生物化工企業廢水處理中除磷機理及工藝分析

胡珍珠，王巍巍

(紹興市生態環境局柯橋分局，浙江 紹興 312030)

一般導致水體富營養化的主要元素有氮、磷、鉀、鐵等，因此在進行處理的時候，選擇有機碳含量比較低的反應物。除了氮磷兩種元素之外，其它的有機物在水體富營養化中的需求和影響也都比較低，因此并不能夠成為限制因子。從這點上來說，在水體富營養化中的主要因子就是氮和磷。通常情況下在氮元素的含量在0.2～0.5 mg/L，磷元素含量0.02 mg/L的時候就會出現水體富營養化的現象。在湖泊中的藍藻變能夠借助固氮來實現對氮量的補充。從相關的分析研究中發現，每進入水體1 g的磷元素，就會出現干重約950 g的藻類植物生長。污水除磷技術對于防止水污染的作用非常明顯，也就是說充分的減少水體中的磷元素數量，就能夠預防以及治理水體富營養化的問題，達到污水處理的目的。

1 生物除磷機理

1.1 DPB原理

DPB，從某個角度上來說，就是厭氧反硝化除磷技術。這種技術的重點就是使用O2以及NO3來進行污水反應，進而在反應的過程中產生PHB以及糖原，以此來充分提升生物的新陳代謝能力。這點和傳統的A/O法以及PAO方式有著較大的相似之處。對比傳統的除磷工藝技術來說，DPB反硝化除磷技術的主要優勢有如下幾點：首先，能夠有效的縮小反應器的體積；其次，能夠進一步的降低電能的消耗量，并且還能夠在吸收磷元素中的硝酸鹽來有效的實現氧化反應，進而降低曝氣量；再次，能夠有效降低在除磷脫氮運動中所產生的污泥數量，從而減少污泥的處理費用[1]；最后就是要借助這種方式來降低BOD的消耗量，以此來有效的避免出現反硝化菌和聚磷菌之間所潛在的生物競爭問題，從而提升磷元素的處理效率。

1.2 PAO原理

20世紀70年代中期，在使用傳統污泥處理技術的時候，發現了一種比較特殊的兼性細菌，其中具有代表性的就是棒桿菌屬以及不動細菌屬等。這些菌類能夠在體內進行聚磷酸物質的儲存，在出現厭氧狀況的時候能夠水解聚磷酸，從而產生相應的能量，在這一過程中還會對硝化菌物質的產生進行全面的控制。在好養狀況中，這一類菌屬能夠超量的吸收污水中的磷元素，從而讓體內的磷元素含量大于10%，有的時候還會大于30%。例如，使用假單胞菌來進行相應的污水處理工作。一般情況下，在細菌體內的含磷量能夠達到本身自重的2%左右時，這類細菌就被我們稱之為聚磷菌，其也是一種被廣泛使用在生物除磷技術領域中的手段。在厭氧環境中，聚磷菌能夠最大限度的吸收有機物，同時會借助自身的糖和醇來產生化學反應，進而在這一過程中釋放細胞質聚合磷酸鹽顆粒，這樣也就能夠為細菌提供生存以及繁殖的能量。隨后在好氧環境中被有機物所吸收產生氧化作用，并且會提供一定的能量，還會在廢水中吸收超過自身生長所需要的磷元素，并均會以磷酸鹽的方式來進行相應的儲存。

2 基本工藝方法

2.1 傳統PAO 除磷工藝

2.1.1 A/O工藝

早在20世紀70年代時期，美國的Spector便針對活性污泥膨脹技術進行了相應的研究和分析，而這一項技術也可以說是現如今世界上最簡單的一種生物除磷技術。此外，這種技術與Bardenpho脫氮工藝技術之間還存在明顯的相似性，將厭氧池的原污水和處理之后的回流污泥進行混合。在這一項技術中并不需要對NO3的含量和濃度進行相應的控制。通常來說厭氧區和好養區的水力會停留在0.5～1 h、1～3 h以內，這樣才能夠進一步的提升磷有機物的去除效果。脫磷效果會受到剩余污泥排放量的影響，在沉池中也不可避免的會出現磷的釋放問題。城市除磷率大概只有60%，想要進一步的提升除磷的效果，那么就需要控制空間量。

2.1.2 A2/O工藝

即便是在A/O工藝的基礎上增加缺氧區，并且能夠讓好養區中的混合液回流到缺氧區，也會導致其出現反硝化脫氮的問題。這一種工藝技術所能夠抗擊的負荷能力相對比較強，水力停留的時間也比較長，在運行方面比較穩定，并且在缺氧、厭氧和好氧三個不同的環境中都能夠出現與之相匹配的微生物菌群，從而開展相應的工作。需要注意的是，這種方式也存在一定的不足，污泥和回流污泥中所夾帶的溶解氧和硝酸鹽會嚴重的影響到除磷的效果。在進水總磷量是10 mg/L時，除磷的效率能夠達到85%～90%。

2.1.3 SBR工藝

20世紀70年代美國的Irvine教授針對污水處理系統進行了深入的研究，從間歇式活性污泥系統這一方來對污水處理池的曝氣、沉淀以及出水狀況進行了深層次的分析，并且通過對比研究發現，SBR的除磷脫氮效果非常好，所需要花費的成本以及占地面積都比較小。此外，這一工藝技術對于自動化的要求比較高，并且在近些年來還實現了和計算機技術的結合，自動化水平得到明顯的提升，借助SBR系統能夠實現更好的工作效率。

2.1.4 Phoredox工藝

這是一種在Bardenpho技術基礎上所創新的污水處理方式，在原污水處理系統中增加厭氧發酵區，并且還會從回流污泥和原污水來進行污水處理工作，以此來保證廢水能夠在厭氧池中充分的混合。此外，還要建立硝化以及反硝化池，方便化學反應。從這一項工藝技術的角度上來看，這是一種針對污水中磷元素進行的高效處理方式，還能夠充分提高對NO3的反硝化水平，從而讓硝態氮能夠被充分的還原并且提升回收利用效率。

2.2 DPB除磷工藝

2.2.1 A2NSBR工藝。

由A2/O-SBR反應器和N-SBR反應器所組成的新型雙泥反硝化除磷技術是一項能夠提高對污水中磷元素處理效率的手段。兩個反應器能夠實現對活性污泥的分開，這樣就可以對各自沉淀的上清液進行相應的交換和硝化反應[2]。此外，反應器的主要工作原理就是進行COD的去除工作，完成反硝化脫磷目標。

2.2.2 Dephanox工藝。

1992年，學者Wanner在所進行的研究活動中第一次提出了將厭氧污泥PHB作為反硝化碳源的概念，并且在之后的實驗過程中也取得了非常好的成績。在此之后還進行了有關硝化和反硝化方面的研究，有效的提升了對污水中磷元素的處理效率，開發了Dephanox除磷脫氮工藝。

進水和回流污泥在厭氧池中完全融合之后就會出現DPB吸收降解的現象。另外，所吸收的物質還會在PHA中進行相應的儲存，以提高綜合除磷效果。此外，在這一環節之中也會出現釋磷現象。要知道混合液在中間沉淀池中的主要作用就是進行泥水分離，而富集氨氮上清液也會直接流入到好養固定生物膜的反應池中產生硝化反應。有機物也會在沉淀污泥中產生相應的反應行為，隨后在反應池中釋放出大量的能量，提高NO3的反硝化除磷效率。另外，還要將混合液在曝氣池中進行氧化反應，達到繼續除磷的目的。在氧化過程中DPB細胞中會出現PHA的殘留，從而在之后的循環過程中釋放出磷元素等物質。荷蘭Delft工業大學在研究過程中創新了傳統的UCT污水處理技術，提出了嶄新的UCT-BCFS工藝。這是一項在傳統污水處理技術基礎上增加兩個反應池的新型污水處理模式，將新增的接觸池和混合池作為循環體系中的主要組成部分。在接觸池中設計厭氧環境，這樣就能夠將回流污泥中的硝酸鹽氮進行脫除，從而有效的避免出現污泥受到絲狀菌的影響而發生膨脹的問題。

3 結語

綜上所述，生物除磷從某個角度上來說是一種高效的污水凈化方式，借助PAO的聚磷菌來達到釋磷、除磷的目的，這樣也就能夠從厭氧、好氧環境交替的角度上來保證微生物的新陳代謝，從而實現對磷元素的去除[3]。當前國內對于生物污水除磷技術的研究在不斷的加深，也取得了非常好的成就，但需要對除磷過程中的相關限制性條件有著充分的認知，這樣才能夠最大限度的增強除磷效果。當前的生物除磷法和化學除磷技術都有著非常明顯的進步，而這也將會成為未來污水處理體系中最為重要的一種手段。