短程反硝化除磷技术研究进展邓祺琪

广东化工2011年第3期·34·期短程反硝化除磷技术研究进展邓祺琪(爱环吴世(苏州)环保有限公司，江苏苏州215011)[摘要]短程反硝化除磷技术将生物脱氮和除磷有机合二为一，是符合可持续发展的绿色技术。文章在相关文献基础上针对短程反硝化除磷技术机理、工艺作了综述和分析，以给相关研究工作者提供一些有价值的参考和帮助。[关键词]短程反硝化除磷；亚硝酸盐；机理[中国分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2011)03-0034-02TechniqueofShort-cutDenitrifyingDephosphorizationanditsStudyProgressDengQiqi(AQUAWORTHCo.,Ltd.,Suzhou215011,China)Abstract:Techniqueofshort-cutdenitrifyingdephosphorizationcombinedbiologicalnitrogenandphosphorusremoval,whichaccordsustainabledevelopment.Thepaperelaboratesandanalyzesshort-cutdenitrifyingdephosphorizationmechanismandprocessontherelevantliterature.Thepapercanprovidesomevaluableinformationandhelptoresearchworkers.Keywords:short-cutdenitrifyingphosphorusremoval；nitrite；Mechanism近年来，随着生物除磷技术的深入研究，发现一类除磷菌能以硝酸盐代替氧作为电子受体，在缺氧条件下实现同时反硝化并过度摄磷。这不但减少脱氮除磷系统的COD和O2的消耗，还解决了传统脱氮除磷工艺中泥龄矛盾。相关研究发现，反硝化过程一般都要经历中间产物亚硝酸盐，甚至在某些实验的反硝化过程中会出现一定浓度亚硝酸盐积累，因此可以认为亚硝酸盐能够参与反硝化除磷过程。若将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段，再进行以亚硝酸盐为电子受体的短程反硝化除磷无疑将更是有意义的，该过程具有如下优势：(1)硝化阶段可节省供氧量，降低能耗；(2)反硝化阶段可减少有机碳源；(3)具有较高的反硝化速率。(4)缩短反应时间。笔者在阅读相关文献的基础上，针对短程反硝化除磷技术的机理和工艺，以及研究进展，做出一些综述和分析。1短程反硝化除磷技术的发现和证实关于以亚硝酸盐为电子受体的短程反硝化除磷技术，在1987年Comeau的报道中认为加入亚硝酸盐不能观察到吸磷现象。至1999年丹麦学者Meinhold在探讨亚硝酸盐对反硝化除磷过程影响中指出亚硝酸盐浓度在4～5mg/L或低于此浓度时，可以作为电子受体，完成缺氧吸磷；但亚硝酸盐浓度超过8mg/L时，就会抑制吸磷，当亚硝酸盐浓度高于10mg/L时，抑制作用加剧，影响DPB的活性，甚至杀死DPB。直到2001年，DaeSungLee的实验结果表明亚硝酸盐对于缺氧期间磷的吸收不会产生毒害作用(NO2--N＞10mg/L)，而且可以像硝酸盐一样作为电子受体进行反硝化除磷，亚硝酸盐作为电子受体的吸磷速度甚至比硝酸盐快，亚硝酸盐的利用及除磷效果完全取决于污泥的驯化程度。2003年HuJY等人通过比较不同电子受体反硝化除磷效果得出利用亚硝酸盐作为电子受体具有运行周期短，吸放磷速率快的优势。表1缺氧条件下亚硝酸盐对聚磷菌的影响Tab.1Theeffectofnitriteonphosphateaccumulatingunderanoxicconditions运行方式反应器及水质亚硝酸盐抑制浓度/(mg·L-1)参考文献厌氧/好氧中试SBR/生活污水5～8Meinhold，等厌氧/好氧/缺氧/好氧实验室SBR/配水至10仍未抑制Lee，等厌氧/缺氧实验室SBR/配水至35仍未抑制Hu，等厌氧/缺氧/好氧实验室SBR/生活污水12Saito，等厌氧/缺氧实验室SBR/配水至50仍未抑制王爱杰，等厌氧/缺氧实验室SBR/配水30黄荣新，等厌氧/缺氧/好氧实验室SBR/配水80张玉秀，等近来，国内学者也进行了亚硝酸盐作为电子受体的缺氧吸磷研究，由于所用的聚磷污泥不同，得到的对缺氧吸磷产生抑制作用的亚硝酸盐浓度上限值也各不相同。张杰等采用静态烧杯试验队亚硝酸盐在除磷过程中的作用进行了研究，认为亚硝酸盐的抑制浓度在30mg/L左右，抑制时间与亚硝酸盐浓度有关。王爱杰等人，采用序批式反应器(SBR)，以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷试验，探讨了其可行性，得出通过一个月时间的驯化，DPB可以适应对生物有毒性的亚硝酸盐，亚硝酸盐抑制浓度为35mg/L。李亚峰等人则通过分阶段培养方式，经过131d的驯化，筛选出以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌。2短程反硝化除磷机理2.1厌氧代谢在厌氧条件下，兼性细菌通过发酵作用，将污水中溶解性BOD转化成低分子发酵产物挥发脂肪酸(VFA)。在没有溶解氧或氧化态氮(NOx-)的条件下，利用一类所谓聚磷菌的细菌在分解细胞内的聚磷酸盐同时产生ATP，并利用ATP将污水中的低分子发酵产物等有机物摄入细胞，以聚-β-羟基丁酸盐(PHB)、聚-β-羟基戊酸盐(PHV)及糖原等有机颗粒的形式存于细胞内，所需能量来源于聚磷酸盐的水解及细胞内糖的酵解，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出胞外；这时细胞内还会诱导产生相当量的聚磷酸盐激酶。聚磷酸盐分解后的无机磷酸盐释放至聚磷菌体外，此即观察到聚磷菌厌氧放磷现象。2.2缺氧代谢在缺氧条件下，DPB能够以NO2-作为电子受体进行缺氧吸磷，将NO2-还原为氮气，达到同时脱氮除磷的目的。缺氧代谢和好氧代谢相比，其过程完全相同：(1)聚磷酸盐行程；(2)细胞自身生长和维持(PAOs体内多聚磷酸盐的消耗主要被用于微生物自身的同化作用)；(3)糖原的形成；(4)TCA过程PHB[收稿日期]2010-12-08[作者简介]邓祺琪(1984-)，男，重庆人，助理工程师，主要研究方向为水污染控制究。2011年第3期广东化工第38卷总第215期·35·的消耗；(5)消耗NADH2产生ATP；(6)磷的吸收。3亚硝酸盐对缺氧吸磷的影响及抑制机理亚硝酸盐影响缺氧吸磷的研究主要集中于两点：(1)亚硝酸盐能否作为反硝化除磷的电子受体；化除磷的电子受体；(2)亚硝酸盐对反硝化除磷的抑制浓度。近年来大部分研究支持NO2-能够作为反硝化除磷的电子受体的观点，但是在NO2-的临界抑制浓度方面存在很大分歧。笔者阅读大量文献后作出统计如图1所示。以上研究都试图将亚硝酸盐的抑制作用和亚硝酸盐浓度联系起来。亚硝酸盐在溶液中有两种存在形态，即游离亚硝氮(FNA)和亚硝氮离子，计算公式如下所示：2N-NOpHaSFNA=K10×式中SN-NO2为亚硝氮浓度(mg/L)；Ka为离子平衡常数。由上述公式可以看出pH对游离亚硝氮浓度有较大影响。进来一些研究指出pH是亚硝酸盐为电子受体反硝化除磷的重要影响因素，从而可见反硝化除磷的真正抑制物是游离亚硝氮(FNA)。4A2N-SBR短程反硝化除磷工艺生物脱氮和除磷是两个相对独立而又相互交叉的生理过程，其交叉点是除磷菌在缺氧状态下的反硝化除磷脱氮。A2N-SBR系统由一个厌氧/缺氧的A2-SBR除磷反应器和一个好氧的N-SBR短程硝化反应器组成，如图1所示。运行时两个SBR中的污泥是分开的，而只将各自沉淀后的上清液相互交换。因此可分别控制系统中PAO和硝化菌的泥龄，以避免相互干扰，利于运行优化。王爱杰等通过控制N-SBR反应器中DO为0.4mg/L、碱度1300mg/L、温度为28±3℃、pH为8.0±0.2、污泥龄为30d实现亚硝酸盐的稳定积累后与反硝化除磷SBR反应器串联后成功形成两段活性污泥短程反硝化除磷系统；蒋秩峰等通过间隙曝气的方式将N-SBR反应器中硝化反应控制在亚硝化阶段与除磷SBR反应器联用实现双泥短程反硝化系统。经研究该工艺与传统除磷工艺相比，该工艺可降低50%的COD需求量，60%的耗氧量和50%的污泥产量。图1A2N-SBR系统Fig.1FlowchartofA2N-SBR但该工艺也存在着一些缺点。首先，相关研究表明以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷效率相比好氧除磷菌以及以硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌要低；其次，实际应用时，进水中氮和磷的比例很难恰好满足缺氧摄磷的要求，这给系统的控制带来困难。该工艺另一个缺点是NH4+可能残留在反硝化除磷污泥流中，这将影响N的去除效率。5结论短程反硝化除磷技术是生物除磷的最新研究成果，该技术将短程生物脱氮和除磷有机地合二为一，是节省能源和资源的原因所在，也正是这个原因，这以技术被誉为适合可持续发展的绿色技术。虽然短程反硝化除磷技术仍然处于基础性研究，但随着使用16S和23SrRNA核苷酸探针对微生物鉴定技术对短程反硝化除磷菌进行分析，人们对该技术的机理以及工程应用会有。参考文献[1]MeinholdJ，ArnoldE，IsaacsS．Effectofnitrateoranoxicphosphateuptakeinbiologicalphosphorusremovalactivatedsludge[J]．WatRes，1999，33(8)：1871-1883．[2]HuJY，OngSL，NgWJ，etal．Anewmethodforcharacterizingdenitrifyingphosphorusremovalbacteriabyusingthreedifferenttypesofelectronaccepters[J]．WaterRes，2003，37(14)：3463-3467．[3]SaitoT，BrdjanovicD，VanLoosdrechtMCM．Effectofnitriteonphosphateuptakebyphosphateaccumulatingorganisms[J]．WaterRes，2004，38(17)：3760-3768．[4]LeeDS，JeonCO，JongMP．Biologicalnitrogenremovalwithenhancedphosphateuptakeinasequencingbathreactorusingsinglesludgesystem[J]．WaterRes，2001，35(16)：3978-3976．[5]LeeDS，JeonCO，JongMP．Biologicalnitrogenremovalwithenhancedphosphateuptakeinasequencingbathreactorusingsinglesludgesystem[J]．WaterRes，2001，35(16)：3978-3976．[6]张玉秀，张伟伟，黄霞，等．亚硝酸型反硝化除磷污泥驯化方式的比较[J]．中国环境科学，2009，29(5)：493-496．[7]杨莹莹，曾薇，李磊，等．亚硝酸盐对污水生物除磷影响的研究进展[J]．微生物学通报，2010，37(4)：586-593．[8]张杰，李冬，黄兴荣，等．电子受体亚硝酸氮在反硝化除磷过程中的作用[J]．环境科学，2007，27(7)：1141-1144．[9]丁彩娟．反硝化除磷系统基质转化和生物特性初探[D]．重庆大学，2005．(本文文献格式：邓祺琪．短程反硝化除磷技术研究进展[J]．广东化工，2011，38(3)：34-35)出水好氧阶段沉淀好氧阶段亚硝酸盐交换器进水沉淀缺氧阶段沉淀厌氧阶段