廣東化工2015年第20期.92.www.gdchem.com第42卷總第310期污水脫氮除磷的研究張立東*，白廷洲2，譚彪2(1. 吉林化工學院資源與環(huán)境工程學院，吉林吉林132000 2.蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院，甘肅蘭州730070)[摘要]我國富營 養(yǎng)化水體爆發(fā)水華和赤潮的水質惡化現(xiàn)象時有發(fā)生，而污水中氮磷是水體富營養(yǎng)化的元首。為了水體生態(tài)環(huán)境不被進一步破壞，詳慮水資源再生循環(huán)利用，我國各類污水排放標準及再生水回用標準均對氮、磷提出了限值。文章基于污水脫氮除磷機理對其相關處理方法進行綜述，以三維電極生物膜法為深度處理方法，提出了優(yōu)化二:級生物處理I藝的發(fā)展趨勢。[關鍵 詞]脫氨除磷: SBR: CAST: MSBR: A/O;三維電極生物膜法[中圖分類號]X[文獻標識碼]A[文章編號1007-18652015)20-0092-02Studies of Denitrification and Phosphorus Removal from WastewaterZhang Lidong', Bai Tingzhou?, Tan Biao2(1. School of Resources and Environmental Engineering.Jilin Chemical College, Jilin 132000;2. School of Environmental and Municipal Engineering, Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)Abstract: The eutrophication of water body bloom and red tide water quality deterioration are often happened, and nitrogen and phosphorus in sewage is thehead of eutrophicain. In order to avoid further destruction, considering the water resources recyeling use, more kinds of sewage and reclaimed water reusestandards for nitrogen and phosphorus threshold are put forward in our country. The paper based on wastewater denirification and phosphorus removal mechanismrelated to its treatment methods were reviewed, with three-dimensional elctrode biological membrane method for deep processing, and put forward the optimizationof the development trend of the secondary biological treatment process.Keywords: dritification and phosphorus removal; SBR; CAST: MSBR: A7/O; three -dimensional electrode biological membrane method我國大部分地區(qū)嚴重缺水，解決水資源短缺矛盾的一個重要和外源基質，產生質子驅動力將體外的PO,輸送到體內合成ATP出路是城市污水廠出水的再生利用12]。污水回用用途包括城市綠和核酸，將過剩的PO2聚合成細胞貯存物:多聚磷酸鹽(異染顆化、補充城市景觀水體、市政雜用和農業(yè)灌溉用水等可粒)4-)。目前我國各類再生水回用標準均對氮、磷提出了回用限值。2脫氮除磷的方法我國目前66 %以上的湖泊、水庫處于富營養(yǎng)化的水平，其中重富從生物脫氮除磷的機理分析來看，生物脫氮除磷工藝基本上營養(yǎng)和超富營養(yǎng)的占22%，使得富營養(yǎng)化成為我國湖泊目前與今包括厭氧、缺氧、好氧3種狀態(tài)，這3個不同的工作狀態(tài)可以在后相當長一段時期內的重大水環(huán)境問題1371。研究表明，對于湖泊、空間上進行分離，也可以在時間上進行分離。近年來，隨著對生水庫等封閉性水域，當水體內無機態(tài)總氮含量大于0.2 mg/L,總物脫氮除磷的機理研究不斷深入，以及各種新材料、新技術、新磷大于0.01 mg/L時，就有可能引起水華現(xiàn)象的發(fā)生，導致水體2人渾濁，喪失觀賞、娛樂價值，同時帶來衛(wèi)生學方面的問題設備的不斷運用，衍生出了許多新的生物脫氮除磷工藝，其中典型的幾種處理工藝如下。污水再 生回用是解決水資源危機的必然途徑。污水廠二級出2.1 SBR工藝SBR工藝即為序批式好氧生物處理工藝，其去除有機物的機水碳氮比普遍偏低，在深度脫氮除磷方面存在著碳源不足的問題。理在于充氧時與普通活性污泥法相同，不同點是其在運行時，進因此，研究高效經濟的新工藝用于低碳氮比污水廠二級出水中氮水、反應、沉淀、排水及靜置5個工序，依次在一個反應池中周和磷的深度去除，已成為目前迫切需要解決的關鍵問題。地法注不寶重去碼二次油和化1生物脫氮除磷機理期性運行，不需要專設二沉池和污泥回流系統(tǒng)，系統(tǒng)自動運行及污泥培養(yǎng)、馴化均比較容易0121 該法處理焦化廢水有1.1生物脫氮機理著獨有的優(yōu)勢:一 一是不要空間分割，上就能創(chuàng)造出缺氧和好污水生物脫氮的基本原理就是在將有機氮轉化為氨態(tài)氮的氧的環(huán)境，即具有AO的功能，十分有利于氨氮和COD的去除?；A上，先利用好氧段經硝化作用，由硝化細菌和亞硝化細菌的二是該法的沉淀是-種靜止的沉淀,對污泥沉淀性能不好的廢水，協(xié)同作用，將氨氮通過反硝化作用轉化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，即，固液分離效果非常明顯。三是該法可以省去二沉池，其古地面積將NH轉化為NO和NO.在缺氧條件下通過反硝化作用將硝相對要小- -些。陳平采用缺氧-好氧-缺氧結合的運行方式，曝氣氮轉化為氮氣，即，將NO和NO2(經反硝化)還原為氮氣，溢出16h,進水COD、NH3-N 分別為1200 mg/L、250 mg/L時，出水水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環(huán)。水中含氮物質大量減少，降低出水的潛在危險性，達到從廢水中脫氮的目的為SBR工藝的應用提供的物質基礎。但因為SBR是間歇運行的，廢水中氮的去除還包括靠微生物的同化作用將氮轉化為細為了解決連續(xù)進水問題，至少需要設置兩套SBR設施，進行切換胞原生質成分。主要過程如下:氨化作用是有機氮在氨化菌的作運行141.用下轉化為氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下進-一步轉化為硝2.2CAST工藝酸鹽氮。其中亞硝酸菌和硝酸菌為好氧自養(yǎng)菌，以無機碳化合物CAST實際上是一種循環(huán)SBR活性污泥法，反應器中活性污為碳源，從氨氮或亞硝酸鹽氮的氧化反應中獲取能量。其中硝化泥不斷重復曝氣和非曝氣過程，生物反應和泥水分離在同一池內的最佳溫度在純培養(yǎng)中為25-35 C，在土壤中為30-40 C，最佳完成，與SBR同樣使用潷水器。污水首先進入選擇器，污水中溶pH偏堿性。反硝化作用是反硝化菌(大多數(shù)是異養(yǎng)型兼性厭氧菌，解性的有機物通過生物作用得到去除，回流污泥中硝酸鹽也此時DO<0.5 mg/L)在缺氧的條件下，以硝酸鹽氮為電子受體，以有機得到反硝化:然后進入?yún)捬鯀^(qū)，此時為微生物釋磷提供條件:第物為電子供體進行厭氧吸，將硝酸鹽氮還原為N2或NO同時降三區(qū)為主曝氣區(qū)，主要進行BOD降解，同時硝化反硝化10.15.161解有機物。CAST綜合了以往除磷脫氮工藝的優(yōu)點，保證了各污染物質降解.1.2生物除磷機理的最大速率環(huán)境，去除有機污染物效率更高，脫氮除磷效果更好。磷在自然界以兩種狀態(tài)存在:子在:可浴態(tài)和顆粒態(tài)態(tài)18.91。所謂的除2.3 MSBR工藝磷就是把水中溶解性磷轉化為顆粒性磷，達到磷水分離。連續(xù)流序批式活性污泥法I藝(簡稱MSBR)。首先，污水進厭氧釋磷過程: 聚磷菌在厭氧條件下，分解體內的多聚磷酸入?yún)捬醭?，回流活性污泥中的聚磷菌在此充分釋磷，然后混合液鹽產生ATP,利用ATP以主動運輸方式吸收產酸菌提供的三類基進入缺氧池反硝化。反硝化后的污水進入好氧池，有機物在好氧質進入細胞內合成PHB.與此同時釋放出PO。于環(huán)境中間。條件下被降解，活性污泥充分吸磷后再進入起沉淀作用的SBR,好氧吸磷過程:聚磷菌在好氧條件下，分解機體內的PHB澄清后上清液排放。此時另一邊的SBR在1.5 Q回流量的條件下[收稿日期] 2015-08-23[作者簡介]張立東(1977-), 男，吉林九臺人， 碩士，講師，研究水處理技術及水資源利用及環(huán)境污染治理等方向。*● 為通訊作者。2015年第20期廣東化工第42卷總第310期www.gdchem.com. 93.進行反硝化、硝化或靜置預沉。回流污泥首先進入濃縮池濃縮，-般污水處理廠中所應用的污水處理工藝大多由前文所述，上清液直接進入好氧池，而濃縮污泥進入缺氧池。這樣，一方 面經其工藝處理后的污水氮磷指標可能并不能滿足不引起水體富營可以進行反硝化，另一方面 可先消耗掉回流濃縮污泥中的溶解氧養(yǎng)化的標準，所以污水處理廠二級處理過的尾水還需要進一步的和硝酸鹽，為隨后進行的厭氧釋磷提供更為有利的條件9.0.1。進行脫氮除磷，如三維電極生物膜工藝。2.4A/O工藝三維電極生物膜脫氨工藝易操作、無需外加碳源、處理效率A/O工藝是在一個處理系統(tǒng)中同時具有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好高、無二次污染，目前關于三維電極生物膜深度脫氮工藝用于微(區(qū)，能夠同時作到脫氮、除磷和有機物的降解，污水進入?yún)捬跷廴舅纳疃让摰难芯恳呀浫遮吷钊?，并已取得一些進展。 利反應區(qū)，同時進入的還有從二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厭用電極生物膜法去除水中的硝酸鹽氮是目前國內外研究的熱點，氧條件下釋磷，同時轉化易降解COD、VFA為PHB,部分含氮且已有研究尚有不成熟之處，有繼續(xù)研究的必要和空間。有機物進行氨1化17.18。污水經過第一個 厭氧反應器以后進入缺可以通過改變傳統(tǒng)三維電極生物膜工藝的填料構成及結構氧反應器，本反應器的首要功能是進行脫氮。硝職影明態(tài)費通過混合形式來強化三維電極生物膜工藝的脫氮除磷性能。即在傳統(tǒng)三維內循環(huán)由好氧反應器傳輸過來，通常內回流量為2~4倍原污水流加入呈一定梯度比例量，部分有機物在反硝化菌的作用下利用硝酸鹽作為電子受體而電極生物膜工藝(3DBER)前段加入星一定梯度比例的海綿鐵，成“填料微電凝聚”段:后段加入一定比例的硫磺，形成“氫自得到降解去除?；旌弦簭娜毖醴磻獏^(qū)進入好氧反應區(qū)，混合液中養(yǎng)+硫自養(yǎng)"耦合的復合反硝化段，從而形成新型復合三維電的COD濃度已基本接近排放標準，在好氧反應區(qū)除進一步降解物膜強化脫氮除磷工藝。有機物外，主要進行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝態(tài)氮回流至缺氧反應區(qū)，污泥中過量吸收的磷通過剩余污泥排除.n。參考文獻陳希林等采用 A7O工藝并延長好氧池HRT,在系統(tǒng)水溫[]胡洪營，吳乾元，黃晶晶，等。國家“水專項”研究課題-城市污水再10-14 C的情況下對COD、氨氮、總氮和總磷去除率高達92.4 %、生利用面臨的重要科學問題與技術需求[0].建設科技，2010(3): 33-35.83.8%、72.7 %和87.1 %8]。該工藝流程簡潔，污泥在厭氧、缺氧、好氧環(huán)境中交替運行，[2]周彤.污水回用是解決城市缺水的有效途徑，給水排水，2001, 27(11); :絲狀菌不能大量繁殖，污泥沉降性能好?？捎糜谔幚砉I(yè)廢水比[3]王明智，李謙，范改娜，等.再生水回用于景觀水體氨營養(yǎng)鹽對葉綠素重較大城市污水，也較容易用于生物法處理的老污水廠的改造'2。a和藻密度的影響研究[J].給水排水，2010, 36(1): 117-121.3三維電極生物膜工藝研究現(xiàn)狀[4]張小霓，廖冬梅，陳明靜，城市中水回用于循環(huán)冷卻水的氨氮去除試驗電極-生物膜反應器(Biofilm-Eletrode Reactor, BER)反 硝化研究[J電力環(huán)境保護，2006(6).工藝是將電化學法與生物膜法相結合，在物理電極上進行微生物[5]虞啟義，黃種買，顧小紅。城市污水再生回用作循環(huán)冷卻水的相關問題掛膜，在電極間通以直流電進行電解，陰極產生的氫氣被微生物切中國給水排水，2003(3)高效利用以進行自養(yǎng)反硝化脫氮。與需要外加有機碳源的傳統(tǒng)異[6]茍曉東，黃種買，董欣楊，污水回用作工業(yè)循環(huán)冷卻水的影響因素研究養(yǎng)反硝化工藝相比，該工藝曾被認為是適合微污染飲用水脫氮新D.天津化工，2004(1).1992年Mello3ll等首次發(fā)現(xiàn)固定在陰極的反硝化酶可以利用[7]許晶晶.城市污水二級處理出水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的防腐防垢研究[D].北京交通大學，2007.電解水產生的H2將NO,還原為N2,并首先提出電極-生物反應器[8]婁金生主編.水污染治理新工藝與設計(第二版).北京:海洋出版社，的概念。2002.1993年Sakakibara等以反硝化菌代替反硝化酶進行關于微電[9]謝水波，余建主編.現(xiàn)代給水排水工程設計.長沙: 湖南大學出版社，流促進生物脫氮的研究，開發(fā)出生物膜-電極反應器。2000.1998 年，F(xiàn)eleke 等將簡式BER用于含溶解氧、so2并且無[10]張自杰主編，排水工程(下冊)第四版.北京:中國建筑出版社，2000.有學地日水中的地下水的處理試驗，結果表明，盡管地下水中通常含[1]陳平，郭良琮，11棟平，黃偉、應用SBR法處理焦化廢水[]，煤礦環(huán)境保護，有多種離子，的NO0;和仍能被有效去除，即該工藝具2001，[12]李榮波.焦化廢水處理的現(xiàn)狀與展望[A].2001年全國工業(yè)用水與廢水38-40.有高度選擇性此后， 國內外對于這一一領域的相關研究又有了進一步的進處理技術交流會論文匯編[C]. 200.展，主要研究結論為:電極-生物膜工藝是電化學作用和生物反硝[13]羅時新，彭以水. SBR法處理大麻脫膠廢水的應用[A].計算機模擬與化作用相耦合的過程，電流可以有效促進生物反硝化作用:生物反硝化作用包括自養(yǎng)和異養(yǎng)反硝化，電流的促進作用主要體現(xiàn)為[14]溫桂照.缺氧-SBR技術處理焦化廢水的研究[D].廣東工業(yè)大學，2001.對自養(yǎng)反硝化作用的促進。有研究顯示，電極生物膜工藝反應體[1S]Goronszy MG,朱明權。循環(huán)式活性污泥法(CAST)的應用及其發(fā)展系有利于自養(yǎng)反硝化菌的生長，主要是因為陰極電解產生的H2[].中國給水排水，1996， 12(6): 4-10.可以作為氫自養(yǎng)反硝化細菌的電子供體，而碳陽極電解產生的[16]孫劍輝，閆怡新.循環(huán)式活性污泥法(CAST)的設計要點[].中國給水CO2則可以為這些自養(yǎng)菌提供無機碳源。與此同時， 反應體系中排水，2003， 19(1): 89-91.異養(yǎng)反硝化菌利用水中有機碳源做電子供體，與自養(yǎng)菌共同實現(xiàn)[17]彭軼，彭永臻，吳昌永. A7O工藝中反硝化除磷[].環(huán)境工程學報，反硝化脫氮。因此電極生物膜反應器在電流與生物膜的耦合作用2008, 2(6); 752-756.下具有比普通生物膜工藝更高效的脫氮效果。另外，微弱電流的[18]陳希林，張有利.高原地區(qū)溶解氧濃度對A3/0工藝運行效果研究[].青刺激作用，還能強化生物代謝和傳質過程，促進生物反應進程，海環(huán)境，2012, 02: 57-60.提高污染物去除率。因此，該方法能節(jié)省碳源消耗，特別適宜碳[19]溫沁雪，唐致文，陳志強，等. A3/O 工藝好氧末段溶解氧變化對脫氮源不足的地下水及再生水的深度脫氮處理21-27。除磷影響[J].環(huán)境工程學報，2010, 5(5); 1041-1046.電極生物膜法強化脫氮的關鍵在于提高反應器中的生物量[20]王佳偉，周軍，甘一萍，等，A7/o工藝脫氮除磷效果的影響及解決辦和電流效率，促進生物反硝化過程。為解決這一問題，曲久輝等法U]。給水排水，2009, 35(1): 35-37.將三維電極引入了該反應器，即用一定體積的填料裝填于傳統(tǒng)二[21]姚靜華，趙國智，氮磷比對三維電極/生物膜反應器反硝化效果的影響維電解反應器中，成為的一一極(第三極)，稱為三維電極生物膜[D]，中國給水排水，2012.反應器。Zhou Minghual29等的研究發(fā)現(xiàn)，三維電極生物膜工藝的[22]陳建平，楊昌柱，張敬東，等.復極性三維電極生物膜法脫除二級生碳陽極和填料可在電解過程中釋放CO2為自養(yǎng)反硝化菌提供無機化出水中的COD和硝酸鹽氮.給水排水，2006.碳源，并使反應器自身具有pH緩沖性能。通過二維電極生物膜[23]姚靜華，趙國智，田光明，等.復三維電極-生物膜反應器脫除飲用水反應器和三維電極生物膜反應器的靜態(tài)和動態(tài)特性的對比，發(fā)現(xiàn)中硝酸鹽的試驗研究([J].環(huán)境科學學報，2012, 32(6): 133-1341三維電極生物膜反應器的TOC和硝酸鹽去除效率都有了極大提[24]胡傳俠，楊昌柱，楊群，等.固定化三維電極生物膜法去除污水中硝目前，對三維電極生物膜工藝的研究主要集中在反應器結構[25]曲久輝，范彬，劉鎖祥，等，電解產氫自養(yǎng)反硝化去除地下水中硝酸形式、電極材料與填料選擇、反硝化脫氮性能等方面，而如何強鹽氮的研究[].環(huán)境科學，2001.化其自養(yǎng)反硝化過程和工藝特性，進一一步降低反硝化過程對碳氮[26]黃顯懷，鮑立寧，馬利民，電極生物膜法處理水中硝酸鹽氮的試驗研比的依賴，并實現(xiàn)同步深度脫氮除磷的研究報道較少。究[D].哈爾濱工業(yè)大學學報，2003.4結語[27]王濤，電極生物膜法去除地下水硝酸鹽[D].合肥工業(yè)的大學，2012.現(xiàn)今，污水的處理不僅僅是簡單的去除水中的懸浮物、有機[28]王海燕，曲久輝，雷鵬舉，介質粒徑對復三維電極生物膜脫硝反應器物等雜質，水中的一些氮磷等溶解性物質也應達到排放標準再排的影響[].環(huán)境科學學報，2003, 23(): 64-68.入自然水體，同時現(xiàn)行的城市污水再生利用用水水質標準的要求(下轉第98頁)也應相應的提高。廣東化工2015年第20期.98www.gdchem.com第42卷總第310期表3中藥廢水組合處理工藝的工程應用情況Tab.3 Engineering Application of Combined Crafts for Chinese Medicine Wastewater主體處理工藝處理規(guī)模.運行費用噸水投資COD(mgL")說明/(m'd)/(元m)1(元m)進水出水兩相厭氧_接觸氧化-BAF1500.8434666000≤100太極國光制藥網ABR-復合好氧-BAF001600- 2000江西宜春市某中藥公司UASB-MBR1.7623752000-500050某中藥廠161ABR.氧化溝1.15510012000廣西某制藥廣川水解酸化-接觸氧化1.52140≤150河南某藥業(yè)8水解酸化-兩級接觸氧化428.623332233.6安徽某制藥廠191水解接觸氧化-UNITANK802.39475335000南京某中藥企201CSTR-UASBAF-CAR7000 40000哈中藥二廠口交叉流好氧反應池二期1500 .(2)厭氧(缺氧)-好氧處理工藝。藥廢水[].哈爾濱工業(yè)大學學報，2007, 39(2): 246-250.厭氧法處理中藥廢水可提高廢水的可生化性，降低廢水的毒[11]白曉惠，張立秋，王欣澤，等.復合式厭氧反應器處理中藥廢水[J].給性和抑菌性，但處理出水無法達排放標準，企業(yè)大多采用厭氧(缺水排水，199 25() 39-40.氧)-好氧組合工藝處理中藥廢水，工程應用情況見表3。目前組合[12]李東偉，李斗，王克浩，等.二相厭氧應用于中藥廢水一級處理[J.水工藝的實驗研究，主要有水解酸化-SBR-BAF2水解酸化-兩級處理技術，2006, 32(4); 81-83.BAF21、兩相厭氧消化兼性/好氧接觸氧化購。陸天友等[2)利用[I3]Xiaolei Liu, Nanqi Ren, Yixing Yuan. Performance of a periodic anaerobic中試規(guī)模A7/0型一體式氧化溝工藝處理中藥廢水，出水達污水綜baffled reactor fed on Chinese traditional medicine industrial合排放標準(GB 8978-1996)- -級標準，為進一步的放大和工程應wastewater[J]. Bioresource Technology, 2009， 100(1); 104-110.用提供了數(shù)據(jù)支持。[14]李東偉，李偉民，張嫻嫻，高濃度中藥廢水處理工程設計[J].重慶建筑大學學報，2005, 27(5): 87-90.3結語如何提高各類傳統(tǒng)技術對中藥廢水的處理效率，以及加大力[15]王白楊，凌曉，趙方方，等. 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