生態(tài)環(huán)境治理一直是全球各國十分重視的問題，其中城市污水處理更是讓從事環(huán)境治理的專家學(xué)者們頭疼不已，雖然現(xiàn)有的生物工藝在城市污水處理技術(shù)中獲取的效果顯著，但是歷經(jīng)幾百年變遷的生物污水處理技術(shù)仍不足以解決城市污水中氮磷的污染問題，所以全球自發(fā)上演了一場以高效率高質(zhì)量作為城市污水除磷脫氮活動目標(biāo)的生物技術(shù)研究熱潮。

1 城市含磷含氮污水的環(huán)境危害

城市污水具有危害人類健康，污染環(huán)境的破壞性影響性;根據(jù)來源主要可以被分為生活污水和工業(yè)污水兩部分;其中含有的氮和磷物質(zhì)不僅會加劇水物質(zhì)的富營養(yǎng)化，氮磷等物質(zhì)還會發(fā)生反應(yīng)生成具有超強好氧性的氨氮物質(zhì)來降低水物質(zhì)的氧含量，不僅如此，含有氮磷等物質(zhì)的污水由于反應(yīng)所生成的某些含氮化合物對于人類和自然界的其他生物也都是有毒害性影響的，為此，國際上規(guī)定的氮磷的排放量也日漸嚴(yán)格。

2 生物除磷脫氮相對關(guān)系研究

雖然國際上對于污水治理技術(shù)研究很早就開始了，但是采用生物脫氮除磷技術(shù)進行污水處理卻是近二十年才新興的。生物除磷脫氮技術(shù)具有良好的市場前景，因為它比起污水處理常用的物理化學(xué)技術(shù)較為經(jīng)濟實惠，可以有效的節(jié)約成本;還能將我們較為熟悉的二級生物污水治理技術(shù)充分進行高效率高質(zhì)量的改進改善，也正因為如此，生物除磷脫氮技術(shù)才成為現(xiàn)今使用率最高，發(fā)展前景最好的污水處理技術(shù)。

2.1 生物除磷結(jié)構(gòu)流程以及技術(shù)原理

2.1.1 技術(shù)原理通常情況下生物處理活性污泥里面，磷含量僅占污泥干燥狀態(tài)下比重的百分之二左右。然而，如果處于厭氧一好氧進行變換的狀態(tài)下，污泥里面的一微生物就會發(fā)生變化，釋放出比平常高很多的磷含量。

2.1.2 污水處理生物除磷技術(shù)系統(tǒng)

一般通過污泥的厭氧需氧變化進行除磷的技術(shù)流程(如圖1所示)比較簡單，只要就是在厭氧池里面進行化學(xué)物質(zhì)聚磷菌的反應(yīng)代謝后從而減緩BOD含量同時得到物質(zhì)磷。然后再經(jīng)過需氧反應(yīng)器的化學(xué)物質(zhì)聚磷菌的需氧呼吸活動，在對物質(zhì)BOD進行氧化作用后通過轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆狭姿猁}來把磷物質(zhì)有效地儲存在污水的異養(yǎng)菌聚磷菌里面。通過國內(nèi)外對生物除磷技術(shù)的研究進行調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)各國學(xué)者所使用技術(shù)機理雖然標(biāo)準(zhǔn)不一樣，所獲得的技術(shù)形式卻是多種多樣。圖1：基本除磷技術(shù)流程圖

2.2 生物脫氮結(jié)構(gòu)流程以及技術(shù)原理

2.2.1 污水處理生物脫氮原理

將污水處理的生物脫氮技術(shù)依據(jù)反應(yīng)類型劃分，可以分成氨的硝化作用和反硝化兩種類型。一般進行硝化作用就主要是指將氨作為電子變化的供方，而將分子氧視為電子的受方，通過進行氮從兼具負(fù)三價電子的物質(zhì)NH4反應(yīng)變化成帶有正三價電子的NO2一以及帶有正五價電子的NO3。然而本質(zhì)上僅僅是發(fā)生了水下氮的化合態(tài)形態(tài)轉(zhuǎn)變，根本將水中氮的實際含量進行改變，反應(yīng)性質(zhì)就是避免污水水體發(fā)生富養(yǎng)化現(xiàn)象，但污染問題根本沒得到處理。與此相對的反硝化卻恰恰相反，通過污水中硝酸鹽物質(zhì)作為氮電子受方，讓碳源成為氮電子的實際供方，這期間雖然也是通過硝酸鹽里面的氮電子變化，可不同的是這個反應(yīng)過程生成了氣態(tài)氮(如N2、N2O)，氣體可以從污水中揮發(fā)出去，從而真正實現(xiàn)氮的治理。

2.2.2 污水處理生物脫氮技術(shù)系統(tǒng)

生物脫氮系統(tǒng)的基本流程如下圖2所示。缺氧反應(yīng)器是脫氮工藝的核心，通過污水中的一些有機物當(dāng)做氮電子進行轉(zhuǎn)移的供方，將反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)硝酸鹽氮當(dāng)做氮電子進行轉(zhuǎn)移的受方進而充分把污水中的氮脫掉。只是為了保證反應(yīng)過程的正常進行，必須保證該反應(yīng)中有充足的碳源如下圖圖3所示。隨著社會的發(fā)展，生物脫氮技術(shù)也在不斷進步，現(xiàn)如今這種技術(shù)在概念以及技術(shù)工藝方面都發(fā)生了全新的變化比如時下比較盛行的生物脫氮短程硝化反硝化反應(yīng)方法、硝化反硝化同時進行反應(yīng)的生物脫氮以及生物脫氮的厭氧氨氧化技術(shù)等等。圖2：生物脫氮系統(tǒng)基本流程圖3：脫氮處理基本過程結(jié)構(gòu)圖

2.3 城市污水處理生物除磷脫氮技術(shù)之間關(guān)系

(1)SRT(即污水污泥齡)方面的技術(shù)矛盾：我們首先分析一下除磷技術(shù)，根據(jù)除磷技術(shù)使用的系統(tǒng)反應(yīng)原理，污水中SRT與磷含量成反比關(guān)系，較長時效的SRT會由于有機物質(zhì)的缺失而出現(xiàn)磷物質(zhì)的自我消融，甚至由于物質(zhì)自融后污水處理后的排泥量逐步減少而影響我們對污水中磷含量的去除效率;然而對于脫氮技術(shù)來看，由于脫氮主要是進行硝化以及反硝化反應(yīng)，其中硝化反應(yīng)主要依靠自養(yǎng)型好氧菌，反硝化反應(yīng)主要依靠兼性菌，雖然兩個反應(yīng)相比較而言前者所需SRT較大，可是為了實現(xiàn)兩個反應(yīng)的效率最大化，一定比例內(nèi)通常是呈現(xiàn)SRT與脫氮技術(shù)的正比關(guān)系。

(2)碳含量的需求矛盾：生物脫氮因為兩個反應(yīng)中硝化反應(yīng)必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的碳氮配比，而反硝化反應(yīng)由于主要利用硝酸鹽作為氮電子反應(yīng)變化的承受方，不需一定標(biāo)準(zhǔn)的碳含量污水中含碳量物質(zhì)完全可以滿足，所以只需達(dá)到硝化反應(yīng)的碳氮標(biāo)準(zhǔn)即可;然而對于除磷技術(shù)只需要污水中某些有機質(zhì)以及微生物達(dá)到一定配比就可以，基本是不需要碳物質(zhì)的。

(3)硝酸鹽對于兩項技術(shù)的互反性影響：我們知道脫氮工藝需要硝酸鹽，但是除磷工藝硝酸鹽在厭氧反應(yīng)只會產(chǎn)生阻礙發(fā)酵反應(yīng)甚至大量消耗除磷工藝過程中所必須的低分子有機物質(zhì)。雖然現(xiàn)在有些除磷工藝技術(shù)比如開普敦研發(fā)的UCT除磷技術(shù)已經(jīng)通過加大反硝化解決回流污泥問題從而充分控制了硝酸鹽對除磷工藝的影響，但是，硝化鹽對于除磷脫氮兩方面污水處理技術(shù)理論上的影響還是存在。

3 城市污水處理對生物除磷脫氮技術(shù)的改進需求

通過上文我們了解到生物除磷脫氮技術(shù)是存在很多矛盾的，為了更好地進行污水治理工作，我們需要充分均衡生物除磷脫氮工藝，研究可以將除磷與脫氮緊密相連的綜合性污水處理技術(shù)，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有很多改進性技術(shù)，比如為了解決碳物質(zhì)引起的除磷脫氮矛盾，一般是將工藝進行順序倒敘把原來放在技術(shù)后面的缺氧反應(yīng)部分提到最前面，同時將厭氧反映部分放到工藝的最后。這樣就可以讓工藝中需要一定標(biāo)準(zhǔn)碳量的脫氮菌最先接觸到碳物質(zhì)，充分將反硝化反應(yīng)進行速度提升。與此同時，還可以將原有的硝酸鹽對除磷的干擾性降低。除此之外還有一項實踐證明效果顯著的新工藝就是污水除磷脫氮同步氧化溝技術(shù)(如下圖圖4所示)。這個新技術(shù)主要通過將活性污泥處理反應(yīng)進行加時，

從而實現(xiàn)減少甚至充分把控污水中污染物質(zhì)，以及簡化了工藝流程，節(jié)約操作成本等目的，目前我國已經(jīng)在四川新都修建了新技術(shù)展示的示范性工程。下面就探討一下除磷脫氮組合技術(shù)改進方向問題：圖4：污水除磷脫氮處理同步氧化溝技術(shù)3.1 新技術(shù)研究設(shè)想：

①氧環(huán)境轉(zhuǎn)換設(shè)想：因為生物除磷應(yīng)該在好氧、厭氧相互適時變換的條件下進行，生物脫氮要在分開后的好氧、缺氧環(huán)境下進行反應(yīng)。為此我們可以參考圖五結(jié)構(gòu)將氧氣分為好氧、缺氧、厭氧三種環(huán)境。并根據(jù)氧環(huán)境的改變，以及改進進水或回流等方法進行技術(shù)整合，現(xiàn)今類似的組合工藝主要有UCT、SBR、氧化溝以及生物轉(zhuǎn)盤等。圖5②技術(shù)組合分布改進設(shè)想：運用城市污水處理過程中除磷工藝的厭氧好氧性作為原理進行常溫環(huán)境下污水氨氮發(fā)生亞硝酸化反應(yīng)以及目前使用比較多的ANAMMOX和CANON等技術(shù)，實現(xiàn)高效率，高質(zhì)量，低消耗的綜合技術(shù)需要對操作流程進行污水循環(huán)治理。

4 結(jié)論

城市污水處理生物技術(shù)中，除磷脫氮工藝是最為復(fù)雜最為艱難的，但是相信只要我們能對生物除磷脫氮進行有效研究，并充分做好除磷脫氮技術(shù)間的平衡問題，城市污水生物除磷脫氮技術(shù)一定會為污水處理帶來更高效率以及更高的經(jīng)濟效益。

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收稿日期：2013-4-12

作者簡介：鄭新華(1979-)，男，助理工程師，研究方向：環(huán)境保護.

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