【摘 要】有效地降低废水中氮、磷含量已成为现代废水处理技术的一项新课题。而传统的化学法或物理化学法进行脱氮、除磷不仅运行费用高，也不适合污水处理量很大的城市。因此，采用生物方法对含氮、磷污水进行处理成为研究和现场应用的热点。本文对此进行了探讨。
【关键词】生活污水；脱氮除磷；工艺
一、生活污水脱氮除磷的重要性
在我国广大城市和农村，由于资金和技术的原因，污水处理设施严重不足，近 80%的污水未经有效处理就直接排入自然水体，已经使全国近 40%的河段遭受污染，90%以上城市水域被严重污染，其中化学需氧量 859.4万t；氨氮排放量97.3万t。现有的二级生物处理法无法实现氮磷去除，大量未经处理的氮磷直接排入受纳水体，造成水体富营养化严重。由于氮磷是藻类生长的限制因子，废水中排放的氮磷会引起藻类的过渡繁殖，导致水体的富营养化。随着氮磷污染问题的日益尖锐化以及公众环境意识的加强，越来越多的国家和地区制定了相当严格的污水氮磷排放标准和不同的等级的实施规划。常规的二级生化处理工艺稳定可靠，可以有效地降低污水的 BOD，但对污水中同时存在的 N、P 等营养物只能去除10%～20%，而典型城市污水中 TKN：50～60mg/L，TP：4～20mg/L，因此采用传统的二级生化处理工艺并不能够全面解决营养物对水体的污染和富营养化危害的问题，其结果远不能达到二级排放标准。因此，采用生物方法对含氮、磷污水进行处理成为研究和现场应用的热点。
二、生物脱氮除磷机制研究
1、生物处理中氮的转化
污水中的氮主要以氨氮和有机氮形式存在，一般情况下只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮，在未经处理的污水中，有机氮占总氮量的 40%左右，氨氮占 60%左右，亚硝酸盐和硝酸盐氮占 0～5%左右。生物处理中去除氮包括被微生物同化成新细胞及通过硝化、反硝化而被转化为分子氮气并逸入大气。据统计，通过同化作用去除的氮通常占原污水BOD 的 4%～5%。这说明同化合成细胞的去氮量少，单位处理设施效率低，处理成本高，因而污水系统中氮的去除主要依靠硝化反硝化实现的。氨氮通过硝化作用转化为硝酸盐氮，在通过反硝化作用生成 N2。在整个生物脱氮过程中主要参与的细菌有三个类群，氨化细菌，进行有机化合物的脱氨基作用，生成氨氮；亚硝化和硝化细菌，将 NH3转化为 NO2-和 NO3-；反硝化细菌将 NO2-和 NO3-转化为 N2。在整个脱氮过程中，硝化反应是最为重要的。
2、生物除磷的生化机制
所谓生物除磷，是利用聚磷菌等一类微生物，在数量上超过其生理需求的从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，以排放剩余污泥的形式排出系统，达到从废水中除磷的效果。（1）生物除磷主要依靠一类统称为聚磷菌的微生物实现，该类微生物均属异样型细菌（2）在厌氧条件下，兼性聚磷菌将溶解性 BOD 转化为低分子发酵产物挥发性有机酸，生物聚磷菌则依靠聚磷的水解吸收产生的 VFAs 并以聚磷酸盐的形式储存，在这过程中释放磷酸盐和能量，形成 ADP。（3）在好氧条件下，聚磷菌以游离氧为电子受体，不断地氧化分解其体内储存的有机底物。并利用产生的能量，在透过膜的催化作用下，通过主动运输从外部环境过量摄取 H3PO4，摄入的 H3PO4一部分合成 ATP，其余的用于合成聚磷酸盐，好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过剩余污泥可实现磷的高效排出。（4）聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，基质为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释磷迅速而彻底。而基质为非挥发性有机酸，释磷缓慢，且量较少。（5）一部分聚磷菌具有脱氮功能，在无游离氧的条件下，可利用硝酸盐进行呼吸，将其转化为 N2和 N2O，且大量吸入磷。因此厌氧段混入硝酸盐，一部分易降解碳源被反硝化利用，不利于厌氧释磷。聚磷菌通过厌氧、好氧环境的交替，实现磷的去除。研究人员认为厌氧期间聚磷菌的释磷水平越充分，对于后续的好氧过量吸磷能力也就越强；反过来，好氧磷的摄取越好越彻底，聚磷量越大，相应的对于在厌氧期间磷的有效释放也就越有保证。
三、脱氮除磷工艺
生物脱氮首先是通过一些化能自养的微生物进行硝化反应，将废水中的氨氮在亚硝化细菌作用氧化成亚硝酸氮，再通过硝化细菌进一步转化为硝酸氮，然后经过反硝化过程，将硝酸盐氮和亚硝酸氮在某些兼性异养型微生物作用下还原为氮气，实现氮的去除同时去除 COD 的目的；生物除磷则是利用通过特定环境培养的嗜磷细菌，通过厌氧和好氧环境的交替实现磷的大量聚集，并以剩余污泥的形式从系统排出磷，达到除磷的目的。正是基于这些基本原理，研究人员开发了一些列生物脱氮除磷工艺。
1、厌氧、缺氧、好氧组合工艺
根据处理的要求和废水的水质情况，在 A/O 或 A2/O 工艺的基础上稍加变化，又开发出很多新的脱氮除磷工艺，如Bardenpho工艺、UCT 工艺。这些工艺或通过增加缺氧、好氧反应器的级数来强化处理效果，或通过改变混合液的回流方式或系统的进水方式，采用两股混合液回流，在传统的好氧池混合液回流的基础上，增加了由缺氧池至厌氧池的混合液回流，由于缺氧池中的反硝化作用已大大降低了池内 N 的浓度，这样就可以避免缺氧池回流液携带的-N 浓度过高而破坏厌氧池的厌氧状态，影响除磷效果。
2、Phostrip 工艺
由于脱氮和除磷的工艺要求不同，脱氮需要低负荷、长泥龄，而除磷则正好相反，因此，为了克服在同一体系脱氮除磷的矛盾，出现了一些旁流除磷工艺，Phostrip 工艺就是此类工艺的典型一例。Phostrip 工艺将生物和化学除磷结合起来，一部分回流污泥被分流到专门的除磷池进行磷的释放，含磷的上清液再通过石灰混凝沉淀处理，大部分磷以磷酸钙的形式沉淀去除，出水总磷浓度低于1mg/L，由于旁流除磷，所以工艺耐冲击负荷，缺点是工艺流程复杂，运行管理不便。 3、SBR工艺
SBR工艺是在同一反应器完成脱氮除磷的工艺。它是通过对进水、曝气时间、反应器内溶解氧浓度等运行参数的合理控制，在时间序列上实现厌氧/缺氧/好氧的组合，在控制良好的情况下，N、P 的去除率可以达到 90%以上，与其他工艺相比，SBR 工艺的处理构筑物少，处理过程大为简化，该工艺对水质、水量的变化具有一定的适应性，不宜产生污泥膨胀。CAST 就是应用较广的一种。CAST 即循环式活性污泥法，它最显著的特点是在反应器的前端有一生物选择器，生物选择器是一个容积较小的污水、污泥接触区，它的设计要严格遵循活性污泥种群组成动力学的有关规律，创造合适的微生物生长条件，以及在高污泥絮体负荷条件下有利于磷释放的环境。设计合理的生物选择器可以有效地抑制丝状性细菌的大量繁殖，克服污泥膨胀，提高系统的稳定性。进水与 20%由主反应区回流的活性污泥在生物选择器内混合接触，这样，污泥循环经过高有机负荷的选择器，低负荷的反应器，容易形成小颗粒絮凝性的污泥，这种污泥由于表面积较大，所以可以吸附大量的有机质，同时也增大了絮体的密实度；另一方面，反应区通过合适的供氧，在微生物絮体的表面到内部可以形成由好氧到缺氧，溶解氧呈梯度降低的环境，这样，硝化、反硝化过程就可以籍助生物絮体，在絮体的表面和内部同时发生。CAST 运行控制简单，整个过程只有曝气、沉淀两阶段，却能达到深度脱氮除磷的效果。由于形成了凝聚性污泥，所以耐冲击负荷能力强，对一些工业污水比例较大的城市污水，处理效果仍良好。
4、膜-活性污泥法组合工艺
清华大学对生活污水的深度处理技术作了许多研究，将微生物的生物降解和膜的高效分离作用结合起来，利用膜-活性污泥法组合工艺处理生活污水，研究了无机膜、超滤膜和错流式膜-生物反应器的运行情况及其水力学、生物动力学等特性，这些组合反应器，不仅占地面积小，而且处理水质好，对生活污水的 TP、COD 和 NH4+-N 的去除率可分别达到 95%、96%、93%以上。如果膜的清洗再生更为简化，工艺运行费用有望降低，该工艺对干旱地区的污水处理再回用，将有广阔的前景。
参考文献：
[1]戴镇生.厌氧-好氧活性污泥法的应用前景.中国给水排水 .2004，10（4）.
[2]周岳溪. 废水生物除磷机理及间歇式生物处理工艺的研究.清华大学，2004.
[3]张波，高廷耀. 生物脱氮除磷工艺厌氧/缺氧环境倒置效应. 中国给水排水.2001 （7）.
【关键词】生活污水；脱氮除磷；工艺
一、生活污水脱氮除磷的重要性
在我国广大城市和农村，由于资金和技术的原因，污水处理设施严重不足，近 80%的污水未经有效处理就直接排入自然水体，已经使全国近 40%的河段遭受污染，90%以上城市水域被严重污染，其中化学需氧量 859.4万t；氨氮排放量97.3万t。现有的二级生物处理法无法实现氮磷去除，大量未经处理的氮磷直接排入受纳水体，造成水体富营养化严重。由于氮磷是藻类生长的限制因子，废水中排放的氮磷会引起藻类的过渡繁殖，导致水体的富营养化。随着氮磷污染问题的日益尖锐化以及公众环境意识的加强，越来越多的国家和地区制定了相当严格的污水氮磷排放标准和不同的等级的实施规划。常规的二级生化处理工艺稳定可靠，可以有效地降低污水的 BOD，但对污水中同时存在的 N、P 等营养物只能去除10%～20%，而典型城市污水中 TKN：50～60mg/L，TP：4～20mg/L，因此采用传统的二级生化处理工艺并不能够全面解决营养物对水体的污染和富营养化危害的问题，其结果远不能达到二级排放标准。因此，采用生物方法对含氮、磷污水进行处理成为研究和现场应用的热点。
二、生物脱氮除磷机制研究
1、生物处理中氮的转化
污水中的氮主要以氨氮和有机氮形式存在，一般情况下只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮，在未经处理的污水中，有机氮占总氮量的 40%左右，氨氮占 60%左右，亚硝酸盐和硝酸盐氮占 0～5%左右。生物处理中去除氮包括被微生物同化成新细胞及通过硝化、反硝化而被转化为分子氮气并逸入大气。据统计，通过同化作用去除的氮通常占原污水BOD 的 4%～5%。这说明同化合成细胞的去氮量少，单位处理设施效率低，处理成本高，因而污水系统中氮的去除主要依靠硝化反硝化实现的。氨氮通过硝化作用转化为硝酸盐氮，在通过反硝化作用生成 N2。在整个生物脱氮过程中主要参与的细菌有三个类群，氨化细菌，进行有机化合物的脱氨基作用，生成氨氮；亚硝化和硝化细菌，将 NH3转化为 NO2-和 NO3-；反硝化细菌将 NO2-和 NO3-转化为 N2。在整个脱氮过程中，硝化反应是最为重要的。
2、生物除磷的生化机制
所谓生物除磷，是利用聚磷菌等一类微生物，在数量上超过其生理需求的从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，以排放剩余污泥的形式排出系统，达到从废水中除磷的效果。（1）生物除磷主要依靠一类统称为聚磷菌的微生物实现，该类微生物均属异样型细菌（2）在厌氧条件下，兼性聚磷菌将溶解性 BOD 转化为低分子发酵产物挥发性有机酸，生物聚磷菌则依靠聚磷的水解吸收产生的 VFAs 并以聚磷酸盐的形式储存，在这过程中释放磷酸盐和能量，形成 ADP。（3）在好氧条件下，聚磷菌以游离氧为电子受体，不断地氧化分解其体内储存的有机底物。并利用产生的能量，在透过膜的催化作用下，通过主动运输从外部环境过量摄取 H3PO4，摄入的 H3PO4一部分合成 ATP，其余的用于合成聚磷酸盐，好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过剩余污泥可实现磷的高效排出。（4）聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，基质为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释磷迅速而彻底。而基质为非挥发性有机酸，释磷缓慢，且量较少。（5）一部分聚磷菌具有脱氮功能，在无游离氧的条件下，可利用硝酸盐进行呼吸，将其转化为 N2和 N2O，且大量吸入磷。因此厌氧段混入硝酸盐，一部分易降解碳源被反硝化利用，不利于厌氧释磷。聚磷菌通过厌氧、好氧环境的交替，实现磷的去除。研究人员认为厌氧期间聚磷菌的释磷水平越充分，对于后续的好氧过量吸磷能力也就越强；反过来，好氧磷的摄取越好越彻底，聚磷量越大，相应的对于在厌氧期间磷的有效释放也就越有保证。
三、脱氮除磷工艺
生物脱氮首先是通过一些化能自养的微生物进行硝化反应，将废水中的氨氮在亚硝化细菌作用氧化成亚硝酸氮，再通过硝化细菌进一步转化为硝酸氮，然后经过反硝化过程，将硝酸盐氮和亚硝酸氮在某些兼性异养型微生物作用下还原为氮气，实现氮的去除同时去除 COD 的目的；生物除磷则是利用通过特定环境培养的嗜磷细菌，通过厌氧和好氧环境的交替实现磷的大量聚集，并以剩余污泥的形式从系统排出磷，达到除磷的目的。正是基于这些基本原理，研究人员开发了一些列生物脱氮除磷工艺。
1、厌氧、缺氧、好氧组合工艺
根据处理的要求和废水的水质情况，在 A/O 或 A2/O 工艺的基础上稍加变化，又开发出很多新的脱氮除磷工艺，如Bardenpho工艺、UCT 工艺。这些工艺或通过增加缺氧、好氧反应器的级数来强化处理效果，或通过改变混合液的回流方式或系统的进水方式，采用两股混合液回流，在传统的好氧池混合液回流的基础上，增加了由缺氧池至厌氧池的混合液回流，由于缺氧池中的反硝化作用已大大降低了池内 N 的浓度，这样就可以避免缺氧池回流液携带的-N 浓度过高而破坏厌氧池的厌氧状态，影响除磷效果。
2、Phostrip 工艺
由于脱氮和除磷的工艺要求不同，脱氮需要低负荷、长泥龄，而除磷则正好相反，因此，为了克服在同一体系脱氮除磷的矛盾，出现了一些旁流除磷工艺，Phostrip 工艺就是此类工艺的典型一例。Phostrip 工艺将生物和化学除磷结合起来，一部分回流污泥被分流到专门的除磷池进行磷的释放，含磷的上清液再通过石灰混凝沉淀处理，大部分磷以磷酸钙的形式沉淀去除，出水总磷浓度低于1mg/L，由于旁流除磷，所以工艺耐冲击负荷，缺点是工艺流程复杂，运行管理不便。 3、SBR工艺
SBR工艺是在同一反应器完成脱氮除磷的工艺。它是通过对进水、曝气时间、反应器内溶解氧浓度等运行参数的合理控制，在时间序列上实现厌氧/缺氧/好氧的组合，在控制良好的情况下，N、P 的去除率可以达到 90%以上，与其他工艺相比，SBR 工艺的处理构筑物少，处理过程大为简化，该工艺对水质、水量的变化具有一定的适应性，不宜产生污泥膨胀。CAST 就是应用较广的一种。CAST 即循环式活性污泥法，它最显著的特点是在反应器的前端有一生物选择器，生物选择器是一个容积较小的污水、污泥接触区，它的设计要严格遵循活性污泥种群组成动力学的有关规律，创造合适的微生物生长条件，以及在高污泥絮体负荷条件下有利于磷释放的环境。设计合理的生物选择器可以有效地抑制丝状性细菌的大量繁殖，克服污泥膨胀，提高系统的稳定性。进水与 20%由主反应区回流的活性污泥在生物选择器内混合接触，这样，污泥循环经过高有机负荷的选择器，低负荷的反应器，容易形成小颗粒絮凝性的污泥，这种污泥由于表面积较大，所以可以吸附大量的有机质，同时也增大了絮体的密实度；另一方面，反应区通过合适的供氧，在微生物絮体的表面到内部可以形成由好氧到缺氧，溶解氧呈梯度降低的环境，这样，硝化、反硝化过程就可以籍助生物絮体，在絮体的表面和内部同时发生。CAST 运行控制简单，整个过程只有曝气、沉淀两阶段，却能达到深度脱氮除磷的效果。由于形成了凝聚性污泥，所以耐冲击负荷能力强，对一些工业污水比例较大的城市污水，处理效果仍良好。
4、膜-活性污泥法组合工艺
清华大学对生活污水的深度处理技术作了许多研究，将微生物的生物降解和膜的高效分离作用结合起来，利用膜-活性污泥法组合工艺处理生活污水，研究了无机膜、超滤膜和错流式膜-生物反应器的运行情况及其水力学、生物动力学等特性，这些组合反应器，不仅占地面积小，而且处理水质好，对生活污水的 TP、COD 和 NH4+-N 的去除率可分别达到 95%、96%、93%以上。如果膜的清洗再生更为简化，工艺运行费用有望降低，该工艺对干旱地区的污水处理再回用，将有广阔的前景。
参考文献：
[1]戴镇生.厌氧-好氧活性污泥法的应用前景.中国给水排水 .2004，10（4）.
[2]周岳溪. 废水生物除磷机理及间歇式生物处理工艺的研究.清华大学，2004.
[3]张波，高廷耀. 生物脱氮除磷工艺厌氧/缺氧环境倒置效应. 中国给水排水.2001 （7）.