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污水处理技术之生物脱氮除磷工艺的新旧演变所属行业: 水处理关键词：污水处理脱氮除磷生物脱氮脱氮除磷是污水处理永久的话题，今天，最终溯源，与大家聊一聊生物脱氮除磷工艺的新旧演变。
01、-生物脱氮除磷传统工艺-脱氮的传统工艺自然界中氮一般有四种形态：有机氮氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮等生活污水中的氮主要形态是有机氮和氨氮。
有机氮占生活污水含氮量的40-60%，氨氮占50-60%，亚硝酸盐和硝酸盐氮仅占0-5%。
污水生物脱氮的可能途径传统上，通过两步生物反应，即硝化(NH+4→NO-3)与反硝化(NO-3→N2)，实现污水的生物脱氮。
硝化反应可表示为：亚硝化反应NH4++O2+HCO3-→NO2-+H2O+H2CO3+亚硝酸菌硝化反应NO2-+NH4++H2CO3+HCO3-+O2→NO3-+H2O+硝酸菌总反应NH4++O2+HCO3-→NO3-+H2O+H2CO3+微生物细胞反硝化反应如下：NO3-+CH3OH+H2CO3→N2↑+H2O+HCO3-+微生物细胞生物脱氮工艺所属行业: 水处理关键词：污水处理脱氮除磷生物脱氮传统生物脱氮存在哪些问题?首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗大量能源(因为曝气)；其次，还需要有足够碳源(COD)来还原硝酸氮到氮气。
除磷传统工艺磷最常见的形式有：无机磷:磷酸盐（H2PO4-、HPO42-、PO43-）；聚磷酸盐；有机磷。
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、厌氧交替条件下时，活性污泥中可产生所谓的“聚磷菌”。
聚磷菌在好氧条件下从废水中过量摄取磷，形成多聚磷酸盐作为贮藏物质。
排放的剩余污泥中的含磷量在6%左右（污泥干重）。
A/O除磷工艺系统为防止水体富营养化，一般污水处理既需要脱氮,也需要除磷，是否可以把两者结合起来实现氮磷同时去除？A2/O工艺生物除磷脱氮生化代谢模型所属行业: 水处理关键词：污水处理脱氮除磷生物脱氮 02、-脱氮除磷的新工艺- 脱氮新工艺1.中温亚硝化（SHARON）亚硝化/反硝化脱氮即(NH4+→NO2-)，(NO2-→N2)硝化作用NH4++1.5O2→→→→NO2-+H2O+2H+NH4++2O2→→→→NO3-+H2O+2H+节约O225%脱氮作用6NO2-+3CH3OH+3CO2→→→→3N2+6HCO3-+3H2O 6NO3-+5CH3OH+CO2→→→→3N2+6HCO3-+7H2O 节约CH3OH40%亚硝化细菌和硝化细菌的最小污泥龄与温度关系SHARON工艺的基本工作原理便是利用温度高有利于亚硝化细菌增殖这一特点，使硝化细菌失去竞争。
城市污水生物除磷脱氮技术研究与应用进展作者：王淑香来源：《城市建设理论研究》2013年第26期摘要：城市污水的生物除磷脱氮技术受到日益广泛的关注。
围绕厌氧微环境、城市污水的有效碳源开发、耦合化学除磷的生物脱氮除磷技术以及反硝化新工艺等方面，综述了生物除磷脱氮技术的研究与应用进展。
关键词：城市污水；生物除磷脱氮；厌氧微环境；化学除磷；碳源；反硝化除磷；中图分类号：U664.9+2文献标识码： A引言近几十年来，污水的氮磷去除技术一直是污水处理领域的研究和开发热点。
尽管传统活性污泥法能有效地去除污水中BOD、COD、SS及其它易澄清的物质，但是其对污水中氮磷等营养物去除一般低于30%。
这样低的氮磷去除率并不能满足水体富营养化控制的要求。
要更多更高效地去除污水中氮磷，就需要采用专门的氮磷去除技术。
目前生物法脱除氮磷技术由于成本较低而受到广泛的关注。
本文对生物除磷脱氮技术的研究与应用进展进行了综述，并提出生物除磷脱氮技术发展的主要方向。
1 生物除磷脱氮主流工艺全世界范围内，开发和应用了许多工艺以有效去除污水中的氮磷。
比较典型的有缺氧-好氧（A1/O）脱氮工艺、厌氧-好氧（A2/O）除磷工艺、厌氧-缺氧-好氧（A2/O）同步除磷脱氮工艺及其改进型新工艺（如倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺等），此外还包括一些具有除磷脱氮功能的SBR工艺(如CAST工艺、DAT-IAT工艺、MSBR工艺等)以及氧化沟工艺（如Orbal工艺、卡鲁赛尔氧化沟工艺等）等。
尽管上述这些工艺得到了广泛的应用，但由于除磷和脱氮各自所需不同泥龄的矛盾，除磷效率高的系统脱氮效果差，脱氮效率高的系统除磷效果又不理想，或者脱氮和除磷效果都不理想。
2 城市污水的生物除磷脱氮工艺研究与应用发展方向2.1 厌氧微环境的改善通过减少进入厌氧区的硝态氮和溶解氧，可以提高厌氧区厌氧微环境，从而提高聚磷菌厌氧释磷和好氧过量摄磷的能力而提高生物除磷效率。
工艺方法——生物脱氮除磷技术工艺简介一、传统生物脱氮除磷技术1、传统生物脱氮原理污水经二级生化处理，在好氧条件下去除以BOD5为主的碳源污染物的同时，在氨化细菌的参与下完成脱氨基作用，并在硝化和亚硝化细菌的参与下完成硝化作用；在厌氧或缺氧条件下经反硝化细菌的参与完成反硝化作用。
2、传统生物除磷原理在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量形成ADP；在好氧条件下，聚磷菌有氧呼吸，不断地放出能量，聚磷菌在透膜酶的催化作用下利用能量、通过主动运输从外部摄取H3PO4，其中一部分与ADP结合形成ATP，另一部分合成聚磷酸盐（PHB）储存在细胞内，实现过量吸磷。
通过排除剩余污泥或侧流富集厌氧上清液将磷从系统内排除，在生物除磷过程中，碳源微生物也得到分解。
3、常用工艺及升级改造具有代表性的常用工艺有A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺、SBR 工艺、Bardenpho工艺、生物转盘工艺等，这些工艺都是通过调节工况，利用各阶段的优势菌群，尽可能的消除各影响因素间的干扰，以达到适应各阶段菌群生长条件，实现水处理效果。
近年来随着研究的深入，对常用工艺有了一些改进，目前应用最广泛、水厂升级改造难度较低的是分段进水工艺。
与传统A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺等相比，分段进水工艺可以充分利用碳源并能较好的维持好氧、厌氧（或缺氧）环境，具有脱氮除磷效率高、无需内循环、污泥浓度高、污泥龄长等优点。
分段进水工艺适用于对A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺等的升级改造，通过将生化反应池分隔并使进水按一定比例分段进入各段反应池，以充分利用碳源，解决目前污水处理厂普遍存在的碳源不足和剩余污泥量过大的问题。
分段进水工艺虽然对提高出水水质有较好的效果，但该工艺并不能提高处理能力，当水厂处于超负荷运行时，分段进水改造也不能达到良好的处理效果。
二、新型生物脱氮除磷技术近年来，科学研究发现，生物脱氮除磷过程中出现了超出传统生物脱氮除磷理论的现象，据此提出了一些新的脱氮除磷工艺，如：短程硝化反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺、反硝化除磷工艺。
城市污水生物脱氮除磷方法综述摘要：本文归纳了脱氮除磷研究中的关键问题，指出了生物脱氮除磷原理及经典工艺，并说明了脱氮除磷技术的研究进展，同时对今后的脱氮除磷工艺做了展望。
关键词：富营养化脱氮除磷 a/o/a工艺1.生物脱氮除磷机理研究1.1生物脱氮机理1.1.1 传统生物脱氮理论生物脱氮包括氨化、硝化、反硝化三个过程。
水体中的有机氮首先在氨化菌的作用下，转化为氨态氮，这也就是所谓的氨化阶段；之后是硝化阶段，硝化阶段其实由两部分组成，首先水体中的氨态氮在好氧的条件下通过亚硝化菌转化为亚硝酸盐氮，然后硝化菌在好氧的条件下将亚硝酸盐氮转化为硝酸盐氮。
最后是反硝化阶段，该阶段在缺氧的条件下，通过反硝化菌将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮转化为n2。
1.1.2 同时硝化与反硝化（snd）同时硝化与反硝化（snd）指在一定条件下，硝化与反硝化反应发生在同一处理条件及同一处理空间内的现象。
有以下优点：（1）能有效保持反应器中ph稳定，减少或取消碱度的投加。
（2）减少传统反应器的容积，节省基建费用。
（3）对于仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲， snd能够降低实现硝化、反硝化所需时间。
（4）曝气量的节省，能够进一步降低能耗。
1.1.3 短程硝化反硝化短程硝化反硝化是将硝化控制在no-2阶段而终止，随后进行反硝化。
实现短程硝化和反硝化的关键在于抑制硝酸菌的增长，从而使亚硝酸盐在硝化过程中得到稳定的积累[1]。
短程硝化反硝化可节省氧供应量约为25%，降低能耗，节省碳源40%，减少污泥生成量可达50%，减少投碱量，缩短反应时间和减少容积。
短程硝化反硝化工艺尤其适用于低碳氮比、高氨氮、高ph 值和高碱度废水的处理。
短程硝化反硝化不仅可节省工程投资，更重要的是可以节省运行费用，适用水质范围较宽。
1.2生物除磷机理1.2.1 传统生物除磷理论在厌氧的条件下，聚磷菌把细胞中的聚磷水解为正磷酸盐释放胞外，并从中获取能量，利用污水中易降解的有机物，合成储能物质聚b一经基丁酸（phb）等储于细胞内，在好氧的条件下，聚磷菌以游离氧为电子受体，氧化细胞内储存的phb，并利用该反应产生的能量，过量从污水中摄取磷酸盐，合成高能atp，其中一部分又转化为聚磷，作为能量储于细胞内，好氧吸磷大于厌氧释磷量，通过排放富磷污泥可以实现高效除磷目的。
水体富营养化日益严重, 控制污水排磷量在国际上是防止水体富营养化的一个重要策略。
生物除磷法可以克服化学法存在的药品费用高、产生大量化学污泥、增加水体的含盐量等缺点, 因而受到广泛重视和研究。
２ 生物脱氮除磷新技术
2．1 同时硝化反硝化技术
近几年许多研究者发现存在同时硝化反硝化现象，尤其是有氧条件下的反硝化现象，确实存在于不同的生物处理系统中。
如氧化沟、SBR 工艺、间歇曝气反应器工艺[3]。
SND 具有以下优点：(1)能有效保持反应器中pH 稳定，减少或取消碱度的投加。
(2)减少传统反应器的容积，节省基建费用。
(3)对于仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲，SND 能够降低实现硝化、反硝化所需时间。
(4)曝气量的节省，能够进一步降低能耗。
对于同时硝化与反硝化的反应机理初步的解释包括：反应器溶解氧分布不均理论，缺氧微环境理论和生物学理论[4]。
2．2 短程硝化反硝化技术
短程硝化反硝化的工艺有SHARON 工艺和CANON(生物膜内自养脱氮工艺)工艺。
SHARON 是一种用来处理高浓度、低碳氮比含氨废水的新型脱氮工艺。
该工艺根据亚硝酸菌和硝酸菌的不同生长条件，通过控制反应器的水力停留时间和pH ，使亚硝酸菌成为反应器的优势菌属，从而将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段，随后再进行反硝化。
与传统脱氮工艺相比，SHARON 工艺具有流程简单、脱氮速率快、投资和运行费用低等优点。
CANON 工艺实质上是通过控制生物膜内溶解氧的浓度实现短程硝化反硝化，使生物膜内聚集的亚硝化菌和ANAMMOX 微生物能同时生长，满足生物膜内一体化完全自养脱氮工艺的实现条件。
短程硝化反硝化可节省氧供应量约为25％，降低能耗，节省碳源40％，减少污泥生成量可达50％，减少投碱量，缩短反应时间和减少容积，但短程硝化反硝化的缺点是不能长久稳定地维持NO 2积累。
2．3 厌氧氨氧化(ANAMMOX)
ANAMMOX 工艺由荷兰 Delft 技术大学 Kluyver 生物技术实验室研究开发[5]。
工
生物脱氮除磷新技术及其剩余污泥发酵的研究
陈静 张维佳 黄天寅 苏州科技学院环境科学与工程学院 ２１５０１１
１ 前言
随着水体富营养化问题的尖锐化和社会发展对环境要求的提高，污水脱氮技术已经成为污水处理领域的热点和难点。
因此，研究和开发高效、经济的脱氮工艺成为当前城市污水处理的热点。
传统的氮转化方式为，有机氮在水中通过氨化菌分解成无机的氨态氮，再通过硝化菌氧化成亚硝酸和硝酸，完成氮的氧化；随后在反硝化菌作用下，被还原成氮气[1]。
随着城市化进程的加快, 城市生活污水处理行业发展越来越快,产生的污泥量也越来越多。
据1996年对中国29家城市污水处理厂的调查, 每处理1万吨废水,污泥的产生量(干重)为 0.3t ～3.0t [2]。
如何实现污泥的减量化、稳定化、资源化、无害化是城市污水处理厂面临的重大难题；另一方面,
艺在厌氧状态下，以NO 、NO 3-作为电子
受体，将氨转化为氮气。
厌氧氨氧化是自养的微生物过程，不需投加有机物以维持反硝化，且污泥产率低。
此外还可以改善硝化反应产酸、反硝化反应产碱而均需中和的情况，这对控制化学试剂消耗、防止可能出现的二次污染具有重要意义。
该工艺适用于高氨废水和低COD ／TKN 废水的处理。
３ 污泥发酵产酸的影响因素
短链脂肪酸 (SCFAs,例如乙酸和丙酸)作为污水生物除磷脱氮微生物的重要有机碳源之一 ,其在污水中的浓度会影响生物处理效果，当污水中的SCFAs 不足时 ,污水厂为了获得较高的生物除磷脱氮效果常常需要补充碳源，解决这一问题可以考虑外加碳源, 但是从废水和污泥处理系统内部, 亦即从污水处理厂本身,鉴于污水生物处理过程中产生大量剩余污泥，这些污泥中含有糖、蛋白质等有机物，它们在一定条件下经水解和酸化作用可转化为短链脂肪酸。
因此，通过微生物的作用在常温常压下将污泥中的有机物生物转化为短链脂肪酸，特别是丙酸，不但为污水生物除磷脱氮微生物提供丰富和优质的碳源，提高了污水生物处理效果，而且减少了污泥的排放量。
水解、酸化和产甲烷是污泥厌氧消化过程的3个步骤，其中水解速率较慢，是整个消化过程的速率控制步骤。
污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的工艺条件影响因素包括以下几个
3.1 停留时间：水力停留时间(HRT)和固体停留时间(SRT)
对于单纯以水解为目的的反应器，HRT 越长,被水解物质与水解微生物接触时间也越长,相应地水解效率也就越高。
P.Elefsiniotis 等采用了两种不同的实验室规模的连续流反应器，一种是上流式厌氧污泥床(UASB)，另一种是完全混合反应器(CMR)，研究了HRT 对初沉污泥产酸发酵的影响，结果表明，无论是UASB 系统,还是CMR 系统，当HRT 逐渐升高到12h 时,单位挥发性固体量(VS)产生的短链脂肪酸的浓度和产率都逐渐升高，并且没有发现产生甲烷；当HRT 为12h ，到最大的产酸率大约为0.12mg/(mg ・d); 当HRT 为15h 时，观察到了污泥的甲烷化；乙酸和丙酸为主要的短链脂肪酸，并且发现UASB 系统和CMR 系统的数值[6]略有些差别。
HRT 和SRT 是两个不同的运行参数,然而，在多数研究厌氧消化水解酸化的文献中，HRT 和SRT 几乎是相同的,原因是他们采用的工艺是传统的没有固体回流的连续流运行系统。
3.2 PH 值
pH 是影响酶活性的主要因素之一，因
对材料微观不均匀性影响最大，因此，精确的取向分析对后续的模拟工作尤为重要。
４ 微观组织的有限元分析
由于多晶材料的晶粒都是不规则的多面体，多晶体性能是各个独立的单晶体的平均效应，晶粒尺度的有限元模型依赖于微观试验测定的准确参数。
依据EBSD 得到的晶粒实际尺寸和晶粒的统计个数和每个晶粒的取向，晶粒的形状可以利用Voronoi 方法来建立，图4-图5为采用Voronoi 准则，利用Fortran 程序，在ABAQUS/CAE 中建立的100个晶粒有限元模型。
５ 小结
本文对EBSD 制样过程和其在研究材利用EBSD 试验方法，可以准确的获得材料的晶粒尺寸、晶界特征、晶体取向等微观组织性能，从而为后续的晶粒尺度的模拟建模工作提供了可靠的原始输入数据，依此建立的有限元模型可以真实模拟材料的微观力学性能。
图５ 平面晶粒尺寸
图４ 三维晶粒尺寸
对含量较小，pH 的影响不大。
3.3 温度
污泥的厌氧发酵取决于污泥中的水解菌与产酸菌。
细菌的生存温度包括三种：低温(5℃～20℃)、中温(20℃～42℃)、高温(42℃～~75℃)，研究表明，水解菌与产酸菌在三种温度环境下都能很好的生存，但是较高的温度需要外加的加热装置，耗费能量高，因此可以考虑在低温下或者常温下进行。
４ 生物脱氮除磷技术的发展趋势
污水排放标准的不断严格是目前世界各国的普遍发展趋势，以控制水体富营养化为目的氮、磷脱除技术开发已成为世界各国主要的奋斗目标。
我国对生物脱氮除磷技术的研究起步较晚，投入的资金也十分有限，研究水平仍处于发展阶段。
目前在生物脱氮除磷技术基础理论没有重大革新之前，充分利用现有的工艺组合，开发技术成熟、经济高效且符合国情的工艺应是今后我国脱氮除磷工艺发展的主要方向，主要体现在：
开展对生物脱氮除磷更深入的基础研究和应用开发，优化生物脱氮除磷组合工艺，开发高效、经济的小型化、商品化脱氮除磷组合工艺。
发展可持续污水处理工艺，朝着节约碳源、降低CO 2释放、减少剩余污泥排放以及实现氮磷回收和处理水回用等方向发展。
大力开发适合现有污水处理厂改造的高效脱氮除磷技术。
