微污染水源水处理技术脱氮除磷效果的研究

微污染水源水处理技术脱氮除磷效果的研究

邰家芬管仁户刘善举

山东美泉环保科技有限公司山东济南250000

摘要：饮用水水源污染日益严重，尤其是氮磷污染，造成水体富营养化，直接威胁人类健康和传统制水工艺。文章分析了生物脱氮除磷技术的工作原理，并针对微污染水生物脱氮除磷的工艺类型和脱氮除磷技术的发展趋势进行了研究。

关键词：微污染水源；脱氮除磷

饮用水水源的氮磷污染问题越来越受到人们的关注，氮磷过量导致湖泊等封闭水体富营养化，而水质恶化会增加给水处理的难度，通过常规处理难以达到饮用水卫生标准。为了改善污水处理问题，需要解决传统处理工艺中去除氮、磷效率差的问题，而且传统处理工艺还存在运行成本高的问题，因此污水处理厂需要加强对污废水生物脱氮除磷技术的研究。

一、生物脱氮除磷技术的工作原理

1.生物脱氮机理

在进行生物脱氮研究时发现，过去认为生物脱氮是利用缺氧区设置或控制过程的方式，实现缺氧环境的形成，从而以硝化反硝化作用起到脱氮的作用。而随着科技的进步，如今最新研究却发现缺氧反应器存在废水氨氮含量指标减少问题，好氧条件下出现同时硝化反硝化作用等，这些现象都是传统生物脱氮理论无法解释的现象。从微环境角度分析，微生物絮体表层溶解氧浓度高，其传递受阻，加上微生物消耗溶解氧，导致微生物絮体内形成厌氧环境和兼氧环境，随后由于搅动使微环境出现变换，最终进入微生物厌氧、兼氧、好氧等不断交替，产生硝化反硝化作用。另外，好氧硝化菌和缺氧反硝化菌可以在不用厌氧、兼氧、好氧等不断交替下，单纯在缺氧条件下发生硝化作用。根据相关研究可知，在亚硝化菌作用下可以实现将氨转化为氮。

2.生物除磷机理

污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物来完成：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来。细菌以聚磷（一种高能无机化合物）的形式在细胞中储存磷，其能量可以超过生长所需，这一过程称为聚磷菌磷的摄取。处理过程中，通过从系统中排除高磷污泥以达到去除磷的目的。在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP。这一过程为聚磷菌磷的释放。在生物除磷中，适宜的PH范围是6～8，最适温度在5℃～30℃之间，较高的BOD5对除磷有利，BOD5/TP应大于20。

二、微污染水生物脱氮除磷的工艺类型

1.生物脱氮技术

（1）活性污泥脱氮工艺。活性污泥脱氮工艺是目前应用最普遍的生物脱氮技术，从最初在实验室一直到生产应用，应用一直比较频繁。目前最常见的活性污泥脱氮工艺主要有厌氧-好氧工艺法、厌氧-缺氧-好氧工艺法、序批式活性污泥法及氧化沟工艺。厌氧-好氧工艺法主要是通过设置厌氧和好氧环境，使含氮有机物在好氧环境下出现氨化、硝化反应，在厌氧环境下出现反硝化反应，从而使其能够产生硝化反硝化作用，达到脱氮的目的。厌氧-好氧工艺法具有操作简单、范围小、对污泥膨胀控制比较明显等优势，但其存在脱氮效果差，不能够承受较大冲击负荷。厌氧-缺氧-好氧工艺法是在传统方法中增加缺氧环境，污水在厌氧环境下实现将大分子有机物转化为小分子，在缺氧环境下，实现反硝化脱氮，在好氧环境下，有机物浓度较低，保障硝化菌的生长，从而达到脱氮目的。序批式活性污泥法主要通过曝气控制系统创设时间上缺氧环境、厌氧环境和好氧环境，污水在厌氧环境下实现将大分子有机物转化为小分子，在缺氧环境下，实现反硝化脱氮，在好氧环境下，有机物浓度较低，保障硝化菌的生长，从而达到脱氮目的。厌氧-缺氧-好氧活性污泥法及序批式活性污泥法具有成本低、控制污泥膨胀、去除氮磷效果明显等优点。

（2）生物膜脱氮工艺。生物膜脱氮工艺主要适用于中小型生产或试验中，其主要是将生物转盘、滤池等生物膜设计成脱氮反应器，从而起到脱氮作用。目前主要有浮动床生物膜反应器脱氮系统、浸没式生物膜反应器脱氮系统、三级生物滤池脱氮系统等，相比较活性污泥脱氮工艺，生物膜脱氮系统具有更加稳定、产泥量少等优势，但其存在耗能大的问题。生物膜脱氮工艺的经济性和高效性，使其在未来的发展中将会得到广泛应用。

（3）生物脱氮新工艺。生物脱氮新工艺主要包括短程硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺、全程自养脱氮工艺、限氧自养硝化-反硝化工艺等。短程硝化反硝化工艺主要是通过对氨氮氧化的控制，使其处在亚硝化阶段，随后反硝化，达到脱氮目的。短程硝化反硝化工艺具有流程简单、节省碳源、动力消耗低的优势。厌氧氨氧化工艺是指在厌氧环境下，实现氨氧化还原为氮气。全程自养脱氮工艺主要适用于高浓度含氮废水，其通过对反应器溶解氧浓度的控制，起到控制氨氧化和反硝化比率的作用，通过提高反硝化速率可以提高脱氮法效率。限氧自养硝化-反硝化工艺主要是通过控制溶解氧，并控制硝化处在亚硝酸根离子阶段，最后通过反硝化反应，形成氮气，实现脱氮目的。

2.生物除磷技术

微污染水生物除磷技术主要是从最开始在生产过程中发现的超量吸磷现象，通过研究和实践后，污废水生物除磷技术逐渐得到应用，其中目前应用比较广泛的生物除磷技术有厌氧-缺氧-好氧工艺法、氧化沟工艺、序批式活性污泥法、侧流除磷工艺、改良同步脱氮除磷工艺等。厌氧-缺氧-好氧工艺法主要是通过创设厌氧环境、缺氧环境和好氧环境，使聚磷菌达到释放磷、富集磷等作用。另外，如果采用缺氧环境、厌氧环境和好氧环境的布置方式，则可以起到更加明显的除磷效果，主要是由于在厌氧环境下硝酸盐负荷，从而使其在厌氧条件下利用吸磷动力，达到除磷目的。氧化沟工艺主要是利用反应器创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境，从而达到除磷目的。序批式活性污泥法主要通过曝气控制系统创设时间上缺氧环境、厌氧环境和好氧环境，最终通过排放富磷污泥达到除磷目的。侧流除磷工艺主要使用在污泥回流系统中创设厌氧环境，并与化学除磷法结合，从而起到良好的除磷效果。改良同步脱氮除磷工艺主要是通过进水和污泥在厌氧池混合，实现有效释放磷，并在后续构筑物聚磷，从而达到除磷目的。生物除磷技术主要是通过创设厌氧环境，使聚磷菌有效释放磷，从而达到除磷的效果。

3.生物脱氮除磷技术

同时进行微污染水脱氮和除磷是目前主要的研究方向，主要是由于硝化反硝化作用实现了脱氮效果，从而可以达到脱氮的同时除磷。因此结合生物脱氮技术和生物除磷技术，实现同时脱氮除磷功能的生物技术主要有厌氧-缺氧-好氧工艺法、氧化沟工艺、序批式活性污泥法、改良同步脱氮除磷工艺等。上述生物脱氮除磷技术不仅能够实现去除有机物和悬浮物等传统处理工艺要求，还能够达到脱氮除磷的目的，其主要是通过创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境空间或时间交替变化，有效提高脱氮除磷效率。目前在微污染水中对生物脱氮除磷技术的应用越来越广泛。

三、微污染水生物脱氮除磷技术的发展趋势

我国对生物脱氮除磷技术的研究较晚，并没有对该技术有足够的重视。随着时代的进步，如今我国对微污染水生物脱氮除磷技术的研究越来越深入，并促使其向生物性和工艺改革方向发展，以起到脱氮除磷高效率和低能耗的作用。一般生物脱氮除磷系统中，由于硝化菌和聚磷菌存在泥龄的矛盾，因此需要注重利用改进工艺，实现除磷和脱氮在空间和时间的分开，通过对除磷和脱氮分别创设缺氧环境、厌氧环境和好氧环境实现生物脱氮除磷。另外还需要加强对有机碳源的研究，即探索能够使反硝化速率加快的可替代有机碳源，从而提高脱氮效率。利用微生物动力学特性，可以实现亚硝酸菌和硝酸菌的动态竞争，然而对于活性污泥的膨胀问题、沉降性能等还有待研究。

综上所述，随着工业发展和人们生活污水的增多，如何进行有效微污染水处理成为相关单位考虑的重要问题。如果脱氮除磷技术不够完善，很容易导致水体富营养化，因此需要加强对生物脱氮除磷技术的研究。通过上述分析可知，同时实现生物脱氮技术和生物除磷技术的处理工艺，能够有效提高脱氮除磷效果，解决水体富营养化问题，并保障高效性和经济性。

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