反硝化除磷工艺及影响因素研究

摘 要：对近年来国内外关于反硝化除磷原理、工艺及其运行的影响因素进行了综述。工艺影响因素主要包括碳源种类及浓度、C/N/P比值、电子受体、污泥停留时间、容积交换比与内循环比、以及后续好氧曝气的作用，并指出了反硝化除磷研究的发展方向。

关键词：反硝化除磷；工艺；影响因素

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）18019702

1 引言

随着反硝化除磷现象的发现，研究者开始了对反硝化除磷菌的大量研究。该细菌可以在缺氧条件下以硝酸盐为电子受体进行吸磷，且研究表明反硝化聚磷菌具有与好氧聚磷菌极为相似的代谢特征和同样高的生物除磷效能。由于反硝化聚磷菌的反硝化吸磷能力，使得除磷和脱氮在同一种环境下，借助同一种微生物的代谢作用完成，因此，能够节约碳源，降低曝气能耗，且产生的剩余污泥量大大降低。

笔者通过查阅国内外相关文献，对反硝化除磷机理、工艺及工艺影响因素进行综述，并指出了现有研究中存在的问题以及未来的发展方向，以期为相关行业技术人员提供一定的理论参考。

2 反硝化除磷机理

反硝化除磷菌是在厌氧-缺氧条件下富集的,兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物。

在厌氧阶段，反硝化聚磷菌吸收水中低分子挥发性有机酸，并以PHB（聚β-羟基丁酸酯）形式储存于体内，与此同时，细胞内的多聚磷酸盐被水解，无机磷酸盐被释放到水中。在缺氧阶段，反硝化聚磷菌以NO-3-N为电子受体，氧化体内PHB，利用PHB降解所产生的能量超量吸收水中的无机磷酸盐，以多聚磷酸盐的形式储存在细胞体内，从而实现反硝化除磷。通过排放剩余污泥，实现磷的去除。

3 反硝化除磷工艺

根据硝化菌与反硝化除磷菌在系统中所处的位置，反硝化除磷工艺可以分为单污泥系统和双污泥系统。

单污泥系统中，DPB、硝化菌及其他菌存在于同一污泥相中，共同经历厌氧、缺氧和好氧环境。主要工艺形式有UCT、MUCT、BCFS、SBR等。单污泥系统通过硝化、反硝化及强化生物除磷等过程实现氮磷去除，但是DPB细菌、硝化细菌及其他异养菌同时存在于悬浮增长的混合液中，硝化菌需要较长的好氧段来实现对氨氮的彻底硝化，而好氧时间较长则抑制DPB的生长和活性。因此，单污泥系统运行的关键在于保证DPB适宜的生长条件。

在双污泥系统中，将硝化细菌与DPB细菌分开于两个不同的反应器中，可以分别控制硝化细菌和反硝化除磷细菌的环境条件，形成适宜的生长环境，能够有效解决除磷和脱氮的矛盾。主要工艺形式有Dephanox、A2N、A2NSBR、PASF、BICT等。

4 反硝化除磷工艺影响因素研究

反硝化除磷工艺不断开发和更新，研究者致力于工艺运行的研究，开展了各种运行参数的影响研究。

4.1 碳源种类

在脱氮除磷系统中，碳源主要用于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。一般认为，反硝化聚磷菌只能利用水中VFA进行厌氧释磷，因此，污水中不同形式的碳源只有水解酸化成VFA后，才能用于厌氧释磷，而不同形式的有机碳源，其水解酸化过程不同导致厌氧释磷效果存在差异。初沉池污泥水解产物为碳源时，反硝化速率为29.58mg/g·h，甲醇为碳源时反硝化速率为12.38mg/g·h，生活污水中有机物为碳源时反硝化速率为9.04mg/g·h，而以内碳源脱氮效率最低，约为5.4mg/L·h。

最近的研究表明在除磷系统中存在一种与PAO类似的细菌，聚糖菌GAO在厌氧环境中吸收VFA但不释放磷。因此，此类细菌与PAO或DPB竞争有限的有机基质。在特定的情况下使PAO/DPB处于不利地位而影响反硝化除磷系统的正常运行。

4.2 碳源浓度

反硝化菌反硝化过程需要碳源，聚磷菌利用碳源合成PHB，为后续摄取磷提供能量。研究表明，在厌氧释磷阶段随着碳源浓度在一定范围内升高，释磷最大速率增大，黄建等实验发现COD由200mg/L提高至800mg/L，最大释磷量由5mg/L提升至50mg/L。而在缺氧阶段聚磷菌摄磷速率随碳源浓度的增大而降低。张红等研究发现COD在80～240mg/L范围内，缺氧吸磷速率随COD浓度增加而降低。王亚宜等实验表明，初始COD浓度在100～200mg/L范围内，缺氧阶段后期水中磷的浓度基本为0mg/L，且磷的摄取速率随COD浓度的增大而升高。当COD浓度达到300mg/L时，出水磷浓度增大。可见，多余的碳源进入缺氧段消耗了电子受体，进而影响到DPBs的吸磷效率。

4.3 C/N/P比值

资料表明：缺氧条件下反硝化吸磷速率与厌氧段合成的PHB有关。丁彩娟研究表明：在缺氧条件下以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷中PHB的消耗量与吸磷量及脱氮量之间呈典型的指数关系；C/N为9～30，C/P为23～58时反硝化除磷效果最佳。郭海娟等研究表明：当进水中C/N/P约为250∶60∶8时，水中COD，N，P基本上完全去除。赵庆等发现在A/ASBR系统中，进水C/P>23，C/N>5的条件下，SBR对磷氮去除率保持在90%以上。一般认为，若要使处理出水中的磷质量浓度控制在1.0mg/L以下，进水中的C/P应控制在20～30。由上可知C/N/P的比值对反硝化除磷工艺各不相同，需进一步研究。

4.4 电子受体

在生物除磷工艺中，进水中的NO-3或NO-2影响厌氧释磷进而影响缺氧吸磷。而缺氧吸磷效果与硝酸盐量有关，较高的NO-3浓度有利于反硝化除磷效率的提高，NO-2对反硝化除磷的影响则不尽相同。

4.4.1 硝酸盐

王晓莲等研究了A2/O工艺中曝气浓度对啤酒废水的去除效果，研究发现A2/O工艺中反硝化吸磷量明显高于好氧吸磷量，提供充足的NO-3有利于提高缺氧段的吸磷量。刘慧等对（A/A）SBR反应器研究发现，进水硝氮浓度大于1.5mg/L时，释磷量与释磷速率均随着硝氮浓度的升高而降低，反应器的出水硝氮质量浓度控制在4mg/L以下最佳，超过7mg/L时系统除磷效果迅速下降。