反硝化聚磷菌帮你同步解决脱氮除磷两大问题
来源：环保水圈
01反硝化除磷机理
反硝化除磷就是在厌氧/缺氧环境交替运行的条件下，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，该聚磷菌能利用NO3-作为电子受体，通过它们的代谢作用同时完成过量吸磷和反硝化过程。
最大限度地减少碳源需求量，实现了能源和资源的双重节约。反硝化除磷能节省COD约50%，节省氧约30%，剩余污泥量减少50%左右。
大量实验室和生产性规模的生物除磷脱氮研究也表明，当微生物依次经过厌氧、缺氧和好氧3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，即反硝化聚磷菌（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。
02反硝化除磷工艺
该技术对城市污水特别是C/N比较低的污水有很好的处理效果。目前满足DPB所需环境和基质的工艺有单双两级。在单级工艺中，DPB细菌、硝化细菌及非聚磷异养菌同时存在于悬浮增长的混合液中，顺序经历厌氧／缺氧／好氧3种环境，最具代表性的是BCFS工艺。在双级工艺中，硝化细菌独立于DPB而单独存在于某一反应器中，Dephanox工艺和A2N工艺是最具代表性的双级工艺。
1、BCFS工艺
BCFS工艺是在UCT工艺及原理的基础上开发的。
其工艺流程如图1。改进在于增加了2个反应池，接触池与混合池；增加了2个混合液循环Q1和Q3。
接触池的功能为：回流污泥和来自厌氧池的混合液在池中充分混合，吸附剩余COD；有效防止污泥膨胀。
混和池的功能为：最大程度地保证污泥再生而不影响反硝化或除磷；容易控制SVI；最大程度地利用DPB以获得最少的污泥产量。
混合液循环Q1的功能是为了增加硝化或同时反硝化的机会，从而获得良好的出水氮浓度。Q3则是起辅助回流污泥向缺氧池补充硝酸盐氮的作用。
BCFS将生物、化学除磷工艺合并，是在线磷分离与离线磷沉淀的生物与化学除磷结合方式，充分利用反硝化聚磷菌的反硝化除磷和脱氮双重作用，来实现磷的完全去除和氮的最佳去除过程。由于充分利用BCFS工艺中的污泥龄易满足硝化细菌增长所需的生长条件，污泥产量较低。荷兰BDG与WGS工程咨询公司针对BCFS技术合作开发设计出同心圆反应池，实现了计算机自动控制。但是该工艺回流系统较复杂且总回流比高，同时在流程上比较复杂，污水处理厂通常采用同心圆构型，运行管理相对复杂，运行成本相对较高。
2、Dephanox工艺
Dephanox工艺是在厌氧池和好氧池之间增加了沉淀池和固定膜反应池。固定膜反应池的功能在于可以避免由于氧化作用而造成的有机碳源的损失和稳定系统的硝酸盐浓度。
污水在厌氧池中释磷，在沉淀池中进行泥水分离，含氨较多的上清液进入固定膜反应池进行硝化，被沉淀的污泥则与固定膜反应池中的NO一同进入缺氧段，完成反硝化和摄磷。
此工艺的优点在于能解决除磷系统反硝化碳源不足的问题和降低系统的能耗，降低剩余污泥量且COD消耗量低。
3、A2N工艺
把硝化菌和反硝化聚磷菌在不同的污泥系统分别进行培养，即双污泥系统，简称为A2N工艺。A2N连续流反硝化除磷脱氮双泥系统利用DPB体内PHB的“一碳两用”来实现脱氮除磷。
A2N－SBR工艺是一种新兴的双泥反硝化除磷工艺，由AAO－SBR反应器和N－SBR反应器组成。AAO－SBR的主要功能是去除COD和反硝化除磷脱氮；N－SBR的反应器主要起硝化作用，这2个反应器的活性污泥是完全分开的，只将各自沉淀后的上清液相互交换。
连续流双泥系统反硝化脱氮除磷的特性：A2N双泥系统能使硝化菌和反硝化聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长，利于系统脱氮除磷的高效和稳定，当C/N提高到6.49，TN、TP、COD的去除率分别为92.7%、97.95%、95%。
A2N工艺在实际应用中面临的主要问题是：当缺氧段硝酸盐量不充足时磷的过量摄取受到限制，而硝酸盐量富余时硝酸盐又会随回流污泥进入厌氧段，干扰磷的释放和聚磷菌PHB的合成。反硝化除磷技术将反硝化脱氮和生物除磷两者相结合，是可持续发展的污水生物处理工艺。
污水除磷技术的发展
01物化除磷与生物除磷技术相结合
目前普遍采用物化和生化相结合的城市污水处理工艺。其最显著的特点是流程中投加化学混凝剂，其余则与普通活性污泥法类似。生物除磷的工艺稳定性可通过附加化学沉淀来改善。
在国外很多二级污水处理厂的曝气池中投入混凝剂，主要目的是帮助除磷，使原来设计具有氮磷脱除能力的污水厂的除磷功能更加有效。对一些已建成的二级生物污水处理厂，在生物处理的基础上物化法，可大大提高出水水质。
将生物除磷与化学除磷相结合，可以充分利用生物除磷费用低、化学除磷出水磷浓度低且比较稳定的优点。
02采用微生物固定化技术处理含磷废水
微生物固定化技术通常用于难降解有机废水、含氨氮有机废水等。以PVA－硼酸法固定以假单胞菌为优势菌的活性污泥进行除磷的研究中，固定化的污泥具有较高的活性及除磷效率，6h内可将起始质量浓度为87.5mg˙L-1的磷降至44mg˙L-1。
磷回收：技术与政策
2022-03-25 09:07来源：水业碳中和资讯
磷是动植物生长必不可少的营养元素，也是不可再生的有限资源，而城市化后的现代卫生排水设施使其断了回归土地之路，导致其呈直线流动形式从陆地逐渐流向海洋。磷危机已经出现，没了磷便意味着人类食物从此会断档，这个时间很快，最多也就100年的功夫。前几期推送已向大家介绍了农村地区应坚守“粪尿返田”，以源分离技术恢复有机农业等相关内容。对于城市集中式污水处理设施，可以通过磷回收方式遏制磷的匮乏现象。为了最大限度遏制磷的匮乏速度，欧洲国家早已率先开发出从污水/污泥、动物粪尿中回收磷的技术并应用于工程实践中。实现污水磷回收还意味着将防治水体富营养化与磷的可持续利用合二为一，具有一石二鸟的作用。本期回顾2016年发表文章，详细介绍国际上各种磷回收工艺特点及磷回收效果，同时还阐述欧盟有关磷回收的政策，以期为我国推动磷回收提供借鉴与参考。
01 磷回收技术动态
从市政污水中回收磷的环节
在污水处理过程中，可从以下几个环节中回收磷：1)含磷水相。如厌氧池富磷上清液及污泥消化液；2)含磷固相。如消化污泥或脱水后消化污泥；3)焚烧灰分。如污泥焚烧后的灰烬。
从液相中回收磷，回收率约为40%-50%；从污泥或焚烧后灰烬中回收磷，总回收率可达到90%。污水处理过程中磷回收的最适宜点位如图1所示。
富磷上清液/污泥消化液磷回收技术
1、BCFS工艺
以反硝化除磷菌(DPB)作用原理为设计依据，从厌氧区末端引出富磷上清液，以侧流方式进行磷回收。回收磷后的上清液再回到主流生物处理流程，接着完成生物脱氮除磷功能。BCFS工艺最大的特点是将化学除磷宏量效果好与生物除磷微量效果佳的优点合二为一，特别适合于低碳源污水除磷、脱氮。
2、Anphos与Phospaq工艺
均以完全混合(CSTR)反应器回收污泥消化液中磷为目的，Anphos工艺将曝气单独在CSTR之外设置，而Phospaq工艺则将曝气与结晶反应同置于CSTR之中。第一步通过曝气方式首先去除消化液中的CO2，以提升消化液pH值。第二步向消化液中投加MgO，并控制pH值在8.2-8.3，以获得鸟粪石(MAP)沉淀。
3、NuRe Sys工艺
NuRe Sys工艺为连续运行，采用两个反应器回收污泥厌氧消化液中的磷。结晶槽(CSTR)配备了全自动控制系统，以保证MAP最优反应pH值得以实现。控制系统还可以根据浓度调整搅拌强度，使MAP结晶不会被叶片打碎。
3、NuRe Sys工艺
NuRe Sys工艺为连续运行，采用两个反应器回收污泥厌氧消化液中的磷。结晶槽(CSTR)配备了全自动控制系统，以保证MAP最优反应pH值得以实现。控制系统还可以根据浓度调整搅拌强度，使MAP结晶不会被叶片打碎。
4、Phosnix工艺
氧污泥消化液从流化床反应器底部进入；Mg(OH)2和NaOH以1∶1比例投入反应器，调节pH值至8.2-8.8；反应器从底部曝气，一则吹脱CO2，二来增加提升与搅拌作用。回收的鸟粪石结晶颗粒大小在0.5-1.0mm之间，可通过离心机分离后作为肥料。
5、Crystalactor工艺
这一磷回收反应器的核心是在柱状反应器内填充适当数量的晶种，如砂粒或矿粒。富磷上清液由底进入反应器内，并在水流的作用下处于流化状态。通过投加化学试剂来调整pH值，使PO43-在晶种上结晶析出。可以选择并控制最佳工艺条件，最大限度减少杂质析出，保证生成高纯度的磷酸钙[Ca3(PO43)2]。
污泥中磷与污泥灰分磷回收技术
1、Air Prex工艺
用于回收消化污泥里的PO43-，以减少输送消化污泥管道的结垢现象。消化污泥进入反应器后投加适量的MgCl2，并在里层进行曝气使其与污泥充分混合，以形成鸟粪石结晶并予以回收；污泥随后进入单层不曝气的第二个反应器，使较小粒径鸟粪石结晶、沉淀，以提高磷回收效率。
2、Ash Dec工艺
主要分两步进行。第一步是焚烧污泥，以去除污泥中有机污染物。第二步为热化学处理，往灰烬中加入MgCl2和CaCl2，并维持1000℃高温20-30min，使得重金属变为气态从灰烬中挥发，最后剩下的含磷灰烬可以直接用于磷肥生产。
从牲畜粪尿中回收磷
近年来，除从市政污水中回收磷的技术，从牲畜粪便中回收磷的技术也得到了长足的发展，主要以美国北卡罗莱纳州猪粪尿磷回收工艺及荷兰Putten牛粪尿磷回收工艺为代表。
美国猪粪尿磷回收工艺首先对猪粪尿进行固、液分离，利用含磷量较高的废液进行消化，以去除可能干扰磷回收的碳酸氢根离子，然后再投加药剂回收PO43-，磷回收效率可达94%；荷兰牛粪尿磷回收工艺先将收集废液做脱氮处理，剩下的富PO43-废液再投加MgO，以MAP形式回收，磷回收效率达95%。
02 磷回收政策——
《欧盟肥料监管提案》
目前欧盟只有5%生物废料(污水/污泥或动物粪尿)实现磷回收，如果有更多生物废料实施磷回收，这将可以替代30%磷肥，欧盟对PO43-进口量将减少600万t/a。在2016年，欧盟提出了《肥料管理提案》草案。按发布的草案，欧盟又制定了堆肥和消化产物标准。与此同时，还启动了以欧盟联合研究中心(JRC)为首的研究项目，旨在制定鸟粪石以及其它从污泥焚烧灰烬中回收营养物质的标准、规范。
满足管理条例标准的回收产物将被视为“产品”，且这些回收产物将被允许在欧盟各国流通和贸易。同时《废物框架指令》和《动物产品监管条例》也将被修改，以满足《肥料管理提案》的相关标准。
03 结语
应对已经出现的磷危机，以欧盟为首的国家已开发出很多从污水/污泥或动物粪尿中回收磷的工艺并用于工程实际。这些工艺着手于污水、污泥处理过程中的富磷液相环节，主要集中于生物除磷工艺厌氧区污泥上清液和消化污泥分离液。同时动物粪尿及养殖废水亦是富磷之地，可采用类似方法予以回收。
磷回收技术与设备并不复杂，难的是磷回收产物需要有政策和标准支持方能获得二次再生利用。在此方面，欧盟制定了专门针对从污水/污泥或动物粪尿中回收磷的《欧盟肥料管理提案》，使回收产物既有保障又有出路，打通了从污水处理厂到餐桌之磷的人工循环，回归我们祖先创造的原生态文明之路。
