景亚萍，张祥楠

（1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院，沈阳 110168；2.积水置业（沈阳）有限公司，沈阳 110003）

0 引言

传统的脱氮除磷工艺是由脱氮和除磷的组合工艺完成的，利用聚磷菌厌氧释磷好氧吸磷的特点在厌氧/好氧交替的环境下，通过排放剩余污泥完成对磷的去除。脱氮过程主要通过氨化作用、硝化作用、反硝化作用最终转化为氮气而被去除，首先是氨化过程，即异养微生物在好氧或缺氧条件下，将污水中的蛋白质、氨基酸、尿素、脂类等有机氮源转化成氨氮，称该类微生物为氨化细菌；硝化作用是分两步完成的，首先在亚硝化细菌的作用下将氨氮转化成亚硝态氮，而后由硝化细菌将亚硝态氮转化成硝态氮，即硝化过程，亚硝化菌与硝化菌均属于化能自养菌，在不需要有机碳源作为养料的条件下，能以二氧化碳为碳源，通过氧化无机氮化物获得生长所需的能量；反硝化作用是指反硝化菌在低氧或无氧条件下，将NOX--N还原成氮气或氮的其他气态氧化物的过程。目前，随着城市污水中碳氮和碳磷比值的降低，传统的脱氮除磷工艺中存在着聚磷菌与反硝化菌争夺碳源的问题就尤为明显，因此需在水处理中投加碳源，这使得污水的处理费用相应增加；由于污水新排放标准的提出，使得原有污水处理厂对氮和磷的排放达不到排放标准，目前我国许多污水处理厂面临着升级改建的危险；近年来，反硝化聚磷菌（DPB）的发现，成功地解决了碳源争夺及泥龄不一致的矛盾，实现了“一碳两用”。而环境对DPB脱氮除磷特性的影响众说纷纭。

1 反硝化聚磷菌脱氮除磷的基本原理

反硝化聚磷菌（DPB）被证实具有与好氧聚磷菌极为相似的代谢特征。Kuba等从动力学性质上对两类聚磷菌进行比较，结果表明以硝酸盐作为电子受体的DPB与好氧聚磷菌有着同样高的生物除磷特性，DPB是兼性厌氧菌，它能够利用生物体内合成的高分子聚合磷酸盐在厌氧/缺氧交替变化中进行生物除磷作用。DPB在厌氧、好氧过程中对磷的去除与好氧聚磷菌类似，不同于在缺氧的条件下DPB可利用水中的硝酸盐作为电子受体，完成脱氮的同时进行吸磷作用，DPB的除磷脱氮过程如下：

（1）在厌氧条件下，DPB将细胞内的聚磷酸盐（Poly—P）以溶解性的磷酸盐形式释放到溶液中，同时释放能量，一部分能量用于自身生长，另一部分能量用于从外界环境中吸收有机碳源，并以聚-β羟基丁酸（PHB）的形式储存在细胞内。在厌氧条件下主要完成释磷和贮存碳源。

（2）聚磷菌在好氧条件下以O2为电子受体氧化分解厌氧段贮存在菌体内的PHB，并释放出能量，合成ATP，同时从外界环境内过量摄取磷酸盐合成Poly-P储存在体内。聚磷菌在好氧条件下的吸磷量远大于在厌氧段的释磷量，最终通过系统的排泥完成除磷作用。与好氧聚磷菌不同的是，DPB可以硝酸盐作为电子受体，在缺氧条件下氧化分解体内的PHB，同时将硝酸盐还原成氮气而排出，达到了同时脱氮除磷的效果。

2 影响因素

2.1 温度

生物处理的污水的实质是利用微生物体内的酶促反应来实现的，通过利用污水中的有机物完成微生物的生长代谢过程，而温度对酶促反应有很大的影响，因此在反硝化脱氮除磷工艺中合理控制反应器内温度对污水处理有很重要的意义。

陈滢等［1］研究表明，在稳定运行的反硝化除磷脱氮工艺中，突然降低反应器内温度，会产生非丝状菌膨胀，这是由于温度突然降低，会使细菌形成自身保护，微生物会分泌一些粘性物将菌体包裹起来，由于黏性物质含有大量水分，使得污泥的沉降性下降，因此产生污泥粘性膨胀。

Whang［2］发现，当温度控制在20℃左右时，聚磷菌在系统内所占比例最高，而当温度升至30℃左右时，聚磷菌数量会相应减少，而聚糖菌的含量相应增加。也有其他学者得到了类似结果，并指出随着反应器内温度的升高，会使聚磷菌的含量明显降低的现象。

2.2 pH值

pH值是微生物生长代谢的重要影响因子，它能够产生细胞膜电荷的变化，从而影响微生物体内酶的活性及对营养的吸收。同时pH值也会改变微生物生长环境中营养物质的性质及有害物质的毒性，不同的微生物都有各自生长的最适pH值。研究表明，生物除磷的适宜pH值在6.5～8之间，当pH值在7.2～8.0之间时，对丝状菌和絮状菌之间的竞争影响不大。

吕娟等［3］在反应器内控制pH值在6、6.5、7、7.5、8时，研究不同pH值下反应器内对COD、TN、TP去除效果的影响，结果表明当pH值在7.5时，系统对COD、TN、TP的去除效果达到最佳。

Filipe等［4］在对pH值影响因子的研究中发现当pH值小于7.25时，聚糖菌对乙酸的吸收速率大于聚磷菌的吸收速率；当pH值在7.25时，二者对乙酸的吸收速率基本相等；当pH值大于7.25时，聚磷菌对乙酸的吸收速率大于聚糖菌。

2.3 C/N比

在反硝化除磷脱氮系统中，若缺氧段系统内残余的COD浓度过高，会促进反硝化菌的生长同时利用NO3-进行反硝化将其转化为氮气去除，而此时反硝化聚磷菌需以NO3-为电子受体进行吸磷作用，这产生了对NO3-的争夺，使反硝化菌聚磷菌的吸磷作用受到限制；同时，聚磷菌吸收残余的COD将其转化成PHB，导致释磷现象的发生使除磷效率下降。也有研究表明C/N的比值与TP的去除率成反比。

王亚宜［5］在A2N系统中研究不同C/N比值下对除磷脱氮效果的影响，研究表明，当C/N在3.93（较低）时，系统除磷效果较好，但不脱氮效果较差；而当C/N在9.64（较高）时，系统的脱氮效果较好，但其除磷效果较差，当C/N在6.49时，系统的除磷、脱氮效果均较好，这说明适当的C/N比对菌株的脱氮除磷效果较为重要。

吴昌永等［6］运用A2/O工艺研究影响因子对反硝化除磷效果的影响，研究表明C/N的比值越低，缺氧吸磷所占总吸磷量的比例越大，但C/N比太低会导致系统内TN去除率的下降；当C/N比低于4时，反硝化除磷的比例在60%以上，但TN的去除率为62%。

Kuba［7］的试验研究发现当C/N值在3.4，此条件下除磷率可达100%。

吴长航［8］研究表明，在SBBR系统中当C/N比值在4.59～6.12之间时，对COD，TP、TN均有较好的处理效果。

2.4 SRT

污泥龄对除磷作用有较大的影响，当污泥龄过短时，会造成污泥的增殖量不能补充污泥的排放量，使成熟的反硝化聚磷菌随剩余污泥排除，使系统内反硝化聚磷菌的量减少从而导致系统除磷率的下降；当污泥龄时，会使得磷在污泥内堆积，不能有效除磷。

李亚静等［9］在不同的泥龄下（20、15、10d）研究污泥龄对溶解性正磷酸盐去除效果的影响，结果表明当污泥龄控制在15d时，除磷效果最好，平均除磷率在84.4%以上。

李勇智等［10］将反应器内的污泥龄控制在16d，反应器的运行效果较好，当减少污泥龄至8d时，反硝化除磷效率迅速下降，当重新恢复污泥龄至16d，运行一段时间后，反硝化聚磷菌的除磷效果逐渐恢复，除磷率达90%左右。

李曈等［11］在SBR系统中采用A/A/O工艺，研究污泥龄对脱氮除磷的影响，研究表明当泥龄在10～12d时，脱氮、除磷效果较好，去除率可分别达81%和88%。

2.5 缺氧段投加NO3-和NO2-的浓度

Vlekke等［12］和Takahiro等［13］分别利用厌氧/缺氧SBR系统和固定生物膜反应器来进行了相关的试验研究。结果发现，通过创造厌氧/缺氧交替的运行环境，可从中分离筛选出利用NO3-作为电子受体的聚磷菌即反硝化聚磷菌。近年来人们开始对以NO2-做电子受体这一问题展开研究，结果发现亚硝态氮可以代替氧气和硝态氮作电子受体，对于系统中NO3-、NO2-的浓度的控制仍存在争议。

方茜等［14］在SBR反应器内，在厌氧/好氧交替运行时，控制缺氧段NO3-浓度及投加方式，研究NO3-对DOB的缺氧吸磷性能的影响，结果表明，当NO3-浓度在30～35mg/L时，DPB的吸磷效果最佳。

吕娟［4］将 NO2-浓度分别控制在 5、10、20mg/L，研究缺氧状态NO2-浓度对除磷效果的影响，结果表明，随着NO2-浓度的增加，吸磷速率显著下降，但当NO2-浓度在20mg/L时，反硝化2h的除磷量5mg/L，这表明，当NO2-浓度在20mg/L时，并未完全抑制系统的吸磷作用。

曾薇等［15］在SBR系统中，研究NO2-的浓度对除磷系统产生的影响，研究表明当NO2-浓度低于10mg/L时，对聚磷菌吸磷释磷能力影响不大，但当NO2-浓度在20mg/L左右时，系统内聚磷菌的吸磷释磷能力则显著下降。

黄荣新等［16］的研究表明，NO2-浓度大于30mg/L时，对反硝化除磷产生严重的抑制左右，而当NO2-浓度低于25mg/L时，NO2-可作为电子受体，且随着NO2-浓度的升高，吸磷速率也逐渐升高。

刘晖等［17］在A2/O工艺中研究缺氧段生物除磷效果时发现，NO2-浓度在50mg/L左右时，反硝化除磷效果达到最好。

J.Y.Hu［18］经研究发现，只要 NO2-浓度在115mg/L以下时，NO2-可替NO3-作为电子受体完成吸磷作用。

3 结语

DPB利用硝酸盐作为电子受体达到同步除磷脱氮的效果受到人们的认可，反硝化技术也从基础研发阶段进入到工程应用阶段，影响因子对菌株脱氮除磷效果的影响较大，我们需将微生物学与工程实践相结合，更多的了解工程操作中影响因素对系统脱氮除磷的影响，控制菌株的最佳运行条件，才能得到更好的处理效果。

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