废水生物脱氮除磷工艺研究

薛力强

摘要：废水当中的磷和氮是引起水体富营养化的根本因素，目前生物脱氮除磷技术作为一种能够实现环境保护的主要处理措施，将会成为未来水体富营养化问题解决和废水处理的主要方案，对此深入探究其相关工艺的发展具有极大必要性。

关键词：脱氮除磷；废水；生物处理；工艺研究

引言：

生物的重要营养源就是氮与磷，在废水中有着极高含量，也是导致水体富营养化的本质因素。一般废水之中的氮元素基本都是无机形态，常见的有亚硝酸盐、硝酸盐等。在社会公众环保意识不断提升下，废水治理也取得了突破性发展。现阶段废水的脱氮除磷方式依然是化学和物理两种方式，其中前者效果优良，但最后产生的污泥却可能会引起二次污染；后者对于基础设施要求较高，机械构造比较复杂，比较适合应用在大型的废水处理之中。生物法主要通过微生物实现，对于微生物所处环境要求比较严格，往往在实验室条件中效果比较优良，实际应用效果总不尽如人意，但该方式环保性强、副作用小，从长远角度看，这是当前废水处理最合理的方式，因此必须对其处理工艺进行研究。

一、工艺原理

使用生物法进行脱氮主要有三个基本步骤：一是有机氮会在氨化菌的影响下，通过转化与分解转化成氨氮；二是在硝化菌的影响下，通过氧化和分解转为硝态氮；三是在缺氧环境下，反硝化菌会使硝化过程当中的硝态氮被还原为气态氮，并排放至大气当中^[1]。相关研究发现，在硝化与反硝化之中，部分细菌能够以硝酸根或者亚硝酸根为电子受体，直接使氨态氮氧化成气态氮，给处理工艺的发展奠定了理论依据。生物除磷就是指聚磷菌在厌氧条件之下吸收磷，并在好氧条件下释放磷。其原理主要在于通过微生物的代谢活动实现对有机氮和磷的分解与转化。

二、传统工艺的弊端

（一）微生物的生长条件受到的限制比较大

在废水处理之中应用生物法脱氮除磷，就是利用多类微生物的相互作用实现的。传统的该类工艺通常都是单一化的悬浮物生长系统，无法同时达到所有微生物的最佳生长要求，比如无法同时满足硝化菌以及反硝化菌等，所以最终的处理效果往往都不够理想化。

（二）碳源问题比较显著

在整个处理系统当中，碳源的消耗基本体现在反硝化等过程中。但是污水当中较易降解的有机物所产生的碳元素十分有限，而反硝化反应等基本反应速率都和碳源有着密切关系，所以要确保最终的处理效果，还要进一步加大对碳源问题的研究与处理^[2]。

（三）泥龄问题比较显著

良好的泥龄是确保硝化效果最大的保障。一旦泥龄过长就会使得硝化中的活性污泥活性降低，进而给聚磷菌对于磷的吸收带来一定影响，使得活性污泥之中的糖类物质不断增长，其他菌也会有所积累。因此为了达到泥龄要求，往往要把整个处理系统控制在泥龄比较窄的范围之中运行，但实际运行时还依然会出现不稳定的现象。

（四）回流污泥之中存在的硝酸盐相关问题

在整个处理系统之中，硝化菌以及反硝化菌等发挥着重要作用。传统工艺当中，缺氧区都设置在好氧区之前，所以好氧区其污泥回流往往会使得一些硝酸盐进入缺氧区，使得反硝化菌和聚磷菌实现竞争，影响到了聚磷菌的正常代谢与生长，从而给除磷效果带来不良影响。

三、工艺研究

（一）改进型的 工艺

对于该工艺来说，其基本原理就在于反硝化除磷，在理论方面加强了氮和磷处理效率。实际应用时，当污水在进入整个处理系统之后，先会和回流污泥混合并吸附一定量的有机质，接下来上清液就会进入独立的硝化系统之中，下层有机污泥进入厌氧区，并和整个区块重新混合，使氮吹脱之后流入二沉池，最后进行排放^[3]。这一工艺最大的特征就在于具有独立的硝化系统，能够促使硝化反应的充分进行，同时还可以给反硝化带来所需氮源，促使整个系统实现平稳运行。在这之中化学需氧量（COD）的去除率超过了80%，氨氮的去除率也基本保持在80%左右，总氮和总磷的去除率也都能够达到60%以上，整体效果比较显著。

（二）BCFS工艺

该工艺是一种改进的氧化沟组合工艺，是目前已经被投入使用的一种处理系统。其原理主要应用了DPB的缺氧反硝化除磷效果，实现了对磷的完全去除以及对氮的优化去除。其中包含了厌氧池、缺氧池、选择池、好氧池等几项主池和三个循环系统，在真正意义上实现了反硝化脱氮和生物除磷的充分结合^[4]。在这之中为了有效提升脱氮的效果，其设计泥龄一般比较长，通常为50天。在磷的去除方面，一是好氧池当中的硝化液会直接回流至缺氧池之中，二是厌氧池后方设计有专门的除磷装置，通过专用泵把污泥输送到污泥浓缩池之后利用氯化铁实现除磷。其最大的特点就在于氮与磷的去除效率比较高，最后的污泥量也要比传统处理方式少大约10%；同时整个运行过程比较简单，具有极大的应用前景。

（三） 组合工艺

_其工艺原理主要是短程硝化反硝化，和传统方式最大的区别就在于把氨氮氧化控制在了亚硝化过程，直接实现了反硝化，有效减少了反应时间，整体除磷效果比较强。在厌氧氨氧化工艺之中，由于其中使用的是自氧菌，所以并不需要额外添加碳源，使得整个硝化反应中的充氧能耗得到了有效控制。所以把该工艺当作硝化反应器，再把

工艺作为反硝化反应器，两者组合在一起，就能够实现对高氨氮浓度废水的有效处理，且能够最大程度上降低反应时间和污泥量。

四、结束语

总的来说，应用生物法进行废水脱氮除磷主要就是把氮和磷从废水之中完全去除，以避免水体出现富营养化，强化废水处理效果。当前 工艺、BCFS工艺和 组合工艺都是突破传统处理工艺发展起来的工艺，是向着高效、经济和低耗的方向发展的工艺。相关研究者对这类工艺已经做出了大量研究，部分工艺也都已经被应用到了实践之中。但目前这类工艺其原理和实践都还不够成熟，相关的影响因素等还亟需进行进一步研究，所以未来还应针对这一方面加大研究力度。

参考文献：

[1] 张晖. 污水处理脱氮除磷新工艺与原理探究[J]. 科技经济导刊, 2019, 000(018):P.93-93.

[2] 王君. 脱氮除磷新工艺在污水处理中的应用研究[J]. 山西化工, 2019, 039(003):205-206.

[3] 张新. 污水处理厂生物脱氮除磷工艺探讨[J]. 陕西建筑, 2017, 000(005):34-35.

[4] 陈启军. 废水处理生物脱氮除磷工艺研究[J]. 当代化工研究, 2018, 000(006):P.63-64.

作者简介：薛力强，（1987年11月-）男，汉族，籍贯山西大同，研究方向：城镇污水处理及再生水回用技术；所在单位:北京亦庄水务有限公司。