控制污水中氮和磷的排放，對(duì)于防治水體富營(yíng)養(yǎng)化是十分重要的。針對(duì)常規(guī)生物脫氮除磷技術(shù)和工藝中存在的問(wèn)題，研究開(kāi)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(shì)，使其分別處于各自最佳狀態(tài)，可提高處理效率、簡(jiǎn)化操作、降低處理費(fèi)用。

        水體富營(yíng)養(yǎng)化是世界性問(wèn)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(yíng)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(jī)物和懸浮固體，對(duì)氮和磷的去處效率較低。許多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)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(dá)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(duì)而言，生物脫氮除磷技術(shù)投資少、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、無(wú)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(zhǎng)環(huán)境不同，脫氮與除磷之間存在著矛盾。實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時(shí)除磷效果較差，而除磷效果好時(shí)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(yùn)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(jìn)入缺氧段，磷釋放與硝態(tài)氮反硝化爭(zhēng)奪碳源，當(dāng)原水中碳源不足時(shí)，磷釋放或反硝化不完全；③硝化菌世代繁殖時(shí)間長(zhǎng)，要求較長(zhǎng)的污泥齡，但磷從系統(tǒng)中被去除主要是通過(guò)剩余污泥的排放，因此要提高除磷效率則要求短污泥齡。對(duì)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(guò)程通過(guò)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(jī)物） NO2- + H2O                             (3)

　　NO2- + 3H（氫供給體—有機(jī)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?cái)z取磷，并將磷以聚合的形態(tài)儲(chǔ)藏在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)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(shí)達(dá)到最佳。生物膜與活性污泥結(jié)合新工藝的特點(diǎn)是缺氧段采用生物膜法，反硝化菌均勻分布在整個(gè)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(duì)污泥齡的控制，有利于硝化菌和除磷菌的生長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)達(dá)到最佳，而且工藝的可控性增強(qiáng)。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(yàn)用水為城市污水，水質(zhì)情況見(jiàn)表1。在正常運(yùn)行期間，系統(tǒng)的總水力停留時(shí)間(HRT)為20~25小時(shí)。缺氧池內(nèi)反硝化菌附著生長(zhǎng)在填料上，污泥量為10g/L，比較穩(wěn)定，無(wú)需特殊管理。濃縮池回流污泥濃度(VSS)達(dá)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(méi)有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。

　　表1  污水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

　　在本工藝中脫氮和除磷效果可以同時(shí)達(dá)到最佳，氨氮去除率達(dá)99%以上，TN、TP和COD的去除率分別達(dá)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(jì)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(fèi)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(duì)常規(guī)氧化溝存在的問(wèn)題，成功地研究出立體循環(huán)一體化氧化溝。其特點(diǎn)是：① 氧化溝采用立體循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中完成降解有機(jī)物和脫氮過(guò)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(dòng)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(yùn)行操作簡(jiǎn)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(yùn)行操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，又可減少占地面積。該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利（發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?1109727.2）。

　　試驗(yàn)研究和應(yīng)用的結(jié)果表明，能夠同時(shí)有效地去除污水中的有機(jī)污染物和氮。COD去除率達(dá)到95%，BOD 去除率為98%。NH3-N去除率達(dá)到99%，總氮去除率90%以上。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)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(lái)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(diǎn)。尤其在處理效果方面，MBR對(duì)有機(jī)物、懸浮物等去除效果遠(yuǎn)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(wèn)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(dòng)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(guò)濾出水，既保留傳統(tǒng)一體式MBR水處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，又可提高膜通量，降低膜污染。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，投資少，操作簡(jiǎn)便。該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利（發(fā)明專利申請(qǐng)?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(guò)對(duì)生活污水和城市污水進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，經(jīng)膜生物反應(yīng)器處理，出水水質(zhì)達(dá)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(yàn)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(diǎn)，通過(guò)對(duì)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(shí)去除氮、磷和有機(jī)污染物。
 

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