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1、化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2 卷 第 1 0期 C HE MI C AL I ND US T R Y A ND E N GI NE E RI NG P R O GR E S S 2 4 9 1 污水 脱氮除磷新工艺研究进展 刘鹏，陈银广(同济大学环境科学与工程学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 2 0 0 0 9 2)摘要：随着人们对污水生物脱氮除磷过程认识的不断深入，产生了一些新的处理工艺。本文重点介绍了耦合 好氧 缺氧 N2 0分解工艺(C A NDO)、同时去除含碳有机物及氮磷营养物质新工艺(B i o C AS T)、上流式厌氧一 缺 氧污 泥床 工艺(U A
2、AS B)、厌氧循环 流化 床工 艺(A C F B B R)、双循 环流化床 生物反应工 艺(T C F B B R)、双 污 泥反硝化诱导结晶工艺(A2 N I c)等 6 种新工艺的原理、影响因素和工艺流程特点。通过与传统工艺的相比较，对新工艺的特性进行 了探讨。最后展望了污水脱氮除磷技术的发展趋势，指出经济、高效、低能耗的可持续脱 氮除磷工艺是污水处理未来的发展方向。关键词：生物脱氮除磷；短程硝化反硝化；反硝化除磷 中图分类号：X 7 0 3 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 06 6 1 3(2 0 1 3)1 0 2 4 9 1 0 7 DoI：1 0 3 9 6 9 i s
3、s n 1 0 0 0 6 6 1 3 2 0 1 3 1 0 0 3 8 Pr o g r e s s o f n e w b i o l o g i c a l n u t r i e n t r e mo v a l t e c h n o l o g i e s L I U Pe n g，CHEN Y i n gu an g(S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o fP o l l u t i o n Co n t r o l a n d Re s o u r c e s Re u s e，Co l l e g e o f En v i r o n m
4、e n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g，T o n i U n i v e r s i t y，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2，C h i n a)Ab s t r a c t：I n r e c e n t y e a r s，a s p e o p l e s u n d e r s t a n d i n g o f wa s t e wa t e r b i o l o g i c a l n u t r i e n t r e mo v a l p r o c e s s we r e i mp
5、r o v i n g，s o me n e w wa s t e wa t e r t r e a t me n t t e c h n o l o g i e s we r e g e n e r a t e d T h e me c h a n i s ms，i nflu e n c i n g f a c t o r s a n d pr o c e s s c h a r a c t e r i s t i c s of CANDO，Bi oCAST，UAASB，A CFBBE，TCF BBR，A2 N I C f o r nu t r i e n t s r e mo v a l
6、we r e hi gh l i g h t e d i n t hi s a r t i c l e Co mp a r i ng wi t h t r a di t i o n a l t e c h n ol og y，t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e n e w t e c h n o l o g i s e we r e d i s c u s s e d F i n a l l y g i v e s a p r o s p e c t o f b i o l o g i c a l n u t r i e n t r e
7、mo v a l t e c h n o l o g y，p o i n t i n g o u t t h a t t h e d e v e l o p i n g d i r e c t i o n for f u t u r e wa s t e wa t e r t r e a t me n t pr oc e s s s h o ul d b e e c o no mi c，e ffi c i e n t a n d l o w e n e r g y c on s u mpt i o n Ke y wo r d s：b i o l o g i c a l n u t r i e
8、n t r e mo v a l；s h o rtc u t n i t r i fic a t i o n d e n i t r i fi c a t i o n；d e n i t r i f y i n g p h o s p h o r u s r e mo va 1 城市污水 中氮磷营养物 的排 放使受纳水体 中 藻类等植物大量繁殖，导致水体富营养化问题越来 越严重，对城市污水进行脱氮除磷处理是防止水体 富营养化的一种重要措施。与物理法、化学法相 比，生物法具有适用范围广、投资及运行费用低、效果 稳定、综合处理能力强等优点，己成为污水脱氮 除磷的最佳选择。l 1 1 生物脱氮除磷的
9、基本原理 生物脱氮原理 传统的生物脱氮过程是在硝化细菌和反硝化细 菌的联合作用下，通过硝化和反硝化完成的。在好 氧条件下，氨氮经硝化细菌的硝化作用转化为硝态 氮或亚硝态氮；在缺氧条件下，硝态氮或亚硝态氮 在反硝化细菌的作用下被还原为氮气，从而达到脱 氮的 目的。收稿日期：2 0 1 3-0 4 2 2；修改稿日期：2 0 1 3 0 7 0 3。基金项 目：国家 8 6 3计划(2 0 1 1 AA 0 6 0 9 0 3)及国家 自然科学基金(5 1 2 7 8 3 5 4)项 目。第一作者：刘鹏(1 9 8 9 一)，男，硕士研究生，研究方向为污水生物处 理理论与技术。E m a i l
10、l i u p e n g 2 0 0 8 6 6 6 1 6 3 c o rn。联系人：陈银广，教授，博士生导师，研究方 向为污水生物处理与污泥资源化利用。E ma i l y i n g u a n g c h e n y a h o o c o rn。2 4 9 2 化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2卷 近年来同时硝化反硝化现象、短程硝化反硝化 工艺、厌氧氨氧化工艺的发展，为理解污水脱氮机 理指明了新的方向。同时硝化反硝化过程在 同一条 件下实现了脱氮，颠覆了传统脱氮理论认为硝化反 应在好氧条件下进行、反硝化反应在厌氧条件下进 行的认识。其中，缺氧微环境理论是 目前普遍接受 被认
11、为是造成此类现象发生的主要机理。短程硝化 反硝化是指将氨氮的硝化过程控在 NO2-阶段，然后 不经 NO 3-的生成过程直接由反硝化细菌将 NO 2-转 化为 N 2。厌氧氨氧化工艺的原理是，自养型厌氧氨 氧化细菌在厌氧环境中以硝酸盐、亚硝酸盐作为电 子受体，将氨转化为氮气。该工艺特别适用于高氨 氮废水和低碳氮 比废水处理。简而言之，脱氮新理 论新现象的发现进一步深化 了人们对脱氮过程的认 识，为实现污水高效的脱氮奠定了坚实的基础。1 2 生物除磷原理 生物除磷主要是由一类统称为聚磷菌的微生物 在厌氧 好氧或厌氧一 缺氧交替的环境下完成的。在 厌氧条件下，聚磷菌将细胞内的聚磷水解为正磷酸 盐，
12、并从中获取能量，同时吸收污水中的易生物降 解 的 C O D，同化 为胞 内碳源贮存物 聚羟基烷 酸(P HA)；在好氧或缺氧条件下，聚磷菌以分子态氧(例如 0 2)或化合态氧(例如 NO 3-)作为 电子受 体，氧化代谢胞 内贮存物 P H A，同时释放能量，过 量地从污水中摄取溶解态磷酸盐，并以聚磷形式贮 存于细胞 内，最终通过排放富磷污泥实现从污水 中 除磷的 目的。此外，反硝化除磷现象的发现进一步丰富了生 物除磷机理。反硝化除磷过程是由一类称为反硝化 除 磷 细 菌(d e n i t r i f y i n g p h o s p h o r u s r e mo v i n g b
13、 a c t e r i a，DP B)完成的，在缺氧条件下，D P B以硝 酸盐取代氧气作为电子受体进行缺氧摄磷，同时硝 酸盐被还原为氮气，实现了同时脱氮和除磷的目的。反硝化除磷技术实现 了一碳两用，同时节省了曝气 量，是一种低耗高效的污水处理方法。2 生物脱氮除磷新工艺 目前应用的脱氮除磷工艺主要有 S B R、A 2 0、OD(氧化沟)这三类。据统计，在 2 0 0 6年，这 3 种工艺占据了我国污水处理厂处理工艺的 6 5，处 理了全国约 5 4 的污水L 2 j。近年来，出现了一些新 的脱氮除磷工艺，以下对此作概括介绍。2 1 CANDo 耦 合 好 氧 缺 氧 N2 O 分 解 工
14、 艺(c o u p l e d a e r o b i c a n o x i c n i t r o u s d e c o mp o s i t i o n o p e r a t i o n，C AN DO)，是由 S c h e r s o n等 率先提出来的新型污 水脱氮工艺。其基本原理可通过 3个步骤来解释(图 1)：第一步，将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段；第 二步，控制亚硝酸盐的还原过程，保证其尽可能的 生成 N 2 0；第三步，将 N2 O催化分解为 N2 同时伴 随能量的回收，或者用 N 2 0取代氧气作为 C H 燃烧 的助燃气。C A N DO 工艺减少了污水处理过程对氧
15、 的需求，降低了剩余污泥的产量，进而减少了污水 处理运行费用；实现了从 NOD(n i t r o g e n o u s o x y g e n d e ma n d)中回收能量，为污水处理进行能量回收开 辟 了新途径；减少了污水处理过程中N2 O等温室气 体 的排放，有效缓解 了温室效应。N 吖一N。一 一N：。一N 2 0 0 2+N 2：。+H 对于 C AN DO工艺而言，第一步可通过高活性 的 氨 氮 去 除 亚 硝 酸 盐 的 单 一 反 应 器 系 统(s H AR 0 N)工艺实现，第三步在热力学上也能够 达到，关键是第二步，即如何稳定、高效地保证 N2 O 的转化过程。目前
16、，主要有两种方法：生物法和化 学法。生物法是以细胞内储存的 P H B等内碳源物质 作为电子供体，将 NO 2-还原为 N2 O。然而，NO 的转化率不够稳定，与基质的投加策略有关，最大 的转化率为 6 O 左右。当乙酸(作为碳源)和亚硝 酸盐连续投加时，没有检测到 N2 O的产生。当乙酸 和亚硝酸盐采用脉冲投加时，检测到了 N O 的存 在。脉冲投加分为两种方式进行，即耦合投加和非 耦合投加。采用耦合投加时，NO 2-的转化率为 9 1 2，非耦合投加时，NO 2-转化率为 6 0 6 5。化学法则是利用碳酸盐绿锈 c a r b o n a t e g r e e n rus t，化 学式
17、 F e 4 I I F e 2 I I I(oH)1 2 C O 3 或菱铁矿(s i d e r i t e，化学 式为 F e C O 3)将 NO 2-还原为 N 2 0。研究发现，这种 活性绿锈(g r e e n rus t)层状双金属类物质对硝酸盐 还具有还原作用并且对其它污染物的迁移转化也有 一定作用I 4 】，进一步促进了该工艺的脱氮效果。同 时，g r e e n rus t 类物质对磷酸 盐也有 良好吸附效果 6-7。B a r t h 6 1 6 my等【】使用双氧水将 g r e e n rus t 氧化为 一种新材料碳酸铁绿锈 c a r b o n a t e d
18、 f e r r i c g r e e n r u s t，化学式 F e T t I(O H)】2 C O 3】，不仅增强 了其在溶液 中的稳定性，而且还能够从水中吸附磷酸盐实现高 第 l 0期 刘鹏等：污水脱氮除磷新工艺研究进展 2 4 9 3 效除磷，但去除率受 p H值的影响。虽然，这两种方法最后都实现 了9 8 的脱氮率，但生物法对 P HB的依耐性，导致其转化率可能受进 水 中易降解的 C O D 影响；化学法对反应条件和药 剂的特殊要求，也制约了其发展前景。如果能够研 究出一种新 的高效的 N2 O转化机制，并实现规模化 应用，C A NDO 工艺对于污水脱氮除磷而言不失为 一
19、种极具吸引力的选择。在相同的情况下，以需氧量、微生物量和能量 回收效率为衡量指标 比较 S H AR O N、全 自养亚硝酸 型脱氮(C A NO N)、C A NDO 的处 理效果，发现 C AN DO工艺仅次于 C A NO N；与传统的硝化 反硝 化脱氮工艺相 比，C AN DO 工艺的氧消耗和污泥产 量分别减少了2 0 和 4 0，能源回收率增加 了6 0。总的来说，C A NDO 工艺实可现生物法和化学法 的 有机结合，从根本上解决了污水处理厂运行管理上 的两大难题：曝气量和污泥产量。由此可见，联合 工艺突破 了传统生物脱氮工艺的基本概念，在一定 程度上解决了传统硝化 反硝化工艺存在
20、的问题。2 2 Bi OCAS T 同 时 去 除 含 碳 有 机 物 及 氮 磷 营 养 物 质(B i o C A S T)工艺是为了实现从污水 中同时去除含 碳有机物及氮磷营养物质而开发的新型多环境混合 污水处理工艺(图 2)。它的主体部分是由两个相互 连接 的反应器组成，每个反应器又包含有多个具有 不同环境条件的区域 9-1 0】。反应器包含有 4个区 域，即好氧区、微好氧 区、缺氧 区以及澄清区。前 3个 区域主要用于污水生物处理，澄清区则实现固 液分离的作用。好氧区是根据气提式反应器的原理 设计的，位于反应器的正中央，里面设置有生物 填料，使其同时具有活性污泥工艺和生物膜工艺的 特
21、点【l ，增加了系统中生物固体停留时间。原水和来 自厌 氧 区的富含 聚磷菌(p h o s p h o r u s a c c u mu l a t i n g o r g a n i s ms，P AO s)和挥发性脂肪酸的回流污泥首先 进入好氧区，P AO s实现好氧过量吸磷作用，含氮 物质经氨化和硝化作用转化为硝态氮和亚硝态氮。混合液 以上向流的方式流出好氧区，抵达附近 的微 好氧区，进一步完成氨氮的硝化和剩余有机物的降 解。然后，微好氧区混合液 以下向流方式直抵缺氧 区，完成反硝化作用，实现脱氮。系统所需的氧是 由位于好氧区底部的 3个 自定义的内置空气扩散器 提供的，曝气不仅提供了
22、生化反应所需的氧，实现 液体混合作用，同时也是混合液在好氧区、微好氧 区和缺氧区的循环动力 1 2-1 3 ，使得污染物每隔几分 钟就能够暴露于不同的环境条件下，有利于污染物 的去除。反应器的这种设计和运行机制提供了前 置反硝化和后置反硝化所需的环境条件，有利于脱 氮。反应器是为污泥消化和固液分离而设计的。反应器的出水一部分直接排出系统，一部分进入 反应器，经沉淀作用后上清液排出系统。同时反 应器缺氧 区的污泥回流至反应器厌氧区进行消 解，部分回流至好氧区，其余部分作为剩余污泥排 放。回流混合液中包含的聚磷菌和挥发性脂肪酸，为除磷和反硝化过程提供 了充足的碳源，保证系统 的脱氮除磷效果。Bi
23、o C AS T 工艺能够有效地降低污水中污染物 质的含量，在 4 8天的短期持续运行中，C OD、T N、T P的去除率分别达到了 9 9 3、9 8 O、9 2-3，即 使进水中污染物负荷发生波动，其去除效果几乎仍 然能够维持不变【l o J。同时，在有机负荷率为 0 9 5 1 8 6 k g (m3 d)、氮负荷率为 0 0 2 40 0 8 k g (m3 d 1、磷负荷率为 0 0 1 4 0 0 2 k g (m3 d)的条件下，经过长 图 2 B i o C A S T工艺流程 图 水 2 4 9 4 化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2卷 达 2 2 5天的运行，C O
24、 D、T N、T P的去除率分别也 达到了 9 8 9、9 8 3 和 9 4 1，而且污泥的产率仅 为消耗的 C O D 当量的 3 7 c。在长期和短期运行 中均观察到磷的去除效果对总氮负荷有很强的依赖 性，即去除率随着氮的负荷率的增加和碳氮比的减 小而提高，当 T N负荷在 0 0 5 k g (m3 d)以上时，磷 的去除效果显著增强。通过增加进水 N和 P的负荷，系统最终出水的硝酸盐、亚硝酸盐及磷酸盐的浓度 可分别低达 0 2 mg L、0 0 2 mg L及 2 9 mg L，污泥 产率仅 为 l 1 5。总之，B i o C AS T工艺既能够积累高浓度 的悬浮 生长微生物，又能
25、够积累附着生长微生物，使它很 适合处理高负荷和高含氮量污水。与传统的工艺相 比，反应器 内生物量多，污泥产率低，系统启动时 间短，同时减少了空间需求；与 S B R相 比，没有复 杂的定时或控制系统；与膜生物反应器相 比，不需 要特殊类型的膜材料。2 3 UAAS B 上流式厌氧一 缺氧污泥床工艺(u p fl o w a e r o b i c a n o x i c s l u d g e b e d，UA AS B)反应器是根据连续进 水间歇排水 S B R(c o n t i n u o u s f e e d a n d i n t e r mi t t e n t d i s c
26、h a r g e S B R，C F I D S B R)工艺的原理研发 出来 的用于工业废水处理的污水处理工艺，它能够在一 体化反应器实现含碳有机物和氮磷的同时去除(图 3)。UA AS B 工艺有很多的优点：运行费用低、能 耗低、氮磷的去除率高，而且很少出现污泥膨胀现 象。同时，由于污染物的降解和固液分离在一个反 应器中就能够完成，使得 UA AS B的占地面积少。该工艺采用了连续进水间歇曝气的方式，与传 统的 S B R 采用间歇进水间歇曝气的方式在处理效 果上有一定差别，As a d i d e等 J 对这两种工艺处理 低 B OD5 C O D的工业废水的性能进行了评估。通过 图
27、3 U AAS B工艺流程 图 以 H R T(或反应时间)和曝气时间为 自变量，以 T C OD、r b C O D、s b C O D、T N、T K N、T P等因变量 的变化趋势来表征处理效果，建立 了基于响应面分 析方法的数学模 型。结果表明，连续进水方式的 C O D和 T N 的去除效果更好，而 T P的去除效果略 低于传统的 S B R。同时，运用响应面分析法也确定 了U AAS B反应器中HR T和曝气时间这两个工艺参 数的优化区域：H I =l 2 1 5 h，曝气时间为 4 0 6 0 mi n h I l 引。在实际废水应用方面，Ami n i等 在 U AAS B 反
28、应器中接种颗粒污泥来处理乳制品生产 废水，通过试验确定了处理此类废水的最佳条件：C O D：N：P=I O 0 0：8 0：5、O L R=0 0 8 k g (m 3 d 1、曝气时 间=4 0 mi n h、ML S S=7 5 0 0 mg L、F：M=0 0 2 8 6 k g C OD k g ML S S、HR T=6 3 3 h。在 此最 优 条件下，S C O D的去除率达到了7 1 2 7，氨氮去除 率为 9 5 8 8，磷酸盐的去除率为 9 6 5 4。U AA S B 一体化反应器内集成了不同的环境条件，有利于去 除污染物的不同种类微生物的生长繁殖和生物量的 积累，为污水
29、脱氮 除磷提供了一种高效、经济的 途径。2 4 A CFBBR 厌氧循环液化床(a n a e r o b i c c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d b i o r e a c t o r，A C F B B R)是厌氧流化床(a n a e r o b i c fl u i d i z e d b e d，AF B)与循环 流化床(c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d b i o r e a c t o r，C F B B R)的有机结合(图 4)。AF B对各种废水适应性强、结构紧凑
30、 占地少、生物量浓度高、处理速率快 效率高、运行稳定性 好l l，同时还能产生沼气，对污水处理的节能降耗 具有重要意义。而 C F B B R集悬浮生长工艺和固定 膜工艺为一体，具有很高的脱氮除磷效率，水力停 留时间短，污泥产量低，甚至能够用于处理诸如垃圾 图 4 A C F B B R工艺流程 图 第 1 0期 刘鹏等：污水脱氮 除磷新 工艺研 究进展 2 4 9 5 渗滤液这种高浓度 的污水I J。与传统 的厌氧处理工 艺相 比，A C F B B R 不仅能够产 甲烷实现能源 的回 收，而且能够高效去除含碳和含氮有机物。厌氧、缺氧、好氧 3种状态在时空上交替出现 是实现脱氮除磷的必要条件
31、，A C F B B R 系统将厌 氧、缺氧、好氧 3个区整合到一个处理流程中，实 现 了对营养物去除和沼气的回收利用。原水中的污 染物在厌氧流化床中发生降解，并进行着产 甲烷活 动，大分子的难降解有机物转化为小分子 的易降解 有机物，含氮有机物在氨化微生物的作用下转化为 氨氮。氨氮在好氧床 中发生硝化作用，硝化出水部 分 回流到缺氧床。在缺氧床内，AF B的出水、附着 生物膜 的载体 和硝化液在 同向流动过程 中互相接 触，并在缺氧区发生反硝化作用，所 需碳源 由原水 以及从好氧床回流的生物固体提供。在好氧床 内发 生硝化作用 的同时，由于生物膜厚度和氧浓度梯度 的关系，也实现 了同步硝化反
32、硝化作用，进一步促 进 了脱氮效果。系统中磷的去除主要是通过 3个床 体 中微生物 同化作用实现的，由于气水的搅拌作用 和载体颗粒间的摩擦作用，使得部分生物膜脱落，经沉淀后被排出系统，达到了除磷的 目的。此外，为 了保证各个床体的流态化作用，从各个反应器顶 部到底部的分别引出了一条 内循环流。A n d a l i b等【l 8 J 用此反应器来处理有机负荷率为 3 5 k g C O D(m3 A F)和氮 负荷 率1 1 k g (m3 C F B B R)的废 水 时，获 得 了 9 9 7 的 C OD去除率、8 4 的氮去除率 以及很低的 污泥产量(仅为 0 0 1 7 g VS S
33、 g C OD)，沼气产量为 1 6 L (L。l 0 r。d)。磷由于是通过 同化作用去除的，导 致去除率不高。所以，如何提高除磷率将是该工艺 未来发展的一个方向。2 5 TCFBBR 双循环流化床生物反应工艺(t wi n c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d b i o r e a c t o r，T C F B B R)是循环流化床生 物 反 应 器(c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d b i o r e a c t o r，C F B B R)的改进型，见图 5，它继承了 C F
34、 B B R在 污水处理方面的优 点，克服 了 C F B B R反应器在高 度 上 的苛刻 要求(C F B B R 所 需高度 为 5 5 m，T C F B B R仅为 3 6 m)，增大了缺氧升流床 的体积，强化了生物颗粒的循环作用。同时，不同于 C F B B R 在缺氧升流床采用快速流态化来实现载体颗粒 的循 环作用，T C F B B R在升流床和降流床使用传统 的流 态化机制就能做到这一点，降低 了其在运行控制上 的困难及能耗问题，使其在污水处理厂的升级改建 中具有更大优势。图 5 T C F B B R反应器工艺流程 图 T C F B B R能够很大程度地去除污水中 C O
35、 D、总 氮、总磷。在 c O D 及营养负荷率分别为 C O D 4-3 k e d m。、N 0 5 1 k g (m d)、P 0 0 6 k g (m d)，空床接 触时间为 l h时，去 除率分别为 C O D 9 0、总 氮 8 5、总磷为 2 0 5 1【J。此外，水力负荷的 变化对系统氮磷去除效果没有显著的影响。同时，系统对有机负荷冲击的应对能力较差，冲击负荷会 导致硝化效率减低、出水 C O D 增加，这可能是受 氧浓度限制和硝化细菌流失的缘故。A n d a l i b等 u J 利用数学模型预测 T C F B B R 反应器的生物脱氮除 磷效果，结果表明，模型值与实验值
36、拟合度达到了 9 5，证明了该模型的可靠性，这为今后 T C F B B R 和其它相关反应器的研究提供 了技术支持，对实现 该工艺由实验室走 向工程实践具有重大指导意义。2 6 A2 N-I C 双污泥反 诱导结 晶工 艺(a n a e r o b i c a n o x i c n i t r i f y i n g 一 i n d u c e d c r y s t a l l i z a t i o n，A 2 N I C)是双污 泥反硝化脱氮除磷工艺和诱导结晶技术有机结合起 来的新型脱氮除磷工艺，见图 6。该工艺实现 了“一 碳两用”，解决了传统脱氮除磷系统中碳源不足的问 题，实现
37、 了硝化菌和聚磷菌在不同的反应器中分开 培养，创造了硝化菌和反硝化聚磷菌各 自生存所需 的最佳环境，解决 了传统脱氮除磷系统污泥龄矛盾 的问题 弱 j。通过生物法和化学法的相互补充，提 高了污水脱氮除磷效率，同时还实现 了磷的回收利 用L z 。A 2 N I C也有 自身的缺陷，工艺流程长，投资 较大，可能出现出水氨氮过高以及硝态氮对厌氧释 磷的影响等问题。双污泥反硝化诱导结晶工艺能够获得高效稳定 的脱氮除磷效率，化学诱导结晶技术的引入强化了 除磷效果，并实现 了磷资源的回收，达到了资源化 目的。原水和来 自二沉池 的富含反硝化聚磷菌 回流 污泥首先进入厌氧段，D P B进行厌氧释磷，同时吸
38、 2 4 9 6 化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2卷 化学结晶反应器 图 6 A 2 N I C工艺流程图 收混合液中易降解有机物转化成 P H A 等 内碳源贮 存在 细胞 内。混合液经沉淀池 快速分离后，富含 DP B的污泥超越好氧硝化段直接进入缺氧池，富含 氨氮和磷酸盐的上清液部分进入好氧硝化段进行硝 化、部分进入化学诱导结晶反应器实现磷的回收，产生的上清液回流至好氧硝化池。硝化液流入缺氧 段与回流的 D P B 污泥完全混合，完成过量吸磷和 反硝化作用。混合液随后进入后曝气段进行气体的 吹脱和污泥的再生，污水中剩余的磷在此被好氧吸 收，进一步提高除磷率。经过终沉池后，上清液排
39、 出系统，一部分污泥回流到厌氧段，其余作为剩余 污泥排放。磷的去除主要是通过侧流的化学诱导结 晶工艺去除的，不同于传统的含磷污泥排放。在不 同的 C O D P(1 9 9-6 7 4)2 5 1 的条件下，A2 N I C的除 磷率能够维持在 9 9 2 士 1 9，氨氮去除率维持在 8 6 9 ；而A 2 N 的 除 磷 率 在6 5 7 士 4 1 和 9 3 0 士 3 2 的范围内变动，氨氮去除率不受 C 0D P 的影响，维持在 8 4 3。综上所述，A2 N I C对于从 废水 中高效稳定的去除氮磷是一项具有发展前景的 工艺，但其工程应用还有待于进一步研究。3 结 语 众所周知，
40、污水中的氮磷是造成水体富营养化 的主要原因之一。污水脱氮除磷的 目的就是通过微 生物 的代谢作用将氮、磷从水中去除，从源头上实 现对水体富营养化问题的控制。正因如此，污水脱 氮除磷技术成为了各国环境工作者研究的重点和热 点。同时，随着分子生物学、蛋白质组学、基因组 学及相关技术的迅猛发展，新的脱氮除磷理论和方 法不断涌现，促进了工艺的革新，进一步加深了人 们对脱氮除磷过程的认识。新工艺从不同的层面上 很好地解决了传统污水处理过程 中遇到的占地面积 大、能耗高、污泥产量高、碳源不足、温室气体排 放 以及物质能量回收单一性等 问题，当然新工艺还 出水 剩余污泥 处于萌芽阶段，不够成熟，要运用于实践
41、还有待于 进一步研究。总之，污水脱氮除磷技术未来应朝着 经济、高效、低能耗的方向发展，既要确保污水处 理过程的能耗和物耗最小化，实现污染物 的去除和 污水的达标排放，也要最大限度地实现资源和能源 的回收利用，保证水处理行业的可持续发展。参考文献 1 侯金 良，康勇 城市污水生物脱氮除磷技术的研究进展 J 化工进 展，2 0 0 7，2 6(3)：3 6 6 3 7 0 2 Qi u Y，S h i H C，He M Ni t r o g e n a n d p h o s p h o r o u s r e m o v a l i n t h e mu n i c i p a l w a s
42、t e w a t e r t r e a t me n t p l a n ts i n C h in a：A R e v i e w J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fC h e m i c a l E n g i n e e r i n g，2 0 1 0 DO h 1 0 1 1 5 5 2 0l 0 91 41 5 9 3 S c h e r s o n Y D，We l l s G F，Wo o S G，e t a 1 Nit r o g e n r e mo v a l wi t h e n e r g y r e c o
43、v e r y t h r o u g h N2 0 d e c o mp o s i t i o n J E n e r g y En v i r o n me n t a l S c i e n c e，2 0 1 3，6(1)：2 4 1 2 4 8 4 P a n t k e C，O b s t M，B e n z e r a r a K，e t a 1 G r e e n r u s t f o r ma t i o n d u r i n g Fe f I I o x i d a t i o n b y t h e n i tra t e-r e d u c i n g Ac i
44、d o v o r a x s p S t r a in B o F e N1 明 E n v i r o n m e n t a l S c i e n c eT e c h n o lo g y，2 0 0 6，4 6(3)：1 4 3 9 1 4 4 6 5 R u b y C，U p a d h y a y C，G6 h i n A，e t a 1 I n s i t u r e d o x fl e x i b i l i t y o f F e n o x y h y d r o x y c a r b o n a t e g r e e n r u s t a n d f o u
45、 g e r i t e J En v i r o n me n ta l S c i e n c e T e c h n o l o gy，2 0 0 6，4 0(1 5)：4 6 9 6 47 0 2 6 H ans e n H C B，P o u l s e n I F I n t e r a c t i o n o f s y n t h e t i c s u l p h a t e “G r e e n rus t”wi t h p h o s p h a t e and t h e c rys t a l l i z a t io n o f v i v i anit e J C
46、l a y sa n dC l a yM in e r a l s，1 9 9 9，4 7(3)：3 1 2 31 8 7】B e n a l i O，A b d e l mo u l a M，R e f a i t P，e t a 1 E f f e c t o f o r t h o p h o s p h a t e o n the o x i d a t i o n p r o d u c t s o f F e(I I)-F e(I I I)h y d r o x y c a r b o n a t e：T h e t r ans f o r m a t i o n o f g r
47、e e n rus t t o f e r r i h y d r i t e J G e o c h i m i c a E t Co s mo c h imi c a Ac t a，2 0 0 1，65(1 1)：l 7 l 5 1 7 2 6 8】B a r t h e l e m y K，N a i l le S，D e s p a s C，e t a 1 C a r b o n a t e d f e r r i c g r e e n rus t a s a n e w ma t e r i a l f o r e ffic i e n t p h o s p h a t e r
48、e m o v a l J J o u r n a l of C o l l o ida n dI n t e r f a c e S c i e n c e，2 0 1 2，3 8 4(1)：1 2 1 1 2 7 9】Y e r u s h a l mi L，A l i m a h mo o d i M，Mu l l i g an C N P e r f o rma n c e e v a l u a t io n o f t h e Bio CAS T t e c h no l o g y：A n e w mu l t i-z o n e wa s t e wa t e r tr e a
49、 t me n t s y s t e m J W a t e r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，2 0 1 1，6 4(1 O)：1 9 6 7 1 9 7 2 1 0】Al i ma h mo o d i M，Y e r u s h a l mi L，Mu l l i g an C N S i m u l t ane o u s r e mo v a l o f c arb o n，n i t r o g e n an d p h o s p h o r u s in a mu lt i-z o n e wa s t e wa t e r
50、(下转第 2 5 0 6页)2 5 0 6 化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2卷 2 3 4 1 5 6 7 8 8 9 1 参考文献 邹大宁炼油厂“三泥”处理技术与应用研究f D1 黑龙江：东北石 油大学，2 0 1 1 肖梓军，乔树苓，严勇，等“三泥”处理现状及资源化利用研究进 展 J J 长春理工大学学报：自然科学版，2 0 1 0，3 3(1)：1 3 0 1 3 3 Ho u L S，J i a n g X M，Liu j G Ch a r a c t e r i s t i c s o f o il y s l u d g e c o m b u s t i o n i n