本文從生物脫氮除磷傳統(tǒng)工藝講到脫氮除磷的新工藝，脫氮除磷工藝的新舊演變一起來看看吧~

生物脫氮除磷傳統(tǒng)工藝

脫氮的傳統(tǒng)工藝

自然界中氮一般有四種形態(tài)：有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等。

生活污水中的氮主要形態(tài)是有機氮和氨氮。有機氮占生活污水含氮量的40-60%，氨氮占50-60%，亞硝酸鹽和硝酸鹽氮僅占0-5%。

污水生物脫氮的可能途徑

傳統(tǒng)上，通過兩步生物反應(yīng)，即硝化(NH4+→NO3-)與反硝化(NO3-→N2)，實現(xiàn)污水的生物脫氮。

硝化反應(yīng)可表示為：

亞硝化反應(yīng)

NH4+ + O2 + HCO3- → NO2-  + H2O + H2CO3 + 亞硝酸菌

硝化反應(yīng)

NO2- + NH4+ + H2CO3 + HCO3-+ O2 → NO3- + H2O + 硝酸菌

總反應(yīng)

NH4+ + O2 + HCO3- → NO3- + H2O + H2CO3 + 微生物細(xì)胞

反硝化反應(yīng)如下：

NO3-+ CH3OH + H2CO3 →N2↑+H2O + HCO3-+微生物細(xì)胞

生物脫氮工藝

傳統(tǒng)生物脫氮存在哪些問題?

首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗大量能源(因為曝氣)；

其次，還需要有足夠碳源(COD)來還原硝酸氮到氮氣。

除磷傳統(tǒng)工藝

磷最常見的形式有：

無機磷：磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO43-）；聚磷酸鹽；有機磷。

生活污水中的含磷量一般在10-15mg/L左右，其中70%是可溶性的。

活性污泥在好氧、厭氧交替條件下時，活性污泥中可產(chǎn)生所謂的“聚磷菌”。聚磷菌在好氧條件下從廢水中過量攝取磷，形成多聚磷酸鹽作為貯藏物質(zhì)。排放的剩余污泥中的含磷量在6%左右（污泥干重）。

A/O除磷工藝系統(tǒng)

為防止水體富營養(yǎng)化，一般污水處理既需要脫氮，也需要除磷，是否可以把兩者結(jié)合起來實現(xiàn)氮磷同時去除？

A2/O工藝生物除磷脫氮生化代謝模型

脫氮除磷的新工藝

脫氮新工藝

1.中溫亞硝化（SHARON）

亞硝化/反硝化脫氮

即(NH4+→ NO2-) ，(NO2- → N2)

硝化作用

NH4+ + 1.5O2=NO2-  + H2O + 2H+

NH4+ + 2O2= NO3-  + H2O + 2H+

節(jié)約O2  25%

脫氮作用

6NO2-  + 3CH3OH + 3CO2 =  3N2 + 6HCO3- + 3H2O

6NO3- + 5CH3OH + CO2 =  3N2 + 6HCO3- + 7H2O

節(jié)約 CH3OH 40%

亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的最小污泥齡與溫度關(guān)系

SHARON工藝的基本工作原理便是利用溫度高有利于亞硝化細(xì)菌增殖這一特點，使硝化細(xì)菌失去競爭。

2.厭氧氨(氮)氧化（ANAMMOX）

氨氮以亞硝酸氮作為電子接受體而被直接氧化至成氮氣，即：

NH4++ NO2-= N2+2H2O

NH4++ 1.5O2 =NO2-+H2O+2H+    （?G= -275kjmol-1）

NH4++2O2= NO3-+H2O +2H+       （?G= -349kjmol-1）

NH4++NO2- = N2 + 2H2O               （?G= -357kjmol-1）

從這一反應(yīng)中所產(chǎn)生的Gibbs自由能甚至比產(chǎn)生于好氧氨(氮)氧化(硝化)的能量還高，所以，能夠支持自養(yǎng)細(xì)菌生長。

ANAMMOX微生物的增長率與產(chǎn)率是非常低的。但是氮的轉(zhuǎn)換率卻為0.25mgN/(mgSS·d)，這與傳統(tǒng)好氧硝化的轉(zhuǎn)換率相當(dāng)。ANAMMOX反應(yīng)在10～43℃的溫度范圍內(nèi)具有活性，適宜的pH為6.7～8.3。ANAMMOX無需有機碳源存在，碳酸鹽/二氧化碳是ANAMMOX微生物生長所需的無機碳源。

3.SHARON與ANAMMOX結(jié)合工藝

SHARON與ANAMMOX結(jié)合主要針對高濃度氨氮污水。進(jìn)水首先進(jìn)入一懸浮、無污泥停留的SHARON單元，運行最佳溫度為35℃。

SHARON與ANAMMOX相結(jié)合的自養(yǎng)脫氮工藝流程

SHARON與ANAMMOX結(jié)合自養(yǎng)脫氮小試氮平衡

根據(jù)ANAMMOX的計量式，在SHARON反應(yīng)器中57%的氨氮亞硝化，在ANAMMOX反應(yīng)器中全部去除氨氮與亞硝酸氮。

NH4++1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+=0.066CH2O0.5N0.15+1.02N2+ 0.26NO3-+2.03H2O

試驗表明，在SHARON反應(yīng)器中氨氮的亞硝化率完全受pH(在6.5～7.5間)控制。所以，要想得到一個理想的亞硝化率可以靠控制pH來實現(xiàn)。

除磷新工藝

反硝化除磷細(xì)菌

脫氮要經(jīng)歷好氧(硝化)/厭氧(反硝化)，除磷要經(jīng)歷厭氧(釋放磷)/好氧(積聚磷)。如果能使反硝化細(xì)菌同時具有生物攝/放磷作用則可以將反硝化脫氮與生物除磷有機地合二為一。

在缺氧(無氧但存在硝酸氮)條件下，反硝化除磷細(xì)菌DPB (Denitrifying Phosphorus removing Bacteria) 能夠象在好氧條件下一樣，利用硝酸氮充當(dāng)電子受體，產(chǎn)生同樣的生物攝磷作用。在生物攝磷的同時，硝酸氮被還原為氮氣。

UCT工藝流程圖：

BCFS工藝流程：

BCFS工藝將每一種屬不同功能的細(xì)菌用空間分隔開來，并通過不同的循環(huán)系統(tǒng)來控制其生長環(huán)境。BCFS工藝由5個功能相對專一的獨立反應(yīng)器及3路循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成。各循環(huán)的作用如下表所示。

厭氧池

厭氧池的厭氧條件通過進(jìn)水及從缺氧池回流的缺氧混合液(其中NO3-N<0.1mg/L)來維持。

污水中的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)只被用于生物除磷。

接觸池(選擇器)

控制污泥膨脹。

接觸池中氧濃度為零，二沉池回流污泥中的微量硝酸鹽能很快地被去除。

在這種環(huán)境下，絲狀菌生長非常緩慢，可保持較低的污泥指數(shù)(SVI)。反硝化除磷菌在接觸池中也同樣發(fā)揮作用，這一過程是缺氧池反應(yīng)過程的延續(xù)。

缺氧池有兩個功能：

首先是反硝化以獲得不含硝酸鹽的污泥進(jìn)而提高厭氧池的釋磷效率，其次是利用好氧池中的硝酸鹽來除磷。

（缺氧/好氧）混合池主要功能是脫氮，正常情況下該池可不充氧，缺氧條件可通過氧池回流的混合液來維持。

好氧池

同常規(guī)的處理工藝一樣，其主要功能是去除COD、BOD及氨氮的硝化。

將厭氧池末端富磷上清液抽出，以離線方式在沉淀單元內(nèi)投以鐵鹽和鎂鹽予以回收。如：通過投加鎂化合物(如氯化鎂等)形成磷酸銨鎂化合物鳥糞石而分離出磷。生物污泥可免受化學(xué)藥劑的污染，使BCFS系統(tǒng)中微生物的活性不受化學(xué)污泥的影響。

BCFS工藝在荷蘭已成功運用于工程實踐中，除了具有節(jié)能低耗的優(yōu)點外，還能保持穩(wěn)定的處理水質(zhì)，使出水總磷≤0.2ｍｇ/Ｌ，總氮≤0.5ｍｇ/Ｌ。

編輯：李丹