廢水厭氧生物處理技術(shù)到目前為止已經(jīng)取得了很大的進展，已開發(fā)出了很多種類的厭氧反應(yīng)器，常見厭氧反應(yīng)器包括厭氧接觸工藝、厭氧濾池工藝、厭氧流化床工藝、厭氧折流式反應(yīng)器、上流式厭氧濾泥床反應(yīng)器、膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器、兩相厭氧消化工藝，以及厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。

廢水脫氮除磷技術(shù)

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，近年來水體營養(yǎng)化問題日趨嚴重。據(jù)全國26個主要湖泊水庫富營養(yǎng)的調(diào)查表明：貧營養(yǎng)的1個，中營養(yǎng)的9個，富營養(yǎng)的16個，在16個富營養(yǎng)化湖泊中有6個的總氮、總磷的負荷量極高，已進入異常營養(yǎng)型階段。同時，我國沿海赤湖發(fā)生的次數(shù)和面積也逐年增加，每年都給當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來相當(dāng)大的損失。自20世紀70年代以來，世界各國都認識到控制水中的氮磷是限制藻類生長，遏制水體營養(yǎng)化的重要因素，開展了脫氮除磷機理及工藝的研究。我國從20世紀80年代初開始，也進行了大量這方面的研究，其中有的已進入規(guī)模應(yīng)用，并取得了滿意的效果。隨著我國1998年1月1日實施的污水綜合排放標準對氮磷處理提出了更高的要求，廢水脫氮除磷技術(shù)在我國的發(fā)展前景將更加廣闊。

  生物脫氮

(1）生物脫氮的基本原理

生物脫氮法從反應(yīng)類型分類，可分為氨的硝化作用和硝酸（或亞硝酸）的反硝化作用兩種。硝化作用以氨為電子供體，以分子氧為電子受體，使氮從負三價（ NH +）轉(zhuǎn)變?yōu)檎齼r（NO2）和（NO3)。但硝化作用下只是改變了氮在水中的化合態(tài)，并沒有降低水中氮的含量，這對于防止水體富養(yǎng)化，并沒有解決根本問題。反硝化作用則是以硝酸鹽為電子受體，以其他有機物（碳源）為電子供體，使硝酸鹽中的氮逐漸從正五價降到零價，形成氣態(tài)氮（N2和N2O）從廢水中釋放出來。

(2）生物硝化作用

硝化反應(yīng)包括兩個步驟，第一步由亞硝酸細菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO7)，第二步由硝酸細菌進一步將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽（NO7)。這兩類細菌統(tǒng)稱為硝化細菌，它們利用無機碳化物 CO 、HCO3和CO2作為碳源，從NH2、 NH 或 NO ？的氧化反應(yīng)中獲取能量。

(3）生物反硝化作用

反硝化作用是指在無氧或低氧條件下，硝酸態(tài)氮、亞硝酸態(tài)氮被微生物還原轉(zhuǎn)化為分子態(tài)氮（N2）的過程。參與這一作用的微生物是反硝化細菌，這是一類異養(yǎng)分型的兼性厭氧細菌，如變形桿菌（ Protens )、假單胞菌（ Pseudomonas )、小球菌（ Micrococcus )、芽孢桿菌（ Bacillus )、無色桿菌（ Achromobacter )、嗜氣桿菌（ Aerobacter )、產(chǎn)堿桿菌（ Alcali - genes )。它們在缺氧的條件下，利用有機碳源為電子供體，NO3- N 作為電子受體，在降解有機物的同時進行反硝化作用，其反應(yīng)過程可表式為：

NO2+3H（電子供體）→1/2N2+H2O+ OH -

GO3+4H（電子供體）→1/2N2+H2O+ OH -

目前公認的從 NO 。還原為N2的過程為：

 NO →NO2→ NO →N2O→N2

進行生物脫氮作用，必須具備以下幾個條件： a ．存在 NO 或NO2; b ．不含溶解氧； c ．存在兼性細菌菌群； d ．適宜和適量的電子供體。

(4）短程硝化﹣反硝化生物脫氮

早在1975年 Voet 就發(fā)現(xiàn)在硝化過程中HNO2積累的現(xiàn)象并首次提出了短程硝化﹣反硝化生物脫氮（ Shortcut nitrification - denitrification ，也可稱為力完全或稱簡捷硝化﹣反應(yīng)硝化生物脫氮），隨后國內(nèi)外許多學(xué)者對此進行了試驗研究。這種方法就是將硝化過程控制在HNO2階段而終止，隨后進行反硝化。

短程生物脫氮具有以下特點：對于活性污泥法，可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%，降低能耗；節(jié)省反硝化所需碳源40%，在 C / N 比一定的情況下提出 TN 去除率；減少污泥生成量可達50%；減少投堿量；縮短反應(yīng)時間，相應(yīng)反應(yīng)器容積減少。因此這一方法受到了人們的關(guān)注。

(5）厭氧氨氧化（ Anaerobic Ammonia Oxidation )

在氮素污染物的控制中，目前國內(nèi)外主要采用生物脫氮技術(shù)，研究的熱點集中在如何改進傳統(tǒng)的硝化﹣反硝化工藝。從微生物學(xué)的角度看，硝化和反硝化是兩個相互對立的生化反應(yīng)，前者借助硝化細菌的作用，將氨氧化為硝酸，需要氧的有效供給；而后者則是一個厭氧反應(yīng)，只有在無氧條件下，反硝化細菌才能把硝酸還原為氮氣。此外，在環(huán)境中存在有機時，自養(yǎng)型硝化細菌對氧和營養(yǎng)物質(zhì)的競爭能力劣于異養(yǎng)型微生物，其生長速度很容易被養(yǎng)型生物超過，并因此而難以在硝化中發(fā)揮應(yīng)有的作用：但要使反硝化反應(yīng)順利進行，則心須為反硝化細菌提供合適的電子供體（通常為有機物如甲醇等）。1990年，荷蘭 Delft 技大學(xué) Kluyver 生物技術(shù)實驗室開發(fā)出 ANAMMOX 工藝（ Anaerobic Ammonia Oxidation )即在厭氧條件下，以 NO 。為電子受體，將氨轉(zhuǎn)化為N2。最近研究表明，NO2是一個關(guān)鍵的電子受體。由于該菌是自養(yǎng)菌，因此不需要添加有機物來維持反硝化。實驗研究發(fā)現(xiàn)：氧反應(yīng)器中 NH ，濃度的降低與 NO 。的去除存在一定的比例關(guān)系。

這一重大的新發(fā)現(xiàn)為改進傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)提供了理論依據(jù)。若能開發(fā)利用厭氧氨氧百分比進行生物脫氮，不僅可以大幅度地降低硝化反應(yīng)的充氧能耗，免去反硝化反應(yīng)的外源電子供體，而且還可改善硝化反應(yīng)產(chǎn)酸，反硝化反應(yīng)產(chǎn)堿而均需中和的狀況。其中后兩項對控制化學(xué)試劑消耗，防止可能出現(xiàn)的二次污染具有重要作用。

2  生物除磷

生物除磷主要由一類統(tǒng)稱為聚磷細菌的微生物完成。該類微生物均屬異養(yǎng)型細菌，現(xiàn)已報道的種類包括：不動桿菌屬、假單胞菌屬、氣單胞菌屬、棒桿菌屬、腸桿菌屬、著色菌屬、脫氮微球菌屬等。上述細菌也存在于傳統(tǒng)的活性污泥系統(tǒng)中，而傳統(tǒng)活性污泥法之所以不能有效除磷，可能是其生長條件無法誘導(dǎo)這些微生物過度吸磷的緣故。

在厭氧條件下，聚磷菌把細菌中的聚磷水解為下磷酸鹽（ PO ）釋放胞外，并從中獲取能量，利用污水中易降解的 COD 如揮發(fā)性脂肪酸（ VFA )，合成貯藏物聚3﹣羥丁酸( PHB ）等貯于胞內(nèi)。

聚磷菌厭氧釋磷的程度與基質(zhì)類型關(guān)系很大，當(dāng)基質(zhì)為甲酸、乙酸、丙酸等揮發(fā)性脂肪酸時，釋磷迅速而徹底，基質(zhì)為非揮發(fā)性脂肪酸時，釋磷則十分緩慢，且總釋磷量也很小。有觀點認為，聚磷菌一般可直接利用的是第一類基質(zhì)﹣﹣揮發(fā)性脂肪酸，其他基質(zhì)則需轉(zhuǎn)化為第一類基質(zhì)后才能被利用。

從以往的研究大體可給出這樣一個生化模型；廢水中的有機物進入?yún)捬鯀^(qū)后，在發(fā)酵性產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化成乙酸。聚磷菌在厭氧的不利條件下（壓抑條件），可將貯積在菌體內(nèi)的聚磷分解。在此過程中釋放出的能量可供聚磷菌在厭氧壓抑環(huán)境下存活之用；另一部分能量可供聚磷菌主動吸收乙酸、 H +和 e -。使之以 PHB 形式貯藏在菌體內(nèi)，并使發(fā)酵產(chǎn)酸過程得以繼續(xù)進行。聚磷分解后的無機磷鹽釋放至聚磷菌體外，此即觀察到的聚磷細菌厭氧放磷現(xiàn)象。進入好氧區(qū)后，聚磷菌即可將積貯的 PHB 好氧分解，釋放出的大量能量可供聚磷菌的生長、繁殖。當(dāng)環(huán)境中的有溶磷存在時，一部分能量可供聚磷菌主動吸收磷酸鹽，并以聚磷的形式貯積在體內(nèi)，此即為聚磷菌的好氧磷現(xiàn)象。

由于水體富營養(yǎng)化是一個嚴重的長期問題，而我國對生物脫氮除磷的研究僅始于20世紀70~80年代，目前進行了脫氮除磷處理的污水處理廠并不多。因此，為了控制水污染，保護水環(huán)境，保障人體健康，維護生態(tài)平衡，開發(fā)經(jīng)濟有效，能同時脫氮除磷的適合我國國情的工藝尤為重要。由于生物法運行費用較低，效果穩(wěn)定，綜合處理能力強，因此生物脫氮除磷工藝在我國將有很大的應(yīng)用前景。