隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越突出，特別是含氮、磷等植物營(yíng)養型污染物的超標排放，導致水體富營(yíng)養化問(wèn)題日益嚴重。而常規活性污泥工藝對總氮、總磷的去除率僅在10％～30％之間，遠不能達到國家排放標準。因此，研究開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟的生物脫氮除磷工藝已成為當前水污染控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。研究表明，生物的脫氮除磷過(guò)程出現了一些超出人們傳統認識的新發(fā)現，如某些異養菌也可以參與硝化作用；某些微生物在好氧條件下也可以進(jìn)行反硝化作用。這些現象的發(fā)現以及各個(gè)不同工藝之間的組合，都為設計處理工藝提供了新的理論和思路。
1、傳統脫氦除磷工藝
1．1 A／O工藝
A／O工藝是Anaerobic／Anoxic／Oxic的簡(jiǎn)稱(chēng)，即厭氧／缺氧／好氧生物脫氮除磷工藝。該工藝的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，能夠同步脫氮除磷，總停留時(shí)間短，不易膨脹，不需投藥，運行費用低。
污水首先進(jìn)人厭氧區與回流污泥混合，在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下，將部分易生物降解的大分子有機物轉化為VFA(揮發(fā)性脂肪酸)。在缺氧區，反硝化菌利用污水中的有機物和經(jīng)混合液回流而帶來(lái)的硝酸鹽進(jìn)行反硝化，同時(shí)去碳脫氮。在好氧區，有機物濃度相當低，有利于自養硝化菌生長(cháng)繁殖，進(jìn)行硝化反應。
A／O工藝是較早用來(lái)脫氮除磷的方法，但是它的脫氮除磷效果難于進(jìn)一步提高。工藝流程見(jiàn)圖1。
1．2 phoredox工藝
在此工藝中，缺氧池可以保證磷的釋放，從而保證在好氧條件下有更強的吸磷能力，提高除磷效果。由于有兩極A／O工藝串聯(lián)組合，脫磷效果好，則回流污泥中挾帶的硝酸鹽很少，對除磷效果影響較少，但該工藝流程較復雜。工藝流程見(jiàn)圖2。
2．3 UCT工藝
此工藝是對phoredox工藝的改進(jìn)，將沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厭氧池，避免回流污泥中的硝酸鹽對除磷效果的影響，增加了缺氧池到厭氧池的混合液回流，以彌補厭氧池中污泥的流失，強化除磷效果。工藝流程見(jiàn)圖3。
上述工藝都是研究者們根據厭氧、缺氧、好氧等池子的排列數量及混合液循環(huán)和回流方式的變化開(kāi)發(fā)出的一系列工藝。此外，還有通過(guò)對曝氣供氧的控制，在空問(wèn)和時(shí)間上形成厭氧與缺氧環(huán)境的SBR(序批間歇式活性污泥法)工藝和氧化溝工藝。這些工藝中存在多種問(wèn)題，制約了工藝的高效性和穩定性。
2、傳統工藝中存在的問(wèn)題
2．1 微生物的混合培養
傳統的生物脫氮除磷工藝一般都采用單一污泥懸浮生長(cháng)系統，在該系統中有多種差別較大的微生物，不同功能的微生物對營(yíng)養物質(zhì)和生長(cháng)條件的要求都有很大的不同，要保證所有的微生物都達到最佳生長(cháng)條件是不可能的，這就使得系統很難達到高效運行。
2．2 泥齡問(wèn)題
由于硝化菌的世代期長(cháng)，為獲得良好的硝化效果，必須保證系統有較長(cháng)的泥齡。而聚磷菌世代期較短，且磷的去除是通過(guò)排除剩余污泥實(shí)現的，所以為了保證良好的除磷效果，系統必須短泥齡運行。這就使得系統的運行，在脫氮和除磷的泥齡控制上存在矛盾。
2．3 碳源問(wèn)題
在脫氮除磷系統中，碳源主要消耗在釋磷、反硝化和異養菌的正常代謝等方面。其中，釋磷和反硝化的反應速率與進(jìn)水碳源中易降解的部分，尤其是揮發(fā)性有機脂肪酸的含量關(guān)系很大。一般說(shuō)來(lái)，城市污水中所含的易降解的有機污染物是有限的，所以在生物脫氮除磷系統中，釋磷和反硝化之間存在著(zhù)因碳源不足而引發(fā)的競爭性矛盾。
2．4 回流污泥中的硝酸鹽問(wèn)題
在整個(gè)系統中，聚磷菌、硝化細菌、反硝化細菌及其它多種微生物共同生長(cháng)，并參與系統的循環(huán)運行。常規工藝中，由于厭氧區在前，回流污泥不可避免地將一部分硝酸鹽帶人該區，一旦聚磷菌與硝酸鹽接觸，就導致聚磷效果下降。這主要是由于反硝化細菌與聚磷菌對底物形成競爭，其脫氮作用造成碳源無(wú)法滿(mǎn)足聚磷菌的充分釋磷所致。
3、生物脫氮除磷新工藝
3．1 DEPHANOX工藝
DEPHANOX工藝是BortoneG等于1996年提出的一種具有硝化和反硝化除磷雙污泥回流系統的技術(shù)，是為了滿(mǎn)DPB所需的環(huán)境要求而開(kāi)發(fā)的一種強化生物除磷工藝。該工藝在厭氧池與缺氧池之間增加了沉淀池和固定膜反應池，可以避免由于氧化作用而造成有機碳源的損失并穩定系統的硝酸鹽濃度。污水在厭氧池中釋磷，在沉淀池中進(jìn)行泥水分離，含氨較多的上清液進(jìn)人固定膜反應池進(jìn)行硝化，污泥則跨越固定膜反應池進(jìn)入缺氧段完成反硝化和攝磷。
該工藝具有能耗低，污泥產(chǎn)量低且COD消耗量低的特點(diǎn)。但該工藝中磷的去除效果很大程度上取決于缺氧段硝酸鹽的濃度，當缺氧段硝酸鹽不充足時(shí)，磷的過(guò)量攝取受到限制；反之硝酸鹽又會(huì )隨回流污泥進(jìn)入厭氧段，干擾磷的釋放和聚磷菌體的PHB的合成。
該工藝優(yōu)點(diǎn)在于不但能解決除磷系統反硝化碳源不足的問(wèn)題和降低系統的能源(曝氣)消耗，而且可縮小曝氣區的體積，降低剩余污泥量，尤其適用于處理低COD／TKN(TKN為總凱氏氮)的污水。不過(guò)由于進(jìn)水中氮和磷的比例很難恰好滿(mǎn)足缺氧攝磷的要求，從而給系統的控制帶來(lái)一定困難。工藝流程見(jiàn)圖4。
3．2 A2NSBR工藝
A2NSBR反硝化除磷工藝由2個(gè)反應器組成：A／O—SBR反應器的主要功能是去除COD和反硝化除磷脫氮，N—SBR反應器主要起硝化作用。這2個(gè)反應器的活性污泥是完全分開(kāi)的，只將各自沉淀后的上清液相互交換。
在N—SBR反應器中進(jìn)水COD／TKN比較低的進(jìn)水和泥齡超長(cháng)，直接導致污泥濃度和污泥負荷低，從而減小曝氣量并得到較好的硝化效果。A／O—SBR反應器中，好氧區有好氧吸磷和硝化發(fā)生，進(jìn)一步去除水中殘余磷和氨氮。此工藝硝化段、反硝化脫氮吸磷段和好氧吸磷段都處于較理想的反應條件下，顯示出非常穩定的硝化和脫氮除磷效果。
經(jīng)研究表明，兩反應器的結合表現出穩定的脫氮除磷特性，除磷率幾乎達到100％，脫氮率穩定在90％左右；同時(shí)與傳統脫氮除磷工藝相比較COD消耗量減少50％，耗氧量和污泥產(chǎn)量也可分別減少約30％和50％。因此該工藝特別適合處理BOD／TP值較低的污水。
3．3 BCFS工藝
BCFS工藝是由荷蘭Delft大學(xué)的Mark教授在氧化溝和UCT工藝基礎上開(kāi)發(fā)的，是目前已經(jīng)投入使用的單污泥系統。工藝由厭氧池、選擇池、缺氧池、混合池及好氧池等5個(gè)功能相對專(zhuān)一的反應器組成。通過(guò)反應器之間的3個(gè)循環(huán)，來(lái)優(yōu)化各反應器內細菌的生存環(huán)境，充分利用反硝化除磷菌的反硝化除磷和脫氮雙重作用，來(lái)實(shí)現磷的完全去除和氮的最佳去除過(guò)程。工藝流程見(jiàn)圖5。
5個(gè)主要反應器中(1)厭氧池的厭氧條件用以確保污水中的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)只被用于除磷菌釋磷時(shí)所吸附；(2)選擇池(厭氧)的設置一方面為了阻止污泥膨脹，一方面也進(jìn)一步杜絕流入缺氧區的VFA；(3)缺氧池的設置是通過(guò)反硝化以獲得不含硝酸鹽的污泥，進(jìn)而提高厭氧池的釋磷效率；同時(shí)利用好氧池中的硝酸鹽來(lái)除磷，強化了反硝化除磷菌來(lái)達到真正的同步生物除磷脫氮的目的；(4)缺氧／好氧池混合池的主要功能是脫氮，可以曝氣也可以缺氧，避免同步硝化反硝化，從而控制污泥膨脹；(5)好氧池與常規處理工藝中功能相同，其主要作用是去除COD及進(jìn)行氨氮的硝化，如果不能完成硝化，可回流至混合池，這根據進(jìn)水的情況定。
BCFST藝突出了反硝化除磷在系統中的作用，將反硝化脫氮與生物除磷有機地合二為一，其主要特點(diǎn)是：(1)對氮、磷的去除率高；(2)SVI值低(80～120mE／g)且穩定；(3)控制簡(jiǎn)單，通過(guò)氧化還原電位與溶解氧可有效地實(shí)現過(guò)程穩定；(4)與常規污水廠(chǎng)相比，其污泥量減少10％；(5)利用反硝化聚磷菌(DPB)實(shí)現生物除磷，使碳源(COD)能被有效地利用，使該工藝在COD／(N+P)值相對低的情況下仍能保持良好的運行狀態(tài)；(6)可回收磷。因此該工藝是一種可持續的污水處理技術(shù)。
3．4 SHARON工藝
SHARON工藝是由荷蘭Delf工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的脫氮新工藝。其基本原理是短程硝化反硝化。即將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后進(jìn)行反硝化，其工藝核心是應用硝化細菌和亞硝化細菌的不同生長(cháng)速率，即在操作溫度30～35℃下，亞硝化細菌的生長(cháng)速率明顯高于硝化細菌的生長(cháng)速率，亞硝化細菌的最小停留時(shí)間小于硝化細菌這一特性，通過(guò)控制系統的水力停留時(shí)間使其介于硝化細菌和、亞硝化細菌最小停留時(shí)間之問(wèn)，可以將硝化細菌從反應器中淘汰出去，使反應器中亞硝化細菌占據絕對優(yōu)勢，從而使氨氧化控制在亞硝化階段，同時(shí)通過(guò)缺氧環(huán)境達到反硝化的目的。工藝流程見(jiàn)圖6。
3．5 CANON工藝
CANON工藝通過(guò)控制生物膜內溶解氧的濃度實(shí)現短程硝化反硝化，使牛物膜內聚集的亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌能同時(shí)生長(cháng)，滿(mǎn)足生物膜內一體化完全自養脫氮工藝實(shí)現的條件。CANON工藝無(wú)需外源有機物質(zhì)，能夠完全無(wú)機的條件下進(jìn)行。亞硝酸菌需要氧氣，厭氧氨氧化菌對氧氣敏感，故CANONT藝必須往低氧環(huán)境中實(shí)施。CANON工藝目前在世界上還處于研究階段，沒(méi)有真正應用到工程實(shí)踐中。
3．6 ANAMM0X工藝
厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)Kluyve生物技術(shù)實(shí)驗室研究開(kāi)發(fā)。由于SHARON工藝在反硝化過(guò)程中需要消耗有機碳源，并且出水亞硝酸鹽濃度相對較高，因此以該工藝作為硝化反應器、ANAMMOX工藝作為反硝化反應器進(jìn)行組合，可以有效提脫氮效率。將SHARON工藝的出水作ANAMMOX工藝的進(jìn)水，將氨氮和亞硝酸鹽在厭氧條件下轉化為N2和水。工藝流程見(jiàn)圖7。
SHARON—ANAMMOX聯(lián)合工藝適合處理高濃度氯氮廢水而不需外加碳源，與傳統工藝相比，耗氧量節約50％，同時(shí)減少CO2的排放，污泥產(chǎn)少，與其他工藝相比對環(huán)境造成的污染小，具有良好的應用前景
4、結論
反硝化除磷、同時(shí)硝化與反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等生物脫氮除磷技術(shù)均是突破傳統生物脫氮除磷原理基礎上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是朝著(zhù)經(jīng)濟、高效、低耗的可持續方向發(fā)展的生物脫氮除磷新技術(shù)、研究者們對這些新技術(shù)已進(jìn)行較為深入的研究。并且，一些新技術(shù)都已經(jīng)運用于實(shí)踐中。但這些新技術(shù)的原理、工藝還不夠成熟，其原理、工藝及其影影響因素還有待進(jìn)一步的研究。（來(lái)源：江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司）
