摘 要：该论文系统地分析了废水生物脱氮除磷工艺的研究进展。比较了传统活性污泥法、A/O法、A2O工艺、氧化沟工艺、SBR法、CASS法和A2O-SBR组合工艺的优点和缺点，为选择合适的脱氮除磷工艺提供一定理论依据。
关键词：脱氮 除磷 废水生物处理 研究进展
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（a）-0051-02
随着人口的增加和工农业生产的快速发展，氮和磷对环境污染日益严重，导致水体富营养化的环境问题。为了改善水环境质量，研究经济、高效、低能耗的生物脱氮除磷技术已经成为人们广泛关注的问题。因此，该论文对目前废水脱氮除磷工艺的情况进行了概括和总结。
1 传统活性污泥工艺
活性污泥法是利用活性污泥中微生物的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中溶解性和胶体状态的可生化降解有机物、能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他物质，以及部分氮磷。传统活性污泥工艺只有好氧段，缺少脱氮除磷必需的厌氧段和缺氧段，无法进行深度脱氮除磷反应，不能满足当前严格的出水排放标准要求。
2 A/O工艺
A/O法称为缺氧/好氧（Anoxic/Oxic）工艺，在缺氧段进行反硝化脱氮，好氧段降解有机物同时进行硝化反应，并提供硝化液回流至缺氧段；后者是在厌氧段进行厌氧释磷，好氧段进行有机物降解和好氧吸磷，并回流部分污泥至厌氧段。A/O工艺流程简单，处理效率较高，但由于只具备单一的脱氮/除磷功能，综合处理效果较差。在A/O工艺的硝化阶段，溶解氧（DO）浓度直接影响系统的脱氮效果，在曝气量不变的条件下，进水负荷增加会造成系统的DO浓度降低，硝化速率降低，出水氨氮浓度增加。通过对曝气量大小的调节间接控制A/O脱氮工艺的硝化反应速率，可以改善出水水质。A/O工艺的脱氮除磷性能受多种因素影响，硝化反应需要低有机物浓度，高DO，而反硝化反应需要高有机物浓度和低DO，硝化液回流则会对厌氧释磷产生抑制，该工艺已难以满足目前较高的脱氮除磷标准。
3 A2O工艺
A2O工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic），称为厌氧―缺氧―好氧工艺，污水首先进入厌氧段，发生氨化反应和厌氧释磷，后进入缺氧段进行反硝化，最后在好氧降解有机物，并进行硝化反应和好氧吸磷，部分硝化液回流至缺氧段，部分污泥回流至厌氧段。A2O工艺中的污水经过完整的厌氧―缺氧―好氧流程，脱氮除磷效果较好，水力停留时间短，污泥膨胀率较小；但由于硝化、反硝化、释磷和吸磷等多个生化反应在一个系统同时进行，对微生物的组成、基质类型和环境条件的要求各有区别，系统中存在着污泥龄、碳源和硝化液回流三大矛盾，脱氮和除磷的效果难以同时保证。A2O系统的脱氮除磷效果受到温度、DO、C/N和回流比等多方面因素影响，DO过低会造成除磷效率下降，过高则会影响反硝化效果。而C/N较低时系统对TP的去除率会降低，需要加大回流比来增强除磷效果，同时较高的C/N也会促进反硝化反应的进行，从而提高系统的脱氮效果。调整回流比是降低系统出水TN浓度的另一种方法，混合液回流比为200%时效果较好。为解决A2O系统的存在的不足，提出了缺氧―厌氧―好氧模式的倒置A2O工艺，省去硝化液回流环节，使缺氧段碳源充足，脱氮性能得到加强；而厌氧段不再受回流液携带的DO影响，厌氧环境更加完善；聚磷菌从厌氧段直接进入好氧段，具有充足的吸磷动力，除磷效果更佳。
4 氧化沟工艺
氧化沟工艺采用封闭的循环式沟渠型曝气池，间歇进水反应和沉淀出水。溶解氧浓度从曝气装置开始由高变低，将氧化沟划分为好氧区和缺氧区并分别进行硝化和反硝化。溶解氧在氧化沟内形成浓度梯度，同时具备好氧、缺氧、厌氧条件，但池内混合液流程较长，搅拌与曝气相冲突，污泥沉降性较差，对溶解氧需求也比较大，供氧能耗偏高。氧化沟内缺氧段没有形成时，TN去除率随温度变化较小；形成缺氧段之后，TN去除率随着温度变化显著。提高TP的去除效果需要在系统内额外添加厌氧池，没设厌氧池的氧化沟的除磷效果受SRT影响较大，SRT延长会降低除磷效果。系统内加入厌氧池后，厌氧池内进行除磷反应，磷的去除效果受SRT的影响变小。通过调节转刷的淹没深度来控制充氧量可形成缺氧段。缺氧段占总容积45%～55%时，TN去除率大于90%；高于55%，反硝化完全，硝化不完全；低于45%，则硝化完全，反硝化不完全。氧化沟工艺获得较好的脱氮效果，需要严格控制溶解氧浓度，保证硝化和反硝化反应的效果，同时由于系统内缺少厌氧环境，除磷效果受到一定限制。
5 SBR法
SBR法是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，其主要特征是污水处理的整个过程全部在同一个反应器中进行，SBR工艺一般包含5个工序：进水、搅拌、沉淀、出水和静置。搅拌过程中进行释磷反应，曝气过程中完成吸磷、硝化和BOD5去除。SBR法布局紧凑，占地面积较少，脱氮除磷效果良好，污泥沉降性好；但是反应器容积利用率低，峰值需氧量大，整个系统氧利用率低，且无法连续运行。SBR系统脱氮除磷效果受系统DO的影响，高DO可以提高系统硝化反应速率，但同时会对系统污泥的沉降性造成影响。此外低温成SBR系统的SRT变长，间接导致脱氮除磷效率下降，并且温度降低对除磷效果的影响要高于脱氮效果。
6 CASS法
CASS（Cyclic Activated Sludge System）法，全称周期循环活性污泥法，也称为CAST（Cyclic Activated Sludge Technology），循环活性污泥法，是SBR法的改良工艺。CASS反应器一般分为生物选择区、厌氧区和好氧曝气主反应区3个部分，选择区接收回流污泥进行反硝化，厌氧区利用聚磷菌进行释磷，好氧曝气反应区对有机物进行降解硝化。CASS工艺污泥沉淀效果好，剩余污泥少且不易发生污泥膨胀；但由于异养菌和硝化菌竞争生长，造成硝化菌生长受到抑制，硝化反应效果降低，选择区的厌氧释磷受回流硝化液影响，除磷性能较差。温度为12 ℃时，反硝化效果明显变差，但是硝化效果影响不大。温度为10 ℃时，硝化反应进行不完全。在主反应区中引入独立的搅拌段并延长回流时间使原水中的碳源得到充分利用，加强系统反硝化效果，TN去除率提高。CASS工艺的脱氮除磷效果会随着温度的降低而下降，可通过提高回流比加以改善。C/N的提高能够增强系统除磷性能，而脱氮效果随C/N的增加先上升后下降，可以延长HRT使去除效果升高。
7 A2O-SBR组合工艺
缺氧-厌氧-好氧-序批式活性污泥组合工艺（简称为A2O-SBR工艺）是在SBR工艺基础上，结合A2O工艺研发的一种新型污水处理系统，可以实现连续进出水不间断运行，且无需二沉池，是一种节省空间，运行可靠，易于调控的复合型污水处理新工艺。作为一种脱氮除磷性能优异的新型组合工艺，当进水碳源不足时，出水的总氮和总磷浓度会有上升；A2O-SBR系统的脱氮效果受温度条件影响，冬季气温低于15 ℃时，氨氮的去除率不足50%，而温度在12 ℃以下时，系统对氨氮几乎无去除效果，主要原因是温度过低造成硝化菌的活性降低。SRT范围在10～20 d内，系统运行稳定，去除效果未出现大的变化，当SRT为15 d时，综合效果最佳。A2O-SBR系统除磷的影响因素重要性依次为COD/P>污泥回流比R>COD/N。TP去除率随着R的增大先升高后降低，R为0.6时TP去除率最佳。在回流比为0.3时，回流污泥量不能维持厌氧池内的污泥浓度。
参考文献
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