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和磷是生物的重要營養(yǎng)源，在廢水中含量高，是引發(fā)水體富營養(yǎng)化的根本原因。廢水中氮元素主要有無機(jī)形態(tài)如硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽及有機(jī)氨氮等形態(tài)存在。隨著各國對環(huán)境保護(hù)的重視，治理廢水也取得了長足的進(jìn)展，目前脫氮除磷的主流方法還是化學(xué)法和物理法，化學(xué)法脫氮除磷優(yōu)點(diǎn)是效果穩(wěn)定且效率高，但產(chǎn)生的污泥會對環(huán)境造成二次污染是其主要缺陷。物理法脫氮除磷對于基礎(chǔ)投入高，機(jī)械的技術(shù)高構(gòu)造復(fù)雜，適用于大型的廢水處理。生物脫氮除磷技術(shù)因?yàn)樯婕暗轿⑸铮⑸飳λ幍沫h(huán)境要求更加苛刻，往往在實(shí)驗(yàn)室條件下理論值較好，但是實(shí)際應(yīng)用到工程效果不佳且處理成本較前兩種更高，這嚴(yán)重制約了該技術(shù)的推廣與應(yīng)用。然而生物脫氮除磷是環(huán)保、副作用小的，發(fā)展生物脫氮除磷方法從長遠(yuǎn)來看，將成為解決水體富營養(yǎng)化問題的主流方案。

1、生物脫氮除磷原理

污水生物脫氮通過硝化作用和反硝化作用。

現(xiàn)行主流的廢水

厭氧/缺氧/好氧（A2/O）工藝的流程是：污水依次進(jìn)入?yún)捬醭亍⑷毖醭睾秃醚醭亍Ｎ⑸镌趨捬醭刂薪?jīng)三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)代謝途徑將易吸收的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸，回流污泥帶入的聚磷菌將水解體內(nèi)ATP釋放能量，一部分供自身維持生存，另一部分供微生物吸收污水中的揮發(fā)性脂肪酸，并在NADH作用下合成聚β-羥基丁酸酯儲存于體內(nèi)。缺氧池中，反硝化菌利用硝化回流液中的硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機(jī)物作為電子供體。到最后環(huán)節(jié)的好氧池中，聚磷菌主要依靠分解體內(nèi)儲存的聚β-羥基丁酸酯供能，以維持生長繁殖。此類工藝結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行費(fèi)用較低，無需投加藥劑。然而，硝化細(xì)菌和聚磷菌的生存條件不一致，因此導(dǎo)致系統(tǒng)無法兼顧硝化菌的生長，效果不佳。

3、廢水處理生物脫氮除磷的影響因素

游離氨（NH3）與離子狀態(tài)的氨鹽（NH4+），高氨氮廢水排入水體，會使水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅水環(huán)境的安全。因此，如何經(jīng)濟(jì)、高效地處理高氨氮廢水是保障水環(huán)境安全的首要任務(wù)。本文從高氨氮廢水的來源、水質(zhì)特征、危害和處理技術(shù)等方面進(jìn)行探究，以期促進(jìn)高氨氮廢水處理技術(shù)的發(fā)展。

1、高氨氮廢水來源及水質(zhì)特征

高氨氮廢水具有來源廣、水質(zhì)多變等特點(diǎn)，包括化肥廢水、味精廢水、焦化廢水、垃圾滲濾液、煤氣廢水、養(yǎng)殖廢水等。

氮素是化肥的主要成分，生產(chǎn)化肥的過程中氮元素會大量進(jìn)入廢水中，以氨氮的形式存在于廢水中，化肥廢水的氨氮濃度為400～700mg/L、CODCr（化學(xué)需氧量）為400～600mg/L。

味精生產(chǎn)流程一般為：制糖-發(fā)酵-中和提取-精制，其中，發(fā)酵工藝中會產(chǎn)生大量的高氨氮廢水，氨氮濃度高達(dá)5000～6000mg/L，此外味精廢水也是典型的高濃度有機(jī)廢水，廢水中的CODCr為20000～30000mg/L。

原煤高溫干餾、煤氣凈化等過程會產(chǎn)生大量焦化廢水，焦化廢水的水質(zhì)成分與生產(chǎn)工藝有關(guān)，一般焦化廢水中氨氮的濃度為200～700mg/L。城市化的快速發(fā)展使居民產(chǎn)生的生活垃圾越來越多，垃圾進(jìn)入填埋場后，垃圾本身的水分進(jìn)入土壤，會形成一種高濃度難降解的垃圾滲濾液，垃圾滲濾液中氨氮的濃度高達(dá)2000mg/L。煤氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤氣廢水含大量的氨氮以及CODCr，一般煤氣廢水中氨氮的濃度為200～250mg/L、CODCr為1200～1400mg/L。

養(yǎng)殖企業(yè)動(dòng)物糞便、尿液的集中排放帶來的環(huán)境問題不容忽視，養(yǎng)殖廢水也是高氨氮廢水之一。養(yǎng)殖企業(yè)廢水中氨氮的濃度為800～2200mg/L、CODCr為3000～12000mg/L。

常見的六種高氨氮廢水水質(zhì)指標(biāo)總結(jié)如表1所示，通過比較發(fā)現(xiàn)，不同企業(yè)產(chǎn)生的廢水中氨氮的含量差別很大，呈現(xiàn)出高氨氮高COD、低氨氮低COD、低氨氮高COD三個(gè)特點(diǎn)。因此，高氨氮廢水的差異性也導(dǎo)致高氨氮廢水處理難度的增加。

廢水處理生物脫氮除磷的關(guān)鍵因素在于微生物要發(fā)揮其的功效。影響微生物的主要因素包括碳源，氮源（廢水），氧氣濃度，pH，溫度，反應(yīng)時(shí)間。

(1)碳源

微生物生長必須具備合適的碳源，脫氮除磷的細(xì)菌常可用的碳源可以分為三類：易于生物降解的有機(jī)物，可慢速降解的有機(jī)物，體內(nèi)儲能物質(zhì)。不同碳源可誘導(dǎo)硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌或聚磷菌微生物在系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢地位，以實(shí)現(xiàn)效果。其次，碳源的含量也會對微生物造成影響，碳氮比主要影響自養(yǎng)微生物硝化細(xì)菌的比例。因此，在工程應(yīng)用中應(yīng)注意調(diào)節(jié)進(jìn)水碳源比例。

(2)氧氣濃度

因?yàn)樯锩摰咨婕暗胶醚蹙⒓嫘詤捬蹙虼搜鯕鉂舛葘Σ煌⑸锏淖饔糜葹槊黠@，是生物脫氮除磷工藝的重要控制條件。如當(dāng)溶氧量處于飽和時(shí)，氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝氮，而當(dāng)溶氧量降為小于0.1mg/L-1時(shí)，利于反硝化細(xì)菌的生長繁殖，反應(yīng)器中亞硝氮大量積累。

(3)pH值

微生物對pH值的變化敏感，研究表明，硝化細(xì)菌硝化反應(yīng)pH7.5～8.0，反硝化作用的pH6.5～8.0。pH過高或過低都會對細(xì)菌的代謝造成影響，進(jìn)而影響硝化作用或者反硝化作用。pH值對生物除磷性能的影響也較顯著，如pH值在厭氧釋磷階段可影響污水中的揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞的過程。

(4)溫度

真正為您省錢玻璃鋼生活污水處理買買買微生物有其發(fā)揮活性的溫度范圍，生物脫氮除磷涉及到硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、聚磷菌參與反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：硝化反應(yīng)的溫度范圍在27±7℃，反硝化作用溫度為40±5℃，而除磷溫度為在20℃。

生物脫氮除磷工藝主要可以按時(shí)間和空間分為2大類，其一是屬于按時(shí)間順序分布的間歇式活性污泥法工藝，典型代表是序批式反應(yīng)器。其二是屬于按空間分布的典型代表有厭氧/缺氧/好氧工藝、南非開普敦大學(xué)UCT同步脫氮除磷工藝等。

(1)序批式反應(yīng)器（SBR）

序批式反應(yīng)器是一種運(yùn)行按間歇曝氣方式的活性污泥污水處理工藝技術(shù)，序批式反應(yīng)器工藝技術(shù)的核心結(jié)構(gòu)為集生物降解池、初沉池等多種功能于一體的反應(yīng)池，通過曝氣和攪拌交替運(yùn)行，無污泥回流系統(tǒng)，在反應(yīng)池生成缺氧/好氧/厭氧環(huán)境，在氧濃度變化的交替過程中，細(xì)菌完成富集氮、磷，釋放氮?dú)饧皟δ艿倪^程。此類裝置具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際使用能達(dá)到較好的脫氮除磷效果，目前已在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

硝化作用的細(xì)菌為好氧細(xì)菌，主要包括硝酸螺菌屬、亞硝酸桿菌屬、硝酸球菌屬等。硝化作用是在好氧條件下，利用硝化菌經(jīng)歷復(fù)雜的生化反應(yīng)，將氨氮化成亞硝酸鹽氮，然后再氧化成硝酸鹽氮。反硝化作用的反硝化菌在缺氧狀態(tài)下將亞硝氮和硝氮還原成氮?dú)猓饕獮榧嫘詤捬跫?xì)菌。自然界具反硝化能力的細(xì)菌較多，如變形菌門的多個(gè)綱的細(xì)菌。

生物除磷是聚磷菌在厭氧環(huán)境中水解聚磷和糖原產(chǎn)生ATP，同時(shí)吸收污水中的揮發(fā)性脂肪酸。ATP是生物的能量載體，磷元素是ATP的組成之一，ATP儲存于體內(nèi)用于供能微生物生長代謝，從而使聚磷菌成為優(yōu)勢菌種，因此污水中的磷酸鹽被微生物大量吸收，最終通過排放剩余污泥達(dá)到除磷的目的。