1、SBR 处理工艺脱氮除磷生物原理浅析摘要：SBR 处理工艺由于其流程简单、处理效果优异、运行灵活、适应水质变化能力强等优点得到广泛的重视。随着城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002） 一级B 和一级 A 的实施，污水处理对氮和磷的处理要求越来越高。但 SBR 处理工艺所有的反应都在一个池子内完成，造成池子内各种细菌都存在，难以形成某种优势菌群，并且形成的优势菌群容易受到破坏，在 SBR 法处理城市污水的实际运行过程中，经常出现脱氮效果好时除磷效果差、除磷效果好时脱氮效果不佳的情况。本文简述了包括传统硝化反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨化、反硝化除磷等 SBR 处理
2、工艺脱氮除磷过程中的微生物原理，并根据实际工作经验介绍了提高 SBR脱氮除磷效果的改进运行方式，通过对 SBR 个环节时间的控制及反应池内溶解氧、pH 值、温度、ORP 、污泥龄等因素的控制，有效地发挥 SBR 工艺脱氮除磷的能力，保证出水氮、磷污染物的稳定达标。SBR 是序批式间歇活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor）的简称。SBR 工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。SBR 工艺的一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括如下 5 个阶段：进水期；反应期；沉淀期；排水排泥期；闲置期。SBR 的运行工况以间歇操作为特征。其中自进水、反
3、应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为一个运行周期。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握。SBR 作为废水处理方法具有下述主要特点：在空间上完全混合，时间上完全推流式，反应速度高，为获得同样的处理效率 SBR 法的反应池理论明显小于连续式的体积，且池越多，SBR 的总体积越小。工艺流程简单，构筑物少，占地省，造价低，运行管理费用低。静止沉淀，分离效果好，出水水质高。运行方式灵活，可生成多种工艺路线。同一反应器仅通过改变运行工艺参数就可以处理不同性质的废水。由于进水结束后，原水与反应器隔离，进水水质水量的变
4、化对反应器不再有任何影响，因此工艺的耐冲击负荷能力高。间歇进水、排放以及每次进水只占反应器的 2/3 右，其稀释作用进一步提高了工艺对进水冲击负荷的耐受能力。有效地控制丝状菌的过量繁殖，这一特性是由缺氧好氧并存、反应中底物浓度较大、泥龄短、比增长速率大决定的。SBR 处理工艺由于其流程简单、处理效果优异、运行灵活、适应水质变化能力强等优点得到广泛的重视。随着城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002） 一级 B 和一级 A 的实施，污水处理对氮和磷的处理要求越来越高。但 SBR 处理工艺所有的反应都在一个池子内完成，造成池子内各种细菌都存在，难以形成某种优势菌群，并且形成的优势菌群
5、容易受到破坏，如：进水冲击、控制方式、进水负荷等变化都会引起优势菌群的破坏和消失。在 SBR 法处理城市污水的实际运行过程中，经常出现脱氮效果好时除磷效果差、除磷效果好时脱氮效果不佳的情况，而若要同时满足高效脱氮除磷的要求，就需要控制影响工艺有效运行、相Comment 21: 废水工程处理与回用（第 4版）P445互制约的各种因素。一、 微生物脱氮除磷原理生物脱氮原理氨化在未经处理的新鲜污水中，含氮化合物存在的主要形式有：有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等；氨态氮（NH3、NH4+）含氮化合物在微生物的作用下，相继产生下列各项反应。氨化反应：有机氮化合物在氨化细菌的作用下
6、，分解转化为氨态氮，以氨基酸为例RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO3+NH3硝化反应：在硝化细菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，由氨转化为硝酸盐的两步氧化产能过程可表示如下。亚硝化茵：2NH4+3O22NO2-+4H+2H2O 硝化菌：2NO2-+ O22NO3- 硝化反应的总反应式：NH4+2 O2NO3-+2H+ H2O 反硝化反应：在反硝化菌的代谢活动作用下，硝酸氮（NO3-N）和亚硝酸氮（NO2 N）从污水中得以去除。反硝化有两种途径，即：同化反硝化（合成） ，最终形成有机氮化合物，成为军体的组成部分；另一为异化反硝化（分解） ，最终产物是气态氮。 2NH3-2H2O+2H+4
7、H-2H2O+2H-H2O-2H2O+4H+4H-2H2O 2HNO2HNO22NH2OHN2N2O异化反硝化同化反硝化生物除磷原理所谓生物除磷，是利用聚磷菌一类的微生物，能够过量地，在数量上超过其生理需要，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排除系统外，达到从污水中除磷的效果。其基本过程是：聚磷菌对磷的过剩摄取在好氧条件下，聚磷菌营有氧呼吸，氧化分解有机物，释放能量，ADP 获得能量同时结合H3PO4而合成 ATP（三磷酸腺苷） 。ADP+ H3PO4+能量ATP+H2O聚磷菌利用能量，在透膜酶的催化作用下，从外部环境中将 H3PO4摄入体内，除一部分用2HNO3
8、于合成 ATP 外，另一部分 H3PO4 则用于合成聚磷酸盐。这种现象就是“磷的过剩摄取” 。聚磷菌的放磷在厌氧条件下，聚磷菌体内的 ATP 进行水解，放出 H3PO4 和能量，形成 ADP，即：ATP+H2OADP+ H3PO4+能量这样，聚磷菌具有在好氧条件下，过剩摄取 H3PO4，在厌氧条件下，释放 H3PO4 的功能。SBR 法生物脱氮除磷简析生物脱氮 理论上讲，要实现废水生物脱氮，只要使生物氮氨化，及 NH3N 经历典型的硝化和反硝化过程即可完全被除去。传统生物脱氮要经历好氧、厌氧、缺氧的条件，以及通过污泥回流，使氨化、硝化、反硝化过程依次发生，以保证氮的彻底去除。对于 SBR 法而
9、言，控制污水中溶解氧浓度（DO值）即可控制池内微生物反应状态。其实，SBR 反应池内由于多种中间产物的存在和硝化菌、反硝化菌的作用，其脱氮反应有别于传统的脱氮工艺，除前述硝化、反硝化反应外还存在其他复杂的反应过程。1. 亚硝酸型生物脱氮所谓亚硝酸型生物脱氮就是将硝化过程控制在 HNO2 阶段而终止，随后进行反硝化。由于亚硝化产物 HNO2 是“ 三致“物质，对受纳水体和人是不安全的，所以一般认为要避免出现HNO2。实际上从氮的微生物转化过程来看，氨被氧化成硝酸是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，对于反硝化菌，无论是 NO2-N 还是 NO3-N 均可以作为最终受氢体。因而整个生物脱氮过程
10、可以通过 NH3NNO2-NN2 这样的途径完成，即亚硝酸型生物脱氮。2NH4+3O22NO2-+4H+2H2O2NO2-+6H+2H+N2+4H2O2.同步硝化反硝化同步硝化反硝化现象（Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称 SND）是控制供氧强度以及曝气池中溶解氧浓度，使絮体的外周能保证有一个好氧环境进行硝化，由于溶解氧浓度得到控制，氧在污泥絮体内部的渗透传递作用受到限制，而较高的硝酸盐浓度(梯度)则能较好地渗透到絮体的内部，因此在絮体内部能有效地进行反硝化过程。大量运行中的 SBR 法污水处理厂在进水曝气阶段氨氮浓度、硝酸盐氮浓
11、度以及溶解氧浓度的典型变化曲线可用下图表示，可以看出，在曝气阶段结束时，氨氮浓度和硝酸盐浓度均很低，表明系统具有很好的同步硝化反硝化效果。0510152025300 50 100 150时 间 min氨氮及硝态氮浓度mg/L0.00.51.01.52.02.5D.O. mg/LNH3-NNO3-ND.O.(3) 厌氧氨氧化1990 年，荷兰 Delft 技术大学研究人员在反硝化流化床中的研究中发现24 ：厌氧反应器中同时出现了氨和硝酸盐的消失，并且还成一定的比例关系，这是无法用传统异养反硝化来解释的现象。他们认为反应器中发生了如下反应25，并将其命名为厌氧氨氧化（Anaerobic Oxida
12、tion of Ammonium，简称 ANAMMOX） 。5NH4+3NO3-4N2+9H2O+2H+NH4+NO2-N2+H2O厌氧氨氧化是在厌氧条件下，以 NH4+为电子供体，以 NO3-或 NO2-为电子受体，将NH4+、 NO3-或 NO2-转变成 N2 的生物氧化过程26。生物除磷脱氮新技术反硝化除磷技术反硝化除磷技术是生物除磷的最新研究成果，它是由反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus-removing bacteria，DPB) 在厌氧/缺氧交替环境中，通过它们的代谢作用来同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到除磷脱氮双重目的。大量研究表明，聚磷菌有两部分组成，一部分只能用氧作为电子受体，而另一部分即能利用氧也能用 NO3-作为电子受体，这就是反硝化聚磷菌。Kuba 等更从动力学性质上对这两类聚磷菌进行了比较，认为以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌有着和好氧聚磷菌同样高的强化生物除磷性能58,59。
