种做法强化了厌氧和缺氧的交替，为DPBs的生长提供了条件，促使其成为优势菌种，从而进行反硝化除磷。

图4 UCT工艺流程图
3.4 BCFs工艺
BCFs工艺是在UCT工艺的基础上研发的,与UCT工艺相比,增设了接触池和混合池,目的是为DPBs的富集创造环境条件。

增设的接触池可起到第二选择池的作用，所需的容积很小，但可较好地抑制丝状菌的繁殖。

用于快速吸附厌氧池出水中剩余的COD；缺氧池和好氧池之间加上混合池。

混合池内可形成低氧环境，可较容易地通过控制内循环流量达到保证完全的反硝化和内循环2中无（或极低）硝酸氮的目的。

BCFs工艺增设了在线分离、离线沉淀化学除磷单元，解决了泥龄过长，进水中COD／P 的比值过低等问题。

图5 BCFs工艺流程图
3.5 AOA－SBR法
在SBR中采用厌氧/好氧/缺氧（简称AOA）工艺。

充分利用了DPBs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。

此工艺不仅可以富集DPBs，而且使DPBs在除磷脱氮过程中起主要作用。

3.6 颗粒污泥法
颗粒污泥脱氮除磷目前还处在研究阶段。

与普通污泥法相比，好氧颗粒污泥沉降性能较好，生物浓度高，污泥含水率低。

随着颗粒污泥的应用，存在于普通污泥中的（诸如污泥膨胀、处理构筑物占地面积大、澄清池二次释磷等）问题都可以被克服。

参考文献：
[1]夏静文,郭亚兵.反硝化除磷技术应用及效率分析[J]. science and tenology information,2008,14
[2]刘占会，张雁秋等. 反硝化除磷机理及电子受体研究进展[J].环境科学与管理,2008,33（10）
[3]田西满,李亚峰. 反硝化除磷的影响因素及新工艺[J].辽宁化工,2008,37(11)
[4] 周栋,韩宝平. 废水反硝化除磷技术应用研究进展[J].环境科学与管理,2008,33(3)
[5] 张杰,李小明. 反硝化除磷技术及其实现新途径[J]. 工业用水与废水,2008,38(3)
[6]李圭白,张杰.水质工程学.中国建筑工业出版社，2005
[7]顾夏声等.水处理生物学. 中国建筑工业出版社，2006。