張馨方

（沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

生活污水和工業(yè)廢水中的氮、磷大量進(jìn)入水體后，藻類等水生生物大量繁殖，水生生物死亡后，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水中溶解氧濃度大幅下降，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重。在此背景下，反硝化除磷工藝應(yīng)運(yùn)而生，為污水脫氮除磷提供了良好的支持。

1 反硝化除磷原理

聚磷菌有兩種，好氧聚磷菌和反硝化聚磷菌（DPAOs）。好氧聚磷菌以氧為電子受體，反硝化聚磷菌既能以氧為電子受體也能以硝酸鹽為電子受體。反硝化聚磷菌兼性厭氧，厭氧環(huán)境下，反硝化聚磷菌釋磷的同時(shí)產(chǎn)生ATP，并利用ATP 合成大量有機(jī)顆粒聚β 羥基丁酸（PHB）并貯存。缺氧環(huán)境下，反硝化聚磷菌以NO3-或NO2-為電子受體，氧化分解體內(nèi)貯存的PHB，使NO3-或NO2-被還原為N2排出系統(tǒng)，達(dá)到脫氮的效果。與此同時(shí)，反硝化聚磷菌超量吸磷合成聚磷酸鹽并貯存，富磷污泥則通過排放剩余污泥的形式排出，實(shí)現(xiàn)了同步脫氮除磷。

2 反硝化除磷工藝

反硝化除磷工藝將傳統(tǒng)的脫氮和除磷工藝結(jié)合，在節(jié)省了反硝化脫氮過程中對碳源的需求的同時(shí)降低曝氣所消耗的能源，還減少了富磷污泥排放量，是一種節(jié)能減排的污水處理工藝。自DPAOs 被發(fā)現(xiàn)以來，為了更好地利用其菌種在同步脫氮除磷方面的優(yōu)勢，關(guān)于滿足其反應(yīng)條件的工藝研究就從未停止，海內(nèi)外大量專家對其進(jìn)行了豐富的研究。

反硝化除磷工藝可分為兩類即單污泥系統(tǒng)和雙污泥系統(tǒng)[1]。單污泥系統(tǒng)中，反硝化聚磷菌和硝化菌存在于同一裝置中，一同經(jīng)過厭氧、缺氧、好氧三種環(huán)境，單污泥系統(tǒng)的代表性工藝有UCT、MUCT 和BCFS。雙污泥系統(tǒng)中，DPAOs 與硝化菌單獨(dú)存在，置于不同的反應(yīng)裝置之中，主要代表工藝有A2N 和Dephanox。下面就對這幾個(gè)代表性工藝進(jìn)行簡單的介紹。

2.1 UCT 工藝及MUCT 工藝

UCT 工藝、MUCT 工藝是南非開普頓大學(xué)以傳統(tǒng)A2/O 工藝為基礎(chǔ)的改良工藝，污泥回流至缺氧池，而非傳統(tǒng)A2/O 工藝的厭氧池，使回流污泥中的硝酸鹽對厭氧釋磷的影響降低，缺氧池與厭氧池之間還增加了一個(gè)內(nèi)部回流，混合液中BOD 值較高，為厭氧水解提供了良好的條件，除磷效果提高，其工藝流程如圖1和圖2 所示[2]。

圖2 MUCT 工藝流程圖

UCT 工藝及MUCT 工藝雖本不是基于反硝化除磷原理設(shè)計(jì)的，但工藝中厭氧、缺氧環(huán)境的反復(fù)交替，為反硝化聚磷菌的富集提供了有利條件。UCT 工藝及MUCT 工藝也有一定的局限性，裝置中反硝化聚磷菌、硝化細(xì)菌和反硝化異養(yǎng)菌共存，存在著競爭關(guān)系，或多或少影響了反硝化聚磷菌的功效。

2.2 BCFS 工藝

BCFS 工藝是由荷蘭Delft 科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室在Pasveersloot 和UCT 工藝及原理的基礎(chǔ)上開發(fā)的，已在歐美多個(gè)污水處理廠應(yīng)用，可以增強(qiáng)反硝化聚磷菌的富集條件和活性，脫氮除磷效果極佳。具體流程如圖3 所示。

圖3 BCFS 工藝流程圖

BCFS 工藝包括了5 個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)池和3 個(gè)內(nèi)循環(huán)。其優(yōu)點(diǎn)如下：厭氧池和缺氧池之間增加了內(nèi)循環(huán)，反硝化聚磷菌主要在厭氧池和缺氧池之間進(jìn)行反應(yīng)，避免了反硝化聚磷菌釋磷受到干擾，增設(shè)了接觸池，厭氧池出水和從沉淀池回流的污泥在接觸池充分混合，將剩余的COD 更加充分的利用；增設(shè)了混合池，形成了低氧環(huán)境，反硝化、硝化同時(shí)進(jìn)行，保證出水氮含量低；增加了磷分離工藝，減少了化學(xué)藥劑的使用量。研究發(fā)現(xiàn)，BCFS 工藝的脫氮除磷效果顯著，可使出水中總氮質(zhì)量濃度小于5 mg/L，正磷酸鹽極低。

不過，BCFS 工藝也有一定的局限性：氧化溝單元體積較大，使得工藝占地面積大；反應(yīng)池和回流池結(jié)構(gòu)較多，基礎(chǔ)設(shè)施成本較高[3]。

2.3 Dephanox 工藝

Wanner 等在1993 年率先雙污泥反硝化聚磷工藝，此后被Bortonc 等稱為Dephanox 工藝，此后，海內(nèi)外諸多學(xué)者如Kuba、彭永臻等對其進(jìn)行了更深入的研究。其具體流程如圖4 所示。

圖4 Dephanox 工藝流程圖

污水首先流入?yún)捬醭?，與回流污泥充分混合，在厭氧環(huán)境中化除磷菌充分釋磷，貯存大量的PHB，之后流入中沉池進(jìn)行沉淀，含有高濃度的NH4+-N 的上清液進(jìn)入固定膜反應(yīng)池，并在其中進(jìn)行硝化作用，產(chǎn)生了NO3--N，富集大量反硝化聚磷菌的污泥則超越至缺氧池，反硝化聚磷菌以NO3--N 為電子受體進(jìn)行同步脫氮除磷。接著混合液進(jìn)入了好氧池，在好氧池中將殘留的物質(zhì)進(jìn)一步氧化，最終在二沉池進(jìn)行沉淀然后排放，還有一部分回流至厭氧池重復(fù)這一流程。Dephanox 工藝的創(chuàng)新點(diǎn)在于，厭氧池和缺氧池之間增加了固定膜反應(yīng)池，這樣就解決了硝化細(xì)菌和反硝化聚磷菌的污泥齡矛盾，提高了反硝化除磷的效果。

Dephanox 工藝也有一定的局限性，在處理生活污水時(shí)，進(jìn)水中氮磷比經(jīng)常不能滿足缺氧吸磷的要求，限制了該工藝的應(yīng)用[4]?，F(xiàn)如今Dephanox 工藝被用于處理碳氮比較低的生活污水。

2.4 A2N 工藝

A2N 工藝中硝化細(xì)菌獨(dú)立于反硝化細(xì)菌，在不同的污泥系統(tǒng)中分別培養(yǎng)，解決了兩種菌種對基質(zhì)的競爭以及污泥齡的矛盾問題，其工藝流程圖如圖5 所示。

圖5 A2N 工藝流程圖

廢水首先流入?yún)捬醭爻浞轴屃祝聪趸哿拙鷮⑿》肿又舅嵛?，合成PHB 并貯存。然后混合液在中沉池中進(jìn)行沉淀，含有大量DPAOs 的污泥超越進(jìn)入缺氧池，而含有大量NH3-N、PO43--P 的上清液進(jìn)入到生物膜池，在其中進(jìn)行硝化作用，接著流入缺氧池，與富集反硝化聚磷菌的污泥充分接觸，完成反硝化反應(yīng)并過量吸磷。最后，在二沉池中進(jìn)行沉淀，由于反硝化聚磷菌沒有經(jīng)過好氧池曝氣，所以幾乎細(xì)胞內(nèi)貯存的所有PHB 都用在了缺氧吸磷。

A2N 工藝的局限性有：進(jìn)水氨氮中會有一部分直接超越進(jìn)入缺氧池，還未經(jīng)過硝化反應(yīng)，使得出水的氨氮濃度較高；反應(yīng)流程長，基建費(fèi)用高。