生物除磷脱氮技术的研究动向_林燕

述评与讨论生物除磷脱氮技术的研究动向林燕,杨永哲,袁林江,彭党聪,王志盈(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055)摘要:在参阅大量国内外文献资料的基础上,综述了生物除磷脱氮技术的现状及发展趋势,介绍了针对系统环境条件、碳源需求以及对反硝化聚磷的诱导与调控等领域内的研究动向。关键词:生物处理;除磷;脱氮中图分类号:X703.1文献标识码:B文章编号:1000-4602(2002)07-0020-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(50008014)氮、磷等植物营养型污染物的排放会导致水体的富营养化。《污水综合排放标准》(GB8978—1996)对所有排放污水中的氮、磷含量都做出了明确的规定,其中磷(以正磷酸盐计)的排放要严格控制在0.5mg/L(一级标准)和1mg/L(二级标准)以下,因此今后大多数城市污水处理厂都要考虑采用除磷脱氮的技术措施。生物脱氮除磷技术由于具有同时脱除C、N、P且处理成本低等优点而得到广泛应用。各国学者根据厌氧、缺氧、好氧等池子的大小、排列、数量增减以及混合液循环和回流方式的变化,开发出了一系列生物除磷工艺和技术,其中有很多工艺是由A2/O工艺改进而来,如VIP工艺、UCT工艺以及JHB等。另外,还有通过对曝气供氧的控制在空间和时间上形成厌氧与缺氧环境的氧化沟工艺和SBR工艺。在这些生物除磷脱氮工艺中,目前发展并应用于工程实践的有:Bardenpho工艺、A/O工艺、MUCT工艺、SBR工艺、Phoredox工艺和氧化沟工艺等,各种工艺都是尽可能将除磷和脱氮过程分开以排除相互干扰。虽然有些工艺几乎完全解决了两者之间的主要矛盾,但工艺变得复杂了,增加了构筑物以及处理成本。随着近代生物学的发展以及人们对生物技术的掌握,脱氮除磷技术由以单纯工艺改革向着以生物学特性研究、促进工艺改革的方向发展,以达到高效低耗。1对系统环境条件的研究系统中硝化菌与聚磷菌间的矛盾主要在于泥龄。由于硝化菌世代周期较长,而聚磷菌多为短世代微生物,在泥龄上存在着矛盾。针对此矛盾,在污水处理工艺的系统设计及运行中,一般将泥龄控制在较窄的范围内,以兼顾除磷与脱氮的需要。另外为了能够充分发挥脱氮菌与聚磷菌的各自优势,有的研究者提出了改良的工艺流程以使两种菌的泥龄矛盾得以解决。近几年有很多研究提出将活性污泥法与生物膜法相结合以缓解这一矛盾[1],这时系统中就存在两种菌群:短泥龄悬浮态活性污泥菌群和长泥龄的生物膜上附着的菌群,这样就很好地解决了硝化菌与聚磷菌间的泥龄矛盾。由于快速生物降解COD理论的发展,人们逐渐认识到反硝化菌与聚磷菌间的矛盾主要是由基质竞争引起的,因而现今有很大一部分研究者将工作的重点转移到了对碳源需求的研究上。2解决碳源需求问题的研究脱氮和除磷过程中的反硝化菌和聚磷菌间的矛盾主要是由基质竞争引起的。传统生物除磷机理认为[2～4]:在厌氧环境下,聚磷菌只能利用污水中的易生物降解物质,其他都要经水解/发酵后转化为乙酸等VFA后才能被聚磷菌利用。而在缺氧环境下,·20·中国给水排水2002Vol.18CHINAWATER&WASTEWATERNo.7反硝化菌先于聚磷菌利用这类有机物进行脱氮,导致PAO释磷程度降低,细胞内PHB“库存量”减少。同时厌氧条件下磷释放的充分程度和合成的PHB量是随后好氧条件下过量摄磷的充分条件和决定性因素。因此系统的除磷效率取决于污水中易生物降解的溶解性有机物(RBCOD)的多少,一般进水溶解性BOD/TP≥15时才能保证出水磷含量<1mg/L,而实际上污水中这类有机物有限,这部分碳源相对不足导致整个系统脱氮除磷效率不佳[2]。为此,国外自20世纪80年代以来进行了大量的研究,提出了向污水中投加甲醇(称外加有机碳源),并应用于工程实践。然而,虽然外加有机碳源使反硝化速率加快,脱氮效率提高,但运行成本也相应大幅度增加,因而这种方法很少采用。基于以上原因,研究者们进行了大量的工艺改进。①改进工艺以将除磷和脱氮在空间或时间上分开,即在不同反应器或同一反应器的不同时间段,分别设置厌氧、缺氧、好氧环境来满足脱氮与除磷要求,这样做一方面是为了使PAO能够优先摄取到污水中的VFA,尽可能充分地释放磷,聚积PHB(如A2/O工艺);另一方面尽量避免脱氮过程中从好氧段回流来的混合液中的硝酸盐与PAO接触,以消除硝酸盐对除磷过程所造成的不良影响(如Barden-phor工艺)。②快速可替代有机碳源的研究。进入20世纪90年代后,寻找快速可替代有机碳源已经成了污水生物除磷脱氮的研究热点之一。在城市污水中颗粒态有机物(占污水COD组成的60%)可通过沉淀去除,其中一般初沉池对其去除率可达60%[3]。这些颗粒态有机物再加上初沉池中的脂肪、蛋白质等就构成了大量的有机碳源,如果能将这些慢速降解有机碳源的一部分转化