反硝化除磷工艺及其影响因素介绍

给水排水Ｖｏｌ．３９增刊２０１３１７７反硝化除磷工艺及其影响因素介绍任亮１刘华超２（１天津市市政工程设计研究院，天津３０００５１；２济南市市政工程设计研究院有限责任公司，济南２５０１０１）摘要针对传统污水处理厂脱氮除磷工艺存在的缺陷，详细阐述了反硝化除磷机理及发展优势，并介绍了单泥和双泥两个反硝化除磷系统的研究、开发与应用现状。最后深入分析了Ｃ／Ｐ、污泥龄、溶解氧、硝酸盐负荷等因素对反硝化除磷工艺的影响，为反硝化除磷工艺的设计、运行与管理提供参考。关键词城市污水脱氮除磷反硝化除磷反硝化聚磷菌０引言近年来，污水处理厂氮磷的排放要求越来越严格，部分流域已要求达到一级Ａ要求（ＧＢ１８９１５—２００２）。针对除磷脱氮的城镇污水处理厂升级改造工作也在全国范围内迅速开展。目前，应用广泛的脱氮除磷工艺如Ａ２／Ｏ、氧化沟、ＳＢＲ等，均是基于传统生物硝化和反硝化机理开发而来，仅能去除污水中部分的氮和磷。通常情况下，这些工艺普遍存在基建投资大（采用空间分隔，反应器容量大）、运行费用高（硝化充氧能耗高、市政污水厂需投加碳源和补充碱度等）以及温室气体排放等一系列问题［１］。应用反硝化除磷菌进行污水脱氮除磷，能较好地解决这一问题，其已成为污水生物处理技术领域研究的热点之一。１反硝化除磷的机理反硝化除磷的主体是反硝化除磷菌，反硝化除磷菌的种属、习性特征及生存环境是众多学者的研究重点。罗宁等［２］对活性污泥中的微生物进行分离鉴定，结果认定存活于Ａ２ＮＳＢＲ工艺中的假单胞菌属、肠杆菌科细菌、气单胞菌属、莫拉氏菌属、不动杆菌属等微生物占绝大部分，也存在部分肠球菌属、链球菌属、微球菌属、葡萄球菌等。焦中志［３］在连续流双泥系统中共分离出肠杆菌科、气单胞菌属、假单胞菌属、微球菌属、链球菌属、弧菌科和产碱菌属等１５株菌。Ｎｉｃｈｏｌｉｓｈａ等［４］认为在缺氧条件下，假单胞菌属、不动杆菌属和气单胞菌属中的一些细菌在完成除磷任务的同时，也能完成反硝化反应。周康群［５］等研究认为反硝化细菌中的假单胞菌属、肠杆菌科和副球菌属在缺氧条件下均有一定的聚磷能力，聚磷能力的大小顺序为假单胞菌属＞肠杆菌科细菌＞副球菌，其中假单胞菌属利用硝酸盐最为彻底，而肠杆菌科和副球菌则不能完全利用硝酸盐。２反硝化除磷工艺研究进展自从Ｋｕｂａ等人在ＳＢＲ工艺中发现反硝化除磷现象以来［６］，越来越多的学者开始研究与开发反硝化除磷工艺。根据ＤＰＢ是否与硝化菌共存，反硝化除磷工艺可分为单泥系统和双泥系统两种类型。２．１单污泥系统单污泥系统是在整个工艺系统中，硝化细菌与反硝化聚磷菌共同存在于厌氧、缺氧、好氧相互交替的环境中。典型的代表工艺是ＭＵＣＴ工艺。众所周知，相对于Ａ２／Ｏ工艺，ＵＣＴ工艺中更加强化了聚磷菌（ＰＡＯｓ）的生存，但有研究者发现ＵＣＴ工艺中存在较多的反硝化除磷菌［７］。之后，大量针对富集ＤＰＢ的研究相继开展，ＭＵＣＴ工艺就是在ＵＣＴ工艺的基础上发展而来的。与ＵＣＴ工艺相比，ＭＵＣＴ工艺增加了接触池和混合池，其环境更有利于ＤＰＢ的生长［８］，如图１所示。接触池介于厌氧池与缺氧池之间，呈缺氧状态，图１ＭＵＣＴ工艺流程１７８给水排水Ｖｏｌ．３９增刊２０１３其作用类似于ＡＢ工艺中Ａ段，活性污泥大量吸附原水中的有机物，同时能将回流污泥中带入的硝酸盐通过反硝化去除。混合池呈缺氧状态，可实现同步硝化反硝化，起到去除总氮的作用。独立设置混合池的好处在于：①富集ＤＰＢ进行反硝化除磷，可实现污泥减量；②抑制污泥膨胀；③最大程度地保证污泥再生而不影响反硝化或除磷；④可根据水负荷大小，灵活调整曝气强度，保证系统稳定运行。此外，在ＭＵＣＴ工艺中增加了混合液内循环Ｑ１（见图１），其作用是强化硝化能力，同时增加同步硝化反硝化的机会，为提高总氮去除率和降低出水氮浓度创造条件［９］。２．２双污泥系统在双污泥系统中，ＤＰＢ与硝化细菌单独存在于不同的环境（构筑物）中，实现了硝化和除磷功能的分离。硝化池通常单独设计成好氧ＳＢＲ反应器或者固定膜生物反应器。典型的双污泥系统工艺有Ｄｅｐｈａｎｏｘ、Ａ２Ｎ等。理论上讲，双污泥系统避免了聚磷菌和反硝化菌对挥发性有机酸的竞争，同时硝化系统与反硝化除磷系统可自由选择污泥龄，不存在污泥龄长短的矛盾问题（硝化菌生长速率慢，所需污泥龄较长，而聚磷菌所需污泥龄相对较短）。２．２．１Ｄｅｐｈａｎｏｘ工艺Ｄｅｐｈａｎｏｘ双污泥反硝化除磷工艺是由Ｗａｎｎｅｒ等［１０］首次提出的，工艺流程如图２所示。在Ｄｅｐｈａ－ｎｏｘ工艺中，回流污泥中的ＤＰＢ利用进水中的有机碳源，在厌氧池进行释磷并储存聚β－羟基丁酸（ＰＨＢ），然后进入沉淀池完成分离，分离出的富含ＤＰＢ污泥不经硝化池而超越至缺氧池，与硝化池产生的硝化液（含硝酸盐）在缺氧池完成反硝化除磷反应；而沉淀池上清液（含氨氮）进入硝化池，完成硝化反应。整个系统中，硝化