控制污水中氮和磷的排放，對于防治水體富營養(yǎng)化是十分重要的。針對常規(guī)生物脫氮除磷技術(shù)和工藝中存在的問題，研究開發(fā)出從不同類型污水中去除氮和磷的生物膜與活性污泥結(jié)合工藝、亞硝酸型脫氮技術(shù)、新型膜生物反應(yīng)器和立體循環(huán)一體化氧化溝等。這些技術(shù)和工藝發(fā)揮了不同微生物菌群的優(yōu)勢，使其分別處于各自最佳狀態(tài)，可提高處理效率、簡化操作、降低處理費用。

        水體富營養(yǎng)化是世界性問題，大量的研究已經(jīng)證明，污水中的氮和磷是導(dǎo)致受納水體富營養(yǎng)化的主要原因之一。常規(guī)的污水處理技術(shù)主要去除有機物和懸浮固體，對氮和磷的去處效率較低。許多發(fā)達國家對排放污水中的氮和磷含量都做了限定，并要求污水處理廠達到除氮除磷的要求。污水脫氮除磷的技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法和生物法。相對而言，生物脫氮除磷技術(shù)投資少、運行操作簡單、無二次污染而被廣泛應(yīng)用。常用的生物脫氮除磷工藝有：缺氧-好氧脫氮工藝；厭氧-好氧除磷工藝；厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝等。但是，在常規(guī)的生物脫氮除磷工藝中，污泥在厭氧、缺氧和好氧段之間往復(fù)循環(huán)。該污泥由硝化菌、反硝化菌、除磷菌以及其它多種微生物組成，由于不同菌的最佳生長環(huán)境不同，脫氮與除磷之間存在著矛盾。實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時除磷效果較差，而除磷效果好時脫氮效果不佳。因此，常規(guī)生物脫氮除磷工藝流程存在著影響該工藝有效運行的相互影響和制約的因素，主要表現(xiàn)為：①厭氧與缺氧段污泥量的分配比影響磷釋放或硝態(tài)氮反硝化的效果，厭氧段污泥量比例大則磷釋放效果好，但反硝化效果差；反之，則反硝化效果好，而磷釋放效果差；②原污水經(jīng)厭氧段進入缺氧段，磷釋放與硝態(tài)氮反硝化爭奪碳源，當(dāng)原水中碳源不足時，磷釋放或反硝化不完全；③硝化菌世代繁殖時間長，要求較長的污泥齡，但磷從系統(tǒng)中被去除主要是通過剩余污泥的排放，因此要提高除磷效率則要求短污泥齡。對于某些含高濃度氨氮的工業(yè)廢水，由于碳源不足，總氮的去除率較低。
　
　　一、生物脫氮除磷原理

　　生物脫氮過程通過氨化、硝化和反硝化三步驟完成。硝化和反硝化反應(yīng)可用下式表示：

　　NH4+ + 3/2 O2   NO2- + H2O + H+                                                   (1)

　　NO2- + 1/2 O2   NO3-                                                                          (2)

　　NO3- + 2H（氫供給體—有機物） NO2- + H2O                             (3)

　　NO2- + 3H（氫供給體—有機物） 0.5N2 + 2H2O + OH-              (4)
　　
　　生物除磷是利用除磷菌從外部環(huán)境超量地攝取磷，并將磷以聚合的形態(tài)儲藏在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達到從污水中除磷。
　　
　　二、生物脫氮除磷新技術(shù)與工藝
　　
　　1．生物膜與活性污泥結(jié)合生物脫氮除磷新工藝
　　
　　常規(guī)生物脫氮除磷工藝存在相互影響和制約的因素，因此脫氮和除磷效果難以同時達到最佳。生物膜與活性污泥結(jié)合新工藝的特點是缺氧段采用生物膜法，反硝化菌均勻分布在整個缺氧池內(nèi)，反硝化反應(yīng)充分；好氧和厭氧段采用懸浮污泥法便于對污泥齡的控制，有利于硝化菌和除磷菌的生長繁殖。生物膜與活性污泥結(jié)合工藝將常規(guī)工藝中相互影響和制約的因素分解，使不同的菌類生長在各自最佳環(huán)境條件下，因而在本工藝中脫氮和除磷效果可以同時達到最佳，而且工藝的可控性增強。工藝流程如圖1所示。
　　
　　圖1 生物膜與活性污泥結(jié)合工藝示意圖

        在研究中，試驗用水為城市污水，水質(zhì)情況見表1。在正常運行期間，系統(tǒng)的總水力停留時間(HRT)為20~25小時。缺氧池內(nèi)反硝化菌附著生長在填料上，污泥量為10g/L，比較穩(wěn)定，無需特殊管理。濃縮池回流污泥濃度(VSS)達到15~20 g/L，SVI為30~50mL/g。好氧池污泥濃度保持在2~4g/L，SVI保持在50~80 mL/g，沒有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。

　　表1  污水水質(zhì)統(tǒng)計表

　　在本工藝中脫氮和除磷效果可以同時達到最佳，氨氮去除率達99%以上，TN、TP和COD的去除率分別達到85%、95%和95%。

　　2．立體循環(huán)一體化氧化溝

　　氧化溝是一種經(jīng)濟而有效的污水處理技術(shù)，具有穩(wěn)定的處理效果，是污水生物處理技術(shù)之一。特別是用于污水脫氮，氧化溝比其它生物脫氮工藝費用低、TN去除效率高。然而，與活性污泥法相比，氧化溝占地面積較大，在土地緊張的城市或地區(qū)，氧化溝的應(yīng)用受到限制。

　　針對常規(guī)氧化溝存在的問題，成功地研究出立體循環(huán)一體化氧化溝。其特點是：① 氧化溝采用立體循環(huán)，在循環(huán)過程中完成降解有機物和脫氮過程。與現(xiàn)有氧化溝相比，占地面積可減少約50%。② 沉淀區(qū)與氧化溝合建，沉淀的污泥可自動回流到氧化溝內(nèi)，可節(jié)省投資和能耗。③ 結(jié)構(gòu)緊湊，運行操作簡便。新型立體循環(huán)一體化氧化溝既保留氧化溝設(shè)備和運行操作簡單等優(yōu)點，又可減少占地面積。該項技術(shù)已申請專利（發(fā)明專利申請?zhí)枺?1109727.2）。

　　試驗研究和應(yīng)用的結(jié)果表明，能夠同時有效地去除污水中的有機污染物和氮。COD去除率達到95%，BOD 去除率為98%。NH3-N去除率達到99%，總氮去除率90%以上。試驗運行結(jié)果見圖2 ~ 圖4。

        3．重力出流式膜生物反應(yīng)器

　　膜生物反應(yīng)器是近年來將生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展的水處理新技術(shù)，具有流程短、易操作、處理效率高、出水可直接回用等特點。尤其在處理效果方面，MBR對有機物、懸浮物等去除效果遠優(yōu)于傳統(tǒng)生物處理法。但是目前的分體式或一體式膜生物反應(yīng)器存在投資高、能耗大等問題。

　　新型重力出流式膜生物反應(yīng)器利用反應(yīng)器內(nèi)液位水頭、采用重力驅(qū)動出水,省去傳統(tǒng)的出水抽吸泵及復(fù)雜的氣或水反沖洗設(shè)備，低水頭連續(xù)過濾出水，既保留傳統(tǒng)一體式MBR水處理效率高等優(yōu)點，又可提高膜通量，降低膜污染。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，投資少，操作簡便。該項技術(shù)已申請專利（發(fā)明專利申請?zhí)枺?1120586.5）。重力出流式膜生物反應(yīng)器工藝系統(tǒng)如圖5所示。

　　通過對生活污水和城市污水進行試驗研究，結(jié)果表明，經(jīng)膜生物反應(yīng)器處理，出水水質(zhì)達到生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以回用于綠化用水、景觀用水和沖廁用水等。

                                                                                                                                                       圖5

　　三、結(jié)論

　　試驗研究結(jié)果表明，上述各污水生物脫氮除磷新技術(shù)與工藝是高效和可行的。根據(jù)不同污水的特點，通過對上述生物脫氮除磷新技術(shù)與工藝的選擇與集成，能夠有效地從污水中同時去除氮、磷和有機污染物。
 

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