废水生物除磷技术-王森 苏州科技大学生物技术1212班 摘要：本文介绍了一些废水生物除磷技术工艺，主要对两大类废水生物除磷技术PAO和DPB的作用机理和代表性工艺技术作了简要综述。 关键词：废水生物除磷，PAO，DPB 随着工农业生产的增长，人口的急剧增加，含磷洗涤剂和农药、化肥的大量使用，水体中的磷盐不断增加。虽然氮和磷对于水生生物来说都是重要的营养物质，但是藻类等水生生物对磷更加敏感，因此影响水体富营养化最重要的元素就是磷。到目前为止，国内外常用的除磷方法主要有化学除磷和生物除磷，以及化学除磷和生物除磷相结合的生物化学除磷。 化学法运行成本高，且产生污泥量大，因此人们对生物除磷技术充满了兴趣，下面将介绍几种废水生物除磷技术。 1、传统聚磷微生物（PAO）除磷工艺 1.1、作用机理 传统的除磷工艺是在厌氧、好氧交替运行条件下达到除磷效果的。在厌氧条件下，兼性细菌通过发酵将可溶性BOD转化为低分子有机物。聚磷菌在分解细胞的聚磷酸盐的同时产生ATP，它们利用ATP将废水中的低分子有机物如挥发性脂肪酸（VFA）带入细胞内，并以PHB（聚β-羟基丁酸酯）、糖原等有机颗粒形式存在于细胞内，同时将聚磷酸盐分解产生的磷酸排泄出细胞外。
聚磷菌在好氧条件下，以氧作为电子受体，利用PHB代谢释放的能量，从污水中吸收超过其生长需要的磷并以聚磷酸盐的形式贮存，同时产生新的细胞物质。普通细菌含磷量只有2%左右，而聚磷菌在好氧条件下吸收过量的磷，导致其体内含磷量超过10%，有时甚至高达30%。然后系统通过排泥口将细菌过量吸收的磷随剩余污泥一起排出，达到高效除磷的目的。1.2 代表性工艺技术1.2.1 A/O工艺与A2/O工艺A/O工艺是美国于20世纪70年代在研究活性污泥膨胀问题时开发的一种生物除磷工艺，是目前最简单的生物除磷方法。 原污水或预处理后的水在厌氧池中与回流污泥混合后进入好氧池，最后在二沉池中进行沉淀分离，出水与污泥回流外排。此过程不需进行硝化反应，一般而言，当厌氧区与好氧区的水力停留时间分别为0.5～1h、1～3h时，即可获得较好的除磷和去除有机物效果。此工艺流程的优点是工艺流程简单，不需投加药剂，建设费和运行费用较低。其问题在于除磷效果取决于剩余污泥的排放，而在二沉池中磷的释放是不可避免的。 A2/O工艺一般是在A/O工艺基础上，在厌氧池与好氧池之间增加缺氧池，将好氧区混合液返回缺氧区进行反硝化脱氮。
在厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件下，不同功能的微生物菌群的有机配合是A2/O工艺的主要特点，可同时达到去除有机物、脱氮、除磷的目的。该工艺具有抗冲击负荷能力强、水力停留时间长、运行稳定等特点。但由于受污泥龄的抑制及回流污泥中携带的溶解氧和硝态氮的影响，除磷的去除率不能很高，但与A/O工艺的除磷率相比有明显的提高。1.2.2.工艺过程与过程他在南非首创的反硝化工艺中发现，当反硝化彻底时，也有很好的除磷效果。 该方法有两组缺氧池与好氧池串联组合，每组独立设有混合液回流，进水和回流污泥直接流入第一缺氧池，最后经二沉池出水排放。在以生活污水为进水的试验中，该工艺的反硝化率为90%~95%。此工艺在南非、美国、加拿大等地应用较多。该工艺是对工艺的一种改进，以提高除磷效果。在第一缺氧池前增设厌氧池，原污水或初沉池出水与回流污泥在厌氧池内混合发酵。接下来是两组硝化、反硝化池。在第一缺氧池中进行反硝化，将硝酸氮还原为氮气，去除BOD，氨氮的氧化和磷的吸收均在第一好氧池中完成。
第二组缺氧池提供充足的停留时间，通过混合液的内源呼吸进一步去除残余的硝酸盐氮。第二组好氧池提供混合液的短时间曝气，避免二沉池处于厌氧状态。在两组池子完全反硝化后，回流污泥中已不含硝酸盐和亚硝酸盐。此工艺特别适用于低负荷污水处理厂的生物除磷、脱氮。1.2.3.UCT工艺研究中发现，在该工艺中，很难保证污泥直接回流到厌氧区而不带有硝酸根离子，对厌氧区造成不利影响。为了保证厌氧区真正达到厌氧，他们建议先将污泥回流到缺氧区，再将混合液经缺氧区回流到厌氧区，这样就产生了UCT工艺。 后来由于实际问题，将缺氧区一分为二，第一缺氧池获得来自二沉池的回流污泥，再由反应池将污泥返回厌氧池，污泥体积比为0.1。第二缺氧池获得来自曝气池的回流混合液。目前，两种UCT工艺均被广泛应用。2.兼性厌氧反硝化除磷菌（DPB）除磷工艺2.1.作用机理兼性厌氧反硝化除磷菌（DPB）可以利用氧或硝酸根离子作为电子受体，其以体内聚β-羟基丁酸酯（PHB）和糖原为基础的生物代谢原理与传统A/O法中的PAO十分相似。在厌氧阶段，可溶性BOD降解为低分子量有机物，被DPB迅速吸收并随后大量繁殖。 同时，水解细胞内的多磷酸盐，并将生成的无机磷酸盐排出细胞外。
此过程中产生的ATP和DPB用来合成大量的PHB并储存在体内；在缺氧阶段，DPB以硝酸根离子作为电子受体氧化PHB，降解PHB产生的ATP大部分供给DPB菌合成(包括糖原合成)和维持生命活动，一部分用来过量吸收水中的无机磷酸盐并以多聚磷酸盐的形式储存在菌体内。同时硝酸根离子被还原为氮气。这样在厌氧、缺氧交替操作条件下，DPB就能发挥反硝化效果。研究表明，创造厌氧、缺氧交替环境可以筛选出以硝酸根离子为电子受体的DPB。 当微生物依次经历厌氧、缺氧、好氧三个阶段时，约有50%的聚磷菌能同时利用氧和硝酸根离子作为电子受体吸收磷，其余微生物则只能以氧为电子受体，即DPB的除磷效果约相当于总聚磷菌的50%。这一结果说明，DPB除以氧为电子受体外，还可利用硝酸根离子作为电子受体氧化。污水生物除磷系统中确实存在DPB微生物，通过驯化可得到富含DPB的活性污泥。2.2.代表性工艺技术2.2.1.BCFS工艺BCFS工艺是在UCT工艺基础上增加两个反应池：在厌氧池与缺氧池之间增加接触池；在缺氧池与好氧池之间增加混合池；增加两个混合液循环。 接触池为厌氧性，一方面可以使回流污泥与来自厌氧池的混合液在池内充分混合，吸收剩余的COD；另一方面可以使回流污泥中的硝酸氮被快速反硝化去除，有效防止丝状菌引起的污泥膨胀。
混合池的低氧环境可以在不影响反硝化或除磷的情况下最大程度保证污泥再生，最大限度的利用DPB，获得最小的污泥产量。2.2.2.工艺进水与回流污泥完全混合后进入厌氧池，DPB吸收易降解有机底物进行PHA储存，同时释放大量的磷；然后混合液进入中间沉淀池进行泥水分离，富含氨氮的上清液直接进入侧流好氧固定生物膜反应器进行硝化；而含有大量有机物的DPB沉淀污泥，穿过固定膜反应器与好氧固定生物膜反应器流出的硝化液一起进入缺氧悬浮生长反应器，利用厌氧池储存的PHA氧化DPB所释放的能量，以硝酸根离子为电子受体，进行反硝化除磷； 反硝化除磷后的混合液进入曝气池利用氧作为电子受体继续除磷，同时氧化DPB细胞内残留的PHA，使其在下一循环中发挥最大的磷释放和PHA储备能力。混合液最后进入二沉池完成泥水分离，上清液排出，含有大量DPB的污泥部分返回厌氧池，剩余污泥外排。该工艺的优点是可以解决除磷系统反硝化碳源不足的问题，降低系统能耗，减少剩余污泥量。2.2.3.工艺该工艺是一种新型双污泥反硝化除磷工艺，由A2/O-SBR反应器和N-SBR反应器组成。
A2/O-SBR主要作用是去除COD和反硝化除磷脱氮；N-SBR反应器主要起硝化作用。这两个反应器的活性污泥是完全分开的，交换的只是每次沉淀后的上清液。在这个过程中，硝化细菌和DPB是完全分开的，在缺氧条件下实现反硝化除磷。在这个结构下，避免了传统反硝化除磷工艺中反硝化细菌和DPB对有机物的竞争，也避免了两种细菌的泥龄差异。3、磷回收技术近年来，国内外学者对废水中磷的回收工艺进行了研究，将污水生物除磷与磷的回收结合起来。意大利、日本、英国等许多国家的污水处理厂都有磷回收设备用于生产。目前，磷多以鸟粪石、磷酸钙等沉淀形式回收。 此外，也有污泥焚烧灰结晶、离子交换、磷回收等相关研究。传统的污泥热解技术是将污泥通过厌氧加热干燥到一定温度，污泥经热分解转化为油、水、不凝性气体和碳。有学者研究发现，热解法不仅能有效处理污泥，还能回收污泥中的磷。该方法是将污泥在70℃下加热1h，可分解释放出生物固体中大量的聚磷酸盐，再加入氯化钙进行沉淀，可获得污泥中总磷的75%左右。此法不仅能有效回收污泥中的磷，而且操作简便，使污泥中的磷得到循环利用。 4.结论废水生物除磷方法具有成本低、净化彻底、环保、无污染、操作简单等优点。
与磷回收技术相结合，可以更好地发挥回收的经济效益，进一步降低废水处理成本。经过一代代的改进和发展，废水生物除磷技术的回收效率得到进一步提高，成本不断降低，并不断与其他处理方法相结合，发挥更大的作用。参考文献：1.李根东，刁树申。“废水生物除磷技术探讨”[J].《环境技术》2005（1）；2.曹海燕，孙云丽，刘必成，张艳秋。“废水生物除磷技术综述”[J].《水科学与工程技术》2006（5）；3.库巴T，范MCM，FA，等。UCT–type的探讨[J].水，1997，31（4）：777~786；4.王宏宇，杨凯，贾文辉，庄忠辉。 “废水生物除磷技术及其研究进展”[J].《环境技术》2002(3);5.易玲,赵诗琳.“生活污水生物除磷工艺研究”[J].《新疆环境保护》2005(1);6.MIH,DS,FA Koch.“来自in bed:a”[J].水利,57(2);7.张存珍,韩猛.“废水生物除磷及回收新技术”[J].农业与技术,2012(3).