隨著我國城市的持續發展，人口數量也隨之不斷增加，所排放的生活污水也日益增多，使大量污水進入到自然水體中，導致水體出現富營養化。因此，去除污水中的有害物質對于水體資源的保護具有重要意義，而提升污水處理標準，是控制水體污染較為有效的措施之一，但卻也提高了對能耗的需求。因此尋求經濟、高效的處理工藝成為當下污水處理領域研究的熱點。我國城市生活污水中的碳氮比較低，利用傳統的生物脫氮除磷工藝處理，效果不理想，難以達到污水排放的相關標準，而且在處理過程中，還需要外加碳源，這不僅會增加運行成本，還會因部分碳源被氧化，不能被微生物利用而出現浪費現象。另外，傳統的脫氮除磷技術存在碳源與污泥齡的矛盾，而反硝化除磷污水處理工藝能夠對生活污水進行深度除氮除磷處理。

1、反硝化除磷污水處理工藝及其分類

   反硝化除磷污水處理工藝的主導菌群為反硝化聚磷菌（DPAOs），是利用厭氧環境、缺氧環境的交替，以硝酸鹽作為電子受體，電子供體為微生物胞內的PHB，在反應過程中，所需碳源和好氧吸磷過程相比大幅度降低，而污泥的產量也能夠有所下降，同時可以節省因曝氣而產生的成本，并實現了同步脫氮除磷效果。與傳統污水處理工藝相比，反硝化脫氮除磷工藝可以將碳源的使用量減少30%，甚至一半，同時還可降低30%的曝氣量和50%的剩余污泥量，因此該工藝的發展具有十分重要的意義。

   依據硝化細菌和DPAOs是否處于同一系統中，可將反硝化除磷污水處理工藝分為單污泥工藝及雙污泥工藝。單污泥系統有UCT、(AO)2SBR以及BCFs工藝，單污泥工藝不能徹底解決不同菌群之間碳源及污泥齡間的矛盾，因此在深度脫氮除磷中受到了一定的限制；雙污泥工藝主要有Dephanox、A2NSBR工藝，其硝化細菌和反硝化聚磷菌分別處于兩個反應器中，這種工藝解決了污泥齡不同的矛盾，消除了聚磷菌和反硝化細菌之間的競爭，使各菌群能夠在最適合生長的環境中進行反應，提高了微生物的功能特性，同時也極大地提升了脫氮除磷的效率。

   在反硝化除磷污水處理工藝中，諸多研究者對于其在污水脫氮除磷中的應用進行了許多研究。有研究者在SBR工藝中后置缺氧段，采取反硝化除磷污水處理工藝，進行生活污水處理的相關研究；也有研究者分析了雙污泥系統的反硝化除磷特性；而在新型DPR工藝中，影響脫氮除磷效率的關鍵參數有污泥齡、碳源、電子受體以及回流比等，并且在不同工藝中，其最優工藝的參數值有著較大差異。

2、影響反硝化除磷污水處理工藝的因素

   在DPR工藝中，各環節的改變都會對整體工藝效果產生相應的影響，因此需要綜合考慮各個環節的參數，以維持工藝運行的穩定性。

2.1 污泥齡的影響

   污泥齡（SRT）和污泥活性及微生物菌群的特性都有著一定的關系，污泥齡會導致污泥活性變差，使污泥老化并使細胞內的PHA減少，對反應器釋磷及吸磷的速率造成影響；而污泥齡較短時，其活性較好，但沉降性會降低，除磷效率也隨之降低。研究發現，當SRT小于10d時，與傳統反硝化菌相比，DPAOs沒有生長優勢，且其脫氮除磷的性能也有所下降；在反硝化除磷污水處理工藝中，SRT為25d時，其污泥活性最好，磷去除率可以超過95%；SRT為12d時，對聚磷菌的富集較為有利。在這幾種反硝化除磷污水處理工藝中，最佳的污泥齡見圖1。

   由此可以看出，單污泥工藝的SRT比雙污泥工藝的長，其原因是在氮污泥工藝中，需要優先考慮硝化菌的SRT，而與DPAOs相比，硝化菌的SRT較長。在雙污泥工藝中，菌的培養是分開的，因此菌可以在其最適宜的污泥齡下更好地生長。不同的DPR工藝，其SRT需求也不同，需要選擇對應的污泥齡，才能讓環境更加適合微生物生長，從而達到較好的污水處理效果。

2.2 碳源的影響

   在反硝化除磷污水處理工藝中，碳源的類型對其釋磷效果有著較大的影響。在DPR工藝中，較為常用的碳源有葡萄糖、乙酸鹽等，對碳源的研究表明，如果整個工藝使用單一的碳源齡，能夠更好地富集聚磷菌；用乙酸鹽作為處理工藝中的碳源時，能夠達到去除生物營養物的最高效率，且反應過程較穩定，與以葡萄糖作為碳源相比具有較大的優勢；將厭氧/好氧SBR轉換為厭氧/缺氧SBR，碳源選擇乙酸鹽的時候，其工藝中生物除磷的整體活性會降低，而當碳源選擇丙酸鹽的時候，在DPR工藝中，可以維持較好的反硝化除磷的活性。因反硝化聚磷菌只能使用VFA作為碳源，而常見的有乙酸以及丙酸，其在厭氧階段的利用率也是不相同的。在整體除磷效果中，以乙酸作為碳源時處理速率較快，同時處理效率也較高，而以丙酸作為碳源時，其反應較為穩定。因此，當反硝化聚磷菌處于不同環境時，需要以其污泥脫氮除磷特性作為依據，選擇最佳的碳源。同時在反硝化聚磷菌處于厭氧階段時，其磷的釋放量會受到進水中碳源質量濃度的影響。通過分析碳源質量濃度及種類對短程反硝化處理反應器的影響得知，當進水中COD質量濃度達到200mg/L的時候，磷的去除率可以高達93.22%，且具有最高的缺氧吸磷速率；在COD質量濃度為143～228mg/L、時長在19d時，COD的去除率可以達到86.17%；有研究者認為，當進水中COD的質量濃度達到300mg/L，且碳磷比從60下降到30的時候，能夠明顯提升SBR脫氮除磷的效果。而在雙污泥工藝中，Dephanox反硝化脫氮除磷工藝進水中COD的質量濃度會持續增加，當其質量濃度達到300mg/L時，磷的釋放量及其缺氧吸磷的速度也會隨之提升，但是當碳源COD的質量濃度大于300mg/L的時候，又會反過來抑制對缺氧磷的吸收。由此可知，反硝化除磷污水處理工藝較適用于處理低碳氮比的生活污水。當碳磷比較低時，對污水除磷較為有利。因此在污水處理系統中，進水碳源的質量濃度以控制在300mg/L以內較佳，但在具體工程中，還需要依據不同的工藝類型，選擇較為合適的碳源加入量，由此才能維持整體反應的穩定性。

2.3 電子受體的影響

   在反硝化除磷污水處理工藝中，電子受體主要有兩種，即NO3-N與NO2--N，在碳源的用量上，NO2--N類型的碳源用量較少，由于其是消化除磷的底物，只有當NO3-N與NO2--N充足的情況下，才能夠保證消化除磷的效果，即NO3-N與NO2--N不能和碳源同時存在，并需要合理的調整參數，例如對消化回流比進行相應調整，才能使電子受體維持在充足的狀態。

2.3.1 硝酸鹽

   在DPR反應當中，NO3－可作為電子受體，而在缺氧階段的污水處理過程中，其缺氧吸磷速率是由加入的硝酸鹽的具體量決定的，當反應條件不同時，其需要加入硝酸鹽的量也需要做出相應的調整。通過對不同硝酸鹽濃度下，反硝化系統中的脫氮除磷特性進行了研究，結果表明，在缺氧段，電子受體濃度過高或過低時，都會對反硝化除磷效果造成負面影響，而當NO3－的質量濃度控制在30～40mg/L范圍內時，能夠使脫氮除磷效率達到最佳，使碳源得到高效利用。在厭氧段，當NO3－的質量濃度過高時，反硝化細菌在進行反硝化反應時，會優先使用碳源而導致釋磷的抑制以及PHB合成的抑制，而當NO3－的質量濃度過低時，體系中的電子受體不足，使PHB氧化不完全，對吸磷造成影響，除磷效果也會隨著硝酸鹽質量濃度的提升而相應地增加，但是當其超過最佳值時，則會抑制整個系統中的生物對磷的吸收，同時使出水中NO3－的質量濃度增加，對整體脫氮效果造成一定程度的影響。

2.3.2 亞硝酸鹽

   在反應體系中，NO2－對聚磷菌會產生一定程度的抑制作用。而DPR工藝在缺氧段，一定的亞硝酸鹽濃度能夠提升反硝化吸磷的整體速率。通過觀察SBR體系中亞硝態氮質量濃度對反硝化聚磷菌的影響得知，當亞硝酸鹽質量濃度達到40mg/L時，仍然沒有對缺氧磷的吸收造成負面影響。在普通的反硝化除磷污泥中，NO2--N沒有對其進行馴化，且在較短時間內，難以對NO2--N進行利用，實現反硝化吸磷反應；同時表明，在碳源的選擇上，乙酸鈉是較為理想的碳源；提升硝態氮的負荷能夠使反硝化除磷率隨之提升，同時對于富集反硝化聚磷菌來說，也較為有利；當NO2--N的質量濃度控制在20mg/L的時候，污泥的整體除磷能力會急劇下降；當體系中的亞硝酸鹽質量濃度過高、超過了8mg/L時，就會對反應中的缺氧磷吸收帶來較強的負面影響。

2.4 水力停留時間（HRT）的影響

   反硝化污水處理需要經過兩個階段，即厭氧階段和缺氧階段，而合適的HRT能夠保證生化反應順利完成，但是HRT不能超出一定范圍。在厭氧環節中，若HRT過長，會造成無效釋磷，而在缺氧環節中，若HRT過長則會導致二次釋磷；在曝氣段中，若HRT過長會導致硝化。在A2N工藝中增加后曝氣階段，HRT控制在1.3h時，可以使除磷率達到90%。相關研究者通過對A2N反硝化除磷污水處理工藝進行深入研究，結果表明，在厭氧段，HRT過長會提升PO43--P的總體釋放量，但是在后續的缺氧段，吸磷量沒有隨之增加；而在厭氧段，HRT過短時，反硝化聚磷菌不能完全吸收和降解有機物，難以保證內碳源PHA的合成，而在后續的缺氧段，體系中的吸磷能力持續下降。

2.5 污泥回流比以及超越比的影響

   在雙污泥工藝中，將污泥回流比及超越比控制在合理范圍內，對于厭氧池及缺氧池中污泥的平衡具有關鍵作用。若體系中的回流污泥量超過一定范圍，在缺氧池中，沒有反應完全的硝態氮會隨著回流污泥流動進入到厭氧池中，使微生物菌群中反硝化菌成為體系中的優勢菌，對聚磷菌造成影響，并使釋磷效果受到一定程度的影響。在去除污水中的COD及磷時，污泥回流比對其造成的影響較小，但是對于氨氮、硝態氮以及體系中總氮的去除影響比較大。通過對改良A2/O工藝進行考察得知，將污泥回流比控制在50%時，能夠使污水中的總氮去除達到較好效果，同時能耗也最低。體系中的污泥回流比與出水硝態氮的質量濃度之間存在著較為良好的線性關系，出水硝態氮的質量濃度會隨著回流比的增加而有所降低，但是氨氮的去除率也會隨之下降。研究表明，當污泥超越比為0.4，且回流比也為0.4時，反硝化除磷的效率達到頂峰。而污泥超越比對于維持DPR工藝的穩定性也起了關鍵作用。污泥超越比對去除污水中的COD影響不大，而對去除污水中的磷酸根及氨氮有著較大的影響。當污泥超越比為0.6時，在DPR工藝中，能夠使脫氮除磷達到最佳效果。當超越污泥量過大時，在中沉池內，其上清液中的氨氮會流入到缺氧池中，導致出水中的氨氮達不到相應標準；而超越污泥量過小時，則會在DPR工藝中的缺氧段，使反硝化聚磷菌的量受到相應影響，導致反硝化除磷能力下降，也會對出水水質造成一定程度的負面影響。因此，在具體實踐中，技術人員需要依據不同工藝自身的特點以及實際的運行情況，進行相應地調節，使污泥回流比以及超越比處于比較合適的狀態。

2.6 不同反硝化除磷污水處理工藝效果的影響

   不同的DPR工藝，影響其運行效果的因素也各不相同。在幾種不同的污水處理工藝中，其處理效果見圖2、圖3。由圖中結果可以得知，不同工藝的處理效果存在一定程度的差異。單污泥處理工藝運行比較簡單，效果較為穩定，而雙污泥處理工藝在處理效率上比單污泥工藝高，但是雙污泥工藝的整體流程較為復雜，且存在出水氨氮質量濃度較高的問題。在處理工藝上，各有優缺點，因此在具體應用中，相關人員需要依據污水的實際特點及具體情況，對污水處理工藝進行擇優選擇。

2.7 其他因素

   反硝化除磷影響因素還包括環境溫度、pH值、C/P及DO含量等。當厭氧段pH值為8，且缺氧段pH值為7時，反硝化除磷污水處理工藝能夠達到最好的效果，而pH值過高會在系統中產生磷酸鹽沉淀，使碳磷比持續升高；反硝化除磷過程最適宜的溫度為18～37℃，而厭氧段及缺氧段，對DO質量濃度進行嚴格控制，能夠使其工藝在穩定狀態下運行。

3、結語

   隨著污水排放標準的不斷提高，越來越多的研究人員對脫氮除磷廢水處理工藝進行了研究。該工藝具有節約曝氣量、減少污泥產量等諸多優勢，由于城市生活污水中碳氮比較低，因而該工藝對城市生活污水的處理具有較理想的效果，且其應用前景非常廣闊。隨著反硝化除磷污水處理工藝的不斷發展，也出現了一系列新的組合工藝，其中雙污泥工藝的處理流程相對較為復雜，只有少數的運行參數可以借鑒，因此在具體實踐中應用并不廣泛。