氮和磷是生物的重要營(yíng)養源，在廢水中含量高，是引發(fā)水體富營(yíng)養化的根本原因。廢水中氮元素主要有無(wú)機形態(tài)如硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽及有機氨氮等形態(tài)存在。隨著(zhù)各國對環(huán)境保護的重視，治理廢水也取得了長(cháng)足的進(jìn)展，目前脫氮除磷的主流方法還是化學(xué)法和物理法，化學(xué)法脫氮除磷優(yōu)點(diǎn)是效果穩定且效率高，但產(chǎn)生的污泥會(huì )對環(huán)境造成二次污染是其主要缺陷。物理法脫氮除磷對于基礎投入高，機械的技術(shù)高構造復雜，適用于大型的廢水處理。生物脫氮除磷技術(shù)因為涉及到微生物，微生物對所處的環(huán)境要求更加苛刻，往往在實(shí)驗室條件下理論值較好，但是實(shí)際應用到工程效果不佳且處理成本較前兩種更高，這嚴重制約了該技術(shù)的推廣與應用。然而生物脫氮除磷是環(huán)保、副作用小的，發(fā)展生物脫氮除磷方法從長(cháng)遠來(lái)看，將成為解決水體富營(yíng)養化問(wèn)題的主流方案。
1、生物脫氮除磷原理
污水生物脫氮通過(guò)硝化作用和反硝化作用。硝化作用的細菌為好氧細菌，主要包括硝酸螺菌屬、亞硝酸桿菌屬、硝酸球菌屬等。硝化作用是在好氧條件下，利用硝化菌經(jīng)歷復雜的生化反應，將氨氮化成亞硝酸鹽氮，然后再氧化成硝酸鹽氮。反硝化作用的反硝化菌在缺氧狀態(tài)下將亞硝氮和硝氮還原成氮氣，主要為兼性厭氧細菌。自然界具反硝化能力的細菌較多，如變形菌門(mén)的多個(gè)綱的細菌。
生物除磷是聚磷菌在厭氧環(huán)境中水解聚磷和糖原產(chǎn)生ATP，同時(shí)吸收污水中的揮發(fā)性脂肪酸。ATP是生物的能量載體，磷元素是ATP的組成之一，ATP儲存于體內用于供能微生物生長(cháng)代謝，從而使聚磷菌成為優(yōu)勢菌種，因此污水中的磷酸鹽被微生物大量吸收，最終通過(guò)排放剩余污泥達到除磷的目的。
2、廢水處理生物脫氮除磷工藝
現行主流的廢水生物脫氮除磷工藝主要可以按時(shí)間和空間分為2大類(lèi)，其一是屬于按時(shí)間順序分布的間歇式活性污泥法工藝，典型代表是序批式反應器。其二是屬于按空間分布的典型代表有厭氧/缺氧/好氧工藝、南非開(kāi)普敦大學(xué)UCT同步脫氮除磷工藝等。
(1)序批式反應器（SBR）
序批式反應器是一種運行按間歇曝氣方式的活性污泥污水處理工藝技術(shù)，序批式反應器工藝技術(shù)的核心結構為集生物降解池、初沉池等多種功能于一體的反應池，通過(guò)曝氣和攪拌交替運行，無(wú)污泥回流系統，在反應池生成缺氧/好氧/厭氧環(huán)境，在氧濃度變化的交替過(guò)程中，細菌完成富集氮、磷，釋放氮氣及儲能的過(guò)程。此類(lèi)裝置具有占地面積小、結構簡(jiǎn)單和運行成本低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際使用能達到較好的脫氮除磷效果，目前已在國內外廣泛應用。
(2)厭氧/缺氧/好氧工藝（A2/O）
厭氧/缺氧/好氧（A2/O）工藝的流程是：污水依次進(jìn)入厭氧池、缺氧池和好氧池。微生物在厭氧池中經(jīng)三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)代謝途徑將易吸收的有機質(zhì)轉化為揮發(fā)性脂肪酸，回流污泥帶入的聚磷菌將水解體內ATP釋放能量，一部分供自身維持生存，另一部分供微生物吸收污水中的揮發(fā)性脂肪酸，并在NADH作用下合成聚β-羥基丁酸酯儲存于體內。缺氧池中，反硝化菌利用硝化回流液中的硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機物作為電子供體。到最后環(huán)節的好氧池中，聚磷菌主要依靠分解體內儲存的聚β-羥基丁酸酯供能，以維持生長(cháng)繁殖。此類(lèi)工藝結構簡(jiǎn)單，運行費用較低，無(wú)需投加藥劑。然而，硝化細菌和聚磷菌的最佳生存條件不一致，因此導致系統無(wú)法兼顧硝化菌的生長(cháng)，效果不佳。
3、廢水處理生物脫氮除磷的影響因素
廢水處理生物脫氮除磷的關(guān)鍵因素在于微生物要發(fā)揮其最大的功效。影響微生物的主要因素包括碳源，氮源（廢水），氧氣濃度，pH，溫度，反應時(shí)間。
(1)碳源
微生物生長(cháng)必須具備合適的碳源，脫氮除磷的細菌�？捎玫奶荚纯梢苑譃槿�(lèi)：易于生物降解的有機物，可慢速降解的有機物，體內儲能物質(zhì)。不同碳源可誘導硝化細菌、反硝化細菌或聚磷菌微生物在系統中占據優(yōu)勢地位，以實(shí)現最佳效果。其次，碳源的含量也會(huì )對微生物造成影響，碳氮比主要影響自養微生物硝化細菌的比例。因此，在工程應用中應注意調節進(jìn)水碳源比例。
(2)氧氣濃度
因為生物脫氮除磷涉及到好氧菌、兼性厭氧菌，因此氧氣濃度對不同微生物的作用尤為明顯，是生物脫氮除磷工藝的重要控制條件。如當溶氧量處于飽和時(shí)，氨氮全部轉化為硝氮，而當溶氧量降為小于0.1mg/L-1時(shí)，利于反硝化細菌的生長(cháng)繁殖，反應器中亞硝氮大量積累。
(3)pH值
微生物對pH值的變化敏感，研究表明，硝化細菌硝化反應最佳pH7.5～8.0，反硝化作用的最佳pH6.5～8.0。pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì )對細菌的代謝造成影響，進(jìn)而影響硝化作用或者反硝化作用。pH值對生物除磷性能的影響也較顯著(zhù)，如pH值在厭氧釋磷階段可影響污水中的揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)入細胞的過(guò)程。
(4)溫度
微生物有其發(fā)揮活性的最適溫度范圍，生物脫氮除磷涉及到硝化細菌、反硝化細菌、聚磷菌參與反應。研究發(fā)現：硝化反應的最佳溫度范圍在27±7℃，反硝化作用最佳溫度為40±5℃，而除磷效果最佳溫度為在20℃。
4、小結與展望
水體富營(yíng)養化是需要解決的世界共同問(wèn)題，生物脫氮除磷作為環(huán)境友好的一種凈化方式，是近年來(lái)的研究重點(diǎn)。研究開(kāi)發(fā)穩定可靠、低成本的生物脫氮工藝是本領(lǐng)域研究者的共同目標，目前，也有根據現有工藝改進(jìn)提出的新工藝新理論，如短程或同步硝化反硝化、厭氧氨氧化、反硝化除磷等朝著(zhù)生物學(xué)特性研究和機理分析的方向改進(jìn)、發(fā)展。（來(lái)源：深圳市瑞秋卡森環(huán)�？萍加邢薰荆�
