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摘 要：反硝化除磷技术利用厌氧、缺氧交替的环境，通过反硝化聚磷茵的作用，同时完成过量吸磷和反硝化过程。简述了反硝化除磷技术理论，分析了碳源、污泥龄、污泥浓度、pH、缺氧池的NO3 —负荷和溶解氧等其他因素对其的影响，并将其与传统一般技术进行了比较。
关键词：反硝化除磷；反硝化聚磷菌(DPB)
中图分类号：O613.62 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
反硝化除磷机理和传统A/O法除磷机理极为相似。厌氧段，DPB释磷过程和传统除磷工艺中PAO基本是一致的；而在缺氧段，不同于PAO以O2作为电子受体，DPB是以NO3 —作为氧化胞内PHB的电子受体。它利用降解厌氧段储存于体内的PHB产生的能量ATP，大部分供给自身细胞的合成(糖原的合成)和维持生命活动，一部分则用于过量摄取水中的无机磷酸盐，并以Poly—P的形式储存在细胞体内；同时NO3 —被还原为N2。如此在厌氧/缺氧交替运行条件下，通过DPB的新陈代谢作用即可同步实现反硝化和除磷效果。
2、反硝化除磷理论
通过研究发现，活性污泥中的一部分聚磷菌能以硝酸盐作为电子受体在进行反硝化的同时完成过量吸磷。1993年荷兰Delft大学的Kuba在试验中观察到：在厌氧/缺氧交替运行的条件下，易富集一类兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物，该微生物能利用02或NO3 —作为电子受体，且基于其胞内PHB和糖原质的生物代谢作用与传统A/O法中的聚磷菌(PAO)相似。对于这种现象，大部分研究者发现：生物除磷系统中的PAO可分为两类菌，其中一类PAO只能以氧气作为电子受体，而另一类则既能以氧气又能以硝酸盐作为电子受体，因此它们在吸磷的同时能进行反硝化。
大量研究也表明：当微生物依次经过厌氧、缺氧和好氧三个阶段后，约占50％的聚磷菌既能利用氧气又能利用NO3 —作为电子受体来聚磷，即DPB的除磷效果相当于总聚磷菌的50％左右。这些发现一方面说明了硝酸盐亦可作为某些微生物氧化PHB的电子受体，另一方面也证实了在污水的生物除磷系统中的确存在着DPB属微生物，而且通过驯化可得到富集DPB的活性污泥。
3、反硝化除磷工艺的影响因素
3．1碳源
碳源的研究主要集中在对不同碳源(如乙酸、丙酸、葡萄糖等)下反硝化除磷效能的研究。研究表明，以乙酸为代表的低分子挥发性脂肪酸(VFA)可以用来提高聚磷菌的释磷量，从而为缺氧段的大量吸磷创造条件；丙酸虽然也可以提高生物除磷效果，但对反硝化除磷的促进作用不明显；葡萄糖的大量存在将使已成为优势菌群的PAOs和DPB逐渐被非聚磷菌取代。
3．2污泥龄
污泥龄(SRT)反映了活性污泥系统中微生物的生长状态、生长条件及世代周期等基本特性。生物自身生长特性、有机物的降解及污泥增长都是通过污泥龄来衡量的。不同的SRT对应着不同的优势微生物。缩短泥龄可以提高系统的同化除磷能力；长泥龄的生物除磷系统单靠生物作用以期达到完全除磷几乎是不可能的。
3．3污泥浓度
通常系统中的MLSS越大(说明DPB含量越多)厌氧段的释磷效果越好，并且缺氧段DPB的吸磷能力也更强。通过试验表明增大MLSS可缩短放磷和缺氧吸磷反应时间，但MLSS浓度过高易导致反硝化吸磷后期出现磷的二次释放，同时也会影响沉淀效果，增加后续污泥处理费用。
3．4 pH
在反硝化除磷工艺中控制释磷的厌氧条件极为重要。PAOs以氧或硝酸盐氮为电子受体时的吸磷能力基本相同，且其在缺氧和好氧条件下的活性也基本相同。DPB和好氧PAOs可以共存。pH对DPB厌氧释磷影响较大，随着pH增大，P／C也随之提高(即消耗单位乙酸将会有更多的磷释放)，但当pH过高时，P／C有所降低，这主要是磷酸盐的化学沉淀引起的。缺氧段pH过低，缺氧吸磷菌不能适应，吸磷作用破坏；缺氧段pH中性偏碱性时，磷的释放与吸收效果稳定，因此缺氧段在偏碱性条件下，反硝化除磷仍能够稳定运行。
3．5缺氧池的NO3 —负荷
研究表明：当进入主缺氧池的NO3 —负荷低时吸磷主要限制在好氧池；当主缺氧池的NO3 —负荷超过其反硝化能力从而出水中存在NO3 —时，可以观察到显著的缺氧吸磷。研究人员对两家废水处理厂的污泥进行间歇实验时也发现，二者的缺氧池消耗的NO3 —分别为28和14mg NO2 ——N／(L进水)时，对应污泥中DPAOs／PAOs分别为50％和20％～40％。
由于缺氧池NO3 —负荷与DPAOs生长之间有重要关系，为了对反硝化除磷进行数学模拟，很有必要建立它们之间的数学关系，但目前对反硝化除磷的研究还不能做到这一点。
3．6溶解氧
在反硝化除磷工艺中控制释磷的厌氧条件极为重要。厌氧段的溶解氧含量(DO<0．2mg／L)通常用氧化还原电位(ORP)来度量。研究表明，ORP和磷含量之间呈良好的相关关系，能直观地反映PO43——P浓度的变化，从而能定量反映聚磷菌的性能特征，因此可把它作为厌氧释磷过程的一个实时指标：当ORP为正值时聚磷茵不释磷，而当ORP为负值时绝对值越高则其释磷能力就越强，一般认为应把ORP控制在 -200～-300mV。但是，在实际运行中因污泥或污水回流以及厌氧段未在封闭条件下运行而常会将氧气带入厌氧段，为此可在原工艺基础上前置一个厌氧段和实现厌氧段封闭运行来解决这个问题。
3.7水力停留时间
水力停留时间对反硝化除磷工艺的除磷效果影响较大，同时还会影响去除单位氮和磷所需要的COD量，从而影响到污水厂的占地面积和基建费用。研究表明，对反硝化除磷工艺，好氧段的水力停留时间满足充分硝化即可；厌氧段DPB吸附转化COD的同时充分释放磷为下一步做准备；缺氧段则需要有充足的吸磷时间，保证出水水质达标，但不宜过长，否则会导致磷的二次释放。
4、反硝化除磷技术与传统一般技术的分析比较
反硝化除磷和傳统的生物除磷技术有着本质上的区别：传统生物除磷是利用聚磷菌等微生物，从环境中过量地摄取磷，将磷以聚合态形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统，从而达到除磷效果。传统生物除磷中存在着脱氮和除磷的矛盾，硝酸盐含量是其除磷的限制性因素，聚磷菌和反硝化菌等共存于同一环境，对污水中的基质存在着严重的竞争，无法保证每种微生物都获得各自最佳的生长环境。
反硝化除磷工艺中，DPB作为优势菌群，减少了其和反硝化菌之间对有机物的竞争，可对污水中更多的有机物进行反硝化和脱磷，由于反硝化菌和DPB可在各自最佳环境中生长、可共用碳源，达到一碳两用的效果，因此硝化反应不再是限制性因素，曝气区的容积得以缩小，从而减少了曝气能耗，产生的污泥量大大减少，因此也节省了后续污泥的处理费用。与传统技术相比，反硝化除磷技术优势独特，发展潜力巨大。
5、结语
反硝化除磷的发现是生物除磷的最新研究成果。这种生物除磷新途径将反硝化脱氮和生物除磷有机地合二为一，使反硝化除磷分别节省50％和30％的COD与02消耗量，相应减少50％的剩余枵泥量。也正是这个原因，具有反硝化除磷的工艺被誉为适合可持续发展的绿色工艺。
参考文献：
【1】丁彩娟，吉英芳，高小平，等．A／ASBR中PHB转化与反硝化吸磷的关系研究[J]．重庆建筑大学学报，2005，27(3)：80一84．
【2】王爱杰，吴丽红，任南琪，等．亚硝酸盐为电子受体反硝化除磷工艺的可行性[J]．中国环境科学，2005．25(5)：515—518．
【3】曹长青，雷中方，胡志荣，等．反硝化除磷过程中的影响因素探讨[J]．中国给水排水，2005，21(7)：23—25．
作者简介：李晟，男，1985年生人，2009年毕业于天津城市建设学院环境工程专业，现为初级职称，就职于天津创业环保集团股份有限公司纪庄子污水处理厂。
关键词：反硝化除磷；反硝化聚磷菌(DPB)
中图分类号：O613.62 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
反硝化除磷机理和传统A/O法除磷机理极为相似。厌氧段，DPB释磷过程和传统除磷工艺中PAO基本是一致的；而在缺氧段，不同于PAO以O2作为电子受体，DPB是以NO3 —作为氧化胞内PHB的电子受体。它利用降解厌氧段储存于体内的PHB产生的能量ATP，大部分供给自身细胞的合成(糖原的合成)和维持生命活动，一部分则用于过量摄取水中的无机磷酸盐，并以Poly—P的形式储存在细胞体内；同时NO3 —被还原为N2。如此在厌氧/缺氧交替运行条件下，通过DPB的新陈代谢作用即可同步实现反硝化和除磷效果。
2、反硝化除磷理论
通过研究发现，活性污泥中的一部分聚磷菌能以硝酸盐作为电子受体在进行反硝化的同时完成过量吸磷。1993年荷兰Delft大学的Kuba在试验中观察到：在厌氧/缺氧交替运行的条件下，易富集一类兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物，该微生物能利用02或NO3 —作为电子受体，且基于其胞内PHB和糖原质的生物代谢作用与传统A/O法中的聚磷菌(PAO)相似。对于这种现象，大部分研究者发现：生物除磷系统中的PAO可分为两类菌，其中一类PAO只能以氧气作为电子受体，而另一类则既能以氧气又能以硝酸盐作为电子受体，因此它们在吸磷的同时能进行反硝化。
大量研究也表明：当微生物依次经过厌氧、缺氧和好氧三个阶段后，约占50％的聚磷菌既能利用氧气又能利用NO3 —作为电子受体来聚磷，即DPB的除磷效果相当于总聚磷菌的50％左右。这些发现一方面说明了硝酸盐亦可作为某些微生物氧化PHB的电子受体，另一方面也证实了在污水的生物除磷系统中的确存在着DPB属微生物，而且通过驯化可得到富集DPB的活性污泥。
3、反硝化除磷工艺的影响因素
3．1碳源
碳源的研究主要集中在对不同碳源(如乙酸、丙酸、葡萄糖等)下反硝化除磷效能的研究。研究表明，以乙酸为代表的低分子挥发性脂肪酸(VFA)可以用来提高聚磷菌的释磷量，从而为缺氧段的大量吸磷创造条件；丙酸虽然也可以提高生物除磷效果，但对反硝化除磷的促进作用不明显；葡萄糖的大量存在将使已成为优势菌群的PAOs和DPB逐渐被非聚磷菌取代。
3．2污泥龄
污泥龄(SRT)反映了活性污泥系统中微生物的生长状态、生长条件及世代周期等基本特性。生物自身生长特性、有机物的降解及污泥增长都是通过污泥龄来衡量的。不同的SRT对应着不同的优势微生物。缩短泥龄可以提高系统的同化除磷能力；长泥龄的生物除磷系统单靠生物作用以期达到完全除磷几乎是不可能的。
3．3污泥浓度
通常系统中的MLSS越大(说明DPB含量越多)厌氧段的释磷效果越好，并且缺氧段DPB的吸磷能力也更强。通过试验表明增大MLSS可缩短放磷和缺氧吸磷反应时间，但MLSS浓度过高易导致反硝化吸磷后期出现磷的二次释放，同时也会影响沉淀效果，增加后续污泥处理费用。
3．4 pH
在反硝化除磷工艺中控制释磷的厌氧条件极为重要。PAOs以氧或硝酸盐氮为电子受体时的吸磷能力基本相同，且其在缺氧和好氧条件下的活性也基本相同。DPB和好氧PAOs可以共存。pH对DPB厌氧释磷影响较大，随着pH增大，P／C也随之提高(即消耗单位乙酸将会有更多的磷释放)，但当pH过高时，P／C有所降低，这主要是磷酸盐的化学沉淀引起的。缺氧段pH过低，缺氧吸磷菌不能适应，吸磷作用破坏；缺氧段pH中性偏碱性时，磷的释放与吸收效果稳定，因此缺氧段在偏碱性条件下，反硝化除磷仍能够稳定运行。
3．5缺氧池的NO3 —负荷
研究表明：当进入主缺氧池的NO3 —负荷低时吸磷主要限制在好氧池；当主缺氧池的NO3 —负荷超过其反硝化能力从而出水中存在NO3 —时，可以观察到显著的缺氧吸磷。研究人员对两家废水处理厂的污泥进行间歇实验时也发现，二者的缺氧池消耗的NO3 —分别为28和14mg NO2 ——N／(L进水)时，对应污泥中DPAOs／PAOs分别为50％和20％～40％。
由于缺氧池NO3 —负荷与DPAOs生长之间有重要关系，为了对反硝化除磷进行数学模拟，很有必要建立它们之间的数学关系，但目前对反硝化除磷的研究还不能做到这一点。
3．6溶解氧
在反硝化除磷工艺中控制释磷的厌氧条件极为重要。厌氧段的溶解氧含量(DO<0．2mg／L)通常用氧化还原电位(ORP)来度量。研究表明，ORP和磷含量之间呈良好的相关关系，能直观地反映PO43——P浓度的变化，从而能定量反映聚磷菌的性能特征，因此可把它作为厌氧释磷过程的一个实时指标：当ORP为正值时聚磷茵不释磷，而当ORP为负值时绝对值越高则其释磷能力就越强，一般认为应把ORP控制在 -200～-300mV。但是，在实际运行中因污泥或污水回流以及厌氧段未在封闭条件下运行而常会将氧气带入厌氧段，为此可在原工艺基础上前置一个厌氧段和实现厌氧段封闭运行来解决这个问题。
3.7水力停留时间
水力停留时间对反硝化除磷工艺的除磷效果影响较大，同时还会影响去除单位氮和磷所需要的COD量，从而影响到污水厂的占地面积和基建费用。研究表明，对反硝化除磷工艺，好氧段的水力停留时间满足充分硝化即可；厌氧段DPB吸附转化COD的同时充分释放磷为下一步做准备；缺氧段则需要有充足的吸磷时间，保证出水水质达标，但不宜过长，否则会导致磷的二次释放。
4、反硝化除磷技术与传统一般技术的分析比较
反硝化除磷和傳统的生物除磷技术有着本质上的区别：传统生物除磷是利用聚磷菌等微生物，从环境中过量地摄取磷，将磷以聚合态形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统，从而达到除磷效果。传统生物除磷中存在着脱氮和除磷的矛盾，硝酸盐含量是其除磷的限制性因素，聚磷菌和反硝化菌等共存于同一环境，对污水中的基质存在着严重的竞争，无法保证每种微生物都获得各自最佳的生长环境。
反硝化除磷工艺中，DPB作为优势菌群，减少了其和反硝化菌之间对有机物的竞争，可对污水中更多的有机物进行反硝化和脱磷，由于反硝化菌和DPB可在各自最佳环境中生长、可共用碳源，达到一碳两用的效果，因此硝化反应不再是限制性因素，曝气区的容积得以缩小，从而减少了曝气能耗，产生的污泥量大大减少，因此也节省了后续污泥的处理费用。与传统技术相比，反硝化除磷技术优势独特，发展潜力巨大。
5、结语
反硝化除磷的发现是生物除磷的最新研究成果。这种生物除磷新途径将反硝化脱氮和生物除磷有机地合二为一，使反硝化除磷分别节省50％和30％的COD与02消耗量，相应减少50％的剩余枵泥量。也正是这个原因，具有反硝化除磷的工艺被誉为适合可持续发展的绿色工艺。
参考文献：
【1】丁彩娟，吉英芳，高小平，等．A／ASBR中PHB转化与反硝化吸磷的关系研究[J]．重庆建筑大学学报，2005，27(3)：80一84．
【2】王爱杰，吴丽红，任南琪，等．亚硝酸盐为电子受体反硝化除磷工艺的可行性[J]．中国环境科学，2005．25(5)：515—518．
【3】曹长青，雷中方，胡志荣，等．反硝化除磷过程中的影响因素探讨[J]．中国给水排水，2005，21(7)：23—25．
作者简介：李晟，男，1985年生人，2009年毕业于天津城市建设学院环境工程专业，现为初级职称，就职于天津创业环保集团股份有限公司纪庄子污水处理厂。