(总结)脱氮除磷研究进展

脱氮除磷近一年新成果随着工农业生产的迅速发展以及城市化进程的加快，含有高浓度氮磷物质的生活污水工业废水和农田地表水径流汇入湖泊、水库、河流和海湾水域，使藻类等植物大量繁殖导致水体的富营养化。富营养化的水体含有大量的硝酸盐和亚硝酸盐，长期饮用严重危害人类健康。因此，对城市污水进行脱氮除磷处理成为当今污水处理的一个研究热点。常用的污水处理方法以物理法、化学法和生物法为主。物理法和化学法过程复杂成本较高，对环境容易产生二次污染，再生方法不完善只适合中小水量，使用难以推广应用。而生物法适用范围广投资及运转成本低，操作简单，无二次污染，处理后的废水易达标排放，已成为脱氮除磷常用的处理方法。实践经验表明，生物脱氮除磷工艺是消除水体富营养化的有效方法正在广泛应用于各种污水处理系统之中[1]。传统的脱氮除磷A2／O(厌氧／缺氧／好氧)工艺，改良Bardenpho工艺（厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧），UCT(UniversityofCapeTown),SER(SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess)工艺等。后来研究出的工艺大多为以上工艺的变型。现介绍近一年来的几种研究成果！一、同步硝化和反硝化近年来，由于好氧反硝化菌的发现和微环境理论的发展，硝化和反硝化就可以同时在一个具有好氧条件的反应器内完成得到证实了，即同步硝化反硝化(SND)。SND工艺具的优势主要表现在：可有效地减少反应器数量和尺寸；可减少甚至不需要投加碳源，而且硝化的耗碱与反硝化的产碱可以得到良好地互补；可缩短反应时间。亚硝酸型的SND可明显地减少氧气的供给从而节省能耗、进一步减少碳源的需求和提高脱氮的效率。目前，对SND生物脱氮技术的研究主要集中在氧化沟、RBC、SBR等反应器系统。而溶解氧、碳氮比(C／N)、微生物的聚集形态、pH和温度是影响同步硝化反硝化的主要因素[2]。二、反硝化除磷Dephanox工艺和BCFS工艺是目前国内外研究最多的反硝化除磷工艺。Dephanox工艺是目前研究较多的典型反硝化除磷工艺，该工艺在A2／O工艺的厌氧和缺氧池之间增加了沉淀池和生物膜反应器。通过设置生物膜反应器避免由于氧化作用而造成的有机碳的损失并稳定系统的N0王浓度。废水在厌氧池中释磷，在沉淀池中进行泥水分离，其上清液进入生物膜反应器进行硝化反应，其沉淀污泥则流至缺氧池，在其中完成反硝化和摄磷。BCFS工艺是由荷兰Delft大学Kluyver生物技术实验室研究开发的一种变型的UCT工艺。此工艺有6个优点：①能有效去除氮和磷；②控制较简单，通过对溶解氧和氧化还原电位的控制能有效地实现过程稳定；③该工艺可以回收磷；④污泥容积指数值低（80~120mL/g）并很稳定；⑤利用反硝化聚磷菌来实现生物除磷，该工艺能够有效利用碳源，并且能在碳磷比、碳氮比值相对较低的情况下良好地运行；⑥与常规的污水处理厂相比，该工艺的污泥产量减少了近10%。BCFS工艺在城市污水处理中无需添加任何化学药剂，该工艺通过利用反硝化除磷菌的缺氧反硝化除磷作用来实现最佳除氮及完全除磷。三、短程硝化反硝化技术SHARON工艺是一种由荷兰Delft大学开发的使用短程硝化反硝化技术的脱氮新工艺。SHARON工艺的核心是应用硝酸菌和亚硝酸菌生长速率的不同,即在适合两者生存和繁殖的温度下，硝酸菌的最小水力停留时间大于亚硝酸菌，而硝酸菌的生长速率慢于亚硝酸菌的生长速率这一特性，通过对该脱氮系统的控制，使该系统的水力停留时间介于硝酸菌和亚硝酸菌最小水力停留时间之间，从而使亚硝酸菌在竞争中成为系统的优势菌群，硝酸菌被自然所淘汰，得到稳定的亚硝酸的积累与传统脱氮工艺相比较，脱氮速率快、投资及运行费用较低、工艺流程简单是SHARON工艺的优点。四、厌氧氨氧化、反硝化与甲烷化荷兰与日本在厌氧氨氧化领域的研究及应用处在世界领先地位。全球首个大型商用厌氧氨氧化反应器在鹿特丹启动。该反应器是由实验室规模小试直接放大而来，处理负荷为750kg／d(以N计)。国内开展相关研究较早的单位有清华大学，北京工业大学、浙江大学、重庆大学和华南理工大学等。ANAMMOX工艺是一种应用厌氧氨氧化技术的工艺。荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室研究开发了该工艺。ANAMMOX工艺非常适合处理低碳氮比和氨浓度较高的废水。若将SHARON与ANAMMOX两种工艺结合在一起，则会形成一种新的生物脱氮工艺。污泥产量较低、耗氧量较少及不需要投加碳源是SHARON-ANAMMOX联合工艺的优点[4]。五、综合性的水体富营养化生物修复技术控制和修复水体富营养化的植物生态工程技术方法很多，如人工湿地、植物塘、根滤技术和生态浮床技术等。与其他几种处理技术相比，生态浮床技术可以更有效地去除水中溶解性的氮和磷[4]。生态浮床技术去污机理主要是以下多方面的综合作用：一是利用植物在生长过程中对水体中氮、磷等元素的吸收，以及植物发达的根系对水体中悬浮物的吸附过滤；二是依靠附着在植物根部和浮床基质中的微生物对污染物的利用；三是一些植物还能分泌化学克生物质，抑制浮游植物生长；四是植物分泌的氧可以改善水质状况，为好氧微生物繁殖创造条件。生态浮床技术具有直接从水体中去除污染物、充分利用水面而无需占用土地、环境适应能力较强等特点，而且该技术有运行、管理简便和造价低廉等多种优点，比其他水处理技术具有更明显的景观优势，还可以提供有价值的产品，如生物肥料、生物材料、甚至动物性食物等。浮床植物类型由最初的水稻(Oryzasativa)、黑麦草(Loliumperenne)和水芹(Oenanthejavanica)发展到香根草(Vetiveriazizanioides)、美人蕉(Cannaindica)、空心菜(Ipomoeaaquatica)等多种水生和陆生植物。现有新型的提高生态浮床的方法有外在提高方式和内在提高方式。其中外在提高方式包括细菌固定化技术法、增加溶解氧法等。细菌固定化技术可在短期内提高环境的硝化反硝化菌群数量，使脱氮除磷效果增强。而增加溶解氧主要结合曝气方法，使得溶解氧提高，有利于硝化细菌脱氮。内在提高方式主要是筛选优势浮床植物或改变生态浮床构造形式。有研究表明其对总氮、总磷的去除率分别为83．7％和90．7％[5]。生物脱氮除磷污水处理技术是目前水污染控制领域的重点研究方向之一，其理论与技术都在迅速发展。随着生物学机理的深入研究以及相关学科的发展渗透，一些超出传统理论的新技术如反硝化除磷等逐渐被人们所认知，生物脱氮除磷技术得以不断革新和发展。当前，生物脱氮除磷技术不仅仅以满足排放标准为目的，而且还要考虑到污水处理的资源化及能源化，朝着剩余污泥产量最小及处理水回用等方向发展。参考文献[1]StrafulI,BreetS,ScrimshawMB,etal.Biologicalphosphorusremoval,itsroleinphosphorousrecycling[J].Environ.Technol.,1999,20(7):681-695.[2]芮旭东，汪宏渭，刘志康.高效能污水生物脱氮除磷工艺的研究进展[J].城市道桥与防洪，2012（1）：61-64.[3]郭周芳，罗阳，等.城市污水生物脱氮除磷新技术[J].水科学与工程技术.2011(3):27-30.[4]宋祥甫，邹国燕，吴伟明，等．浮床水稻对富营养化水体中氮、磷的去除效果及规律研究[J]．环境科学学报。1998，18(5)：489-494．[5]汪开英，郑水生，郭宗楼，等.提高生态浮床系统脱氮除磷效率研究进展[J].湿地科学.2012(1):116-119.