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摘要 氮磷缺乏现象在活性污泥处理系统运行过程中普遍存在，会影响到系统的处理效率。介绍了氮磷缺乏对活性污泥系统影响的研究现状，并展望了其研究和发展的方向。
关键词 氮缺乏；磷缺乏；活性污泥；影响
中图分类号 X703.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）07-0228-01
活性污泥法作为一种二级污水处理方法，与其他废水处理方法相比，具有处理范围广、工艺简单、抗干扰能力强、运行成本低、处理效率高等特点[1-2]，活性污泥法在生活污水、工业废水处理领域有着显著的优势，是目前应用最为广泛的一种污水处理技术。
1 国内研究现状
彭永臻等[3]采用SBR工艺，采用了2种缺乏营养元素的工业废水为研究对象，探讨了氮、磷对活性污泥沉降性的影响，研究发现，无论是在进水中只缺乏一种营养物质的情况下，还是在同时缺乏氮、磷这2种营养物质的情况下，活性污泥均会由于发生非丝状菌膨胀而导致沉降性能的恶化。韩 云等[4]对色拉油加工废水系统进行了研究，考察了投加氮源对系统处理效果和污泥膨胀的恢复影响，试验结果表明，投加氮源可以提高反应器的处理效果，当进水COD/N在（20～50）∶1之间时，反应器的出油率可以达到90%以上；投加氮源有助于活性污泥沉降性能的提高，进水COD/N在（20～50）∶1时，活性污泥的沉降性能要显著好于不外加氮源的情况，保证进水COD/N在20∶1的状态下稳定运行一段时间，活性污泥系统的SVI可以稳定在100～200 mL/g之间，油的去除率高达95%，COD的去除率在90%以上。陈 滢等[5]以啤酒废水为研究对象，探讨了进水中营养物质所处的不同缺乏状态对活性污泥沉降性的影响，也探讨了不同营养物质缺乏状态下污泥絮体形态和优势菌的变化情况。试验发现，在单独氮缺乏的状态下，系统容易发生丝状菌膨胀，而在单独磷缺乏的狀态下，系统易于发生非丝状菌膨胀。由氮、磷缺乏所导致的活性污泥沉降性能恶化的现象，可以通过补充氮、磷的方式使膨胀得到抑制，而试验也表明有机负荷的上升利于活性污泥沉降性的提高。
丁 峰等[6]发现，在保证进水中氮足量的状态下，当BOD5/P大于100.000∶0.762时，会诱发丝状菌膨胀的产生，而继续降低进水中磷的含量时，污泥的沉降性并没有继续的恶化。保证进水中磷足量的状态下，直到BOD5/N大于100.00∶2.69时，才会引发活性污泥膨胀，并且活性污泥的沉降性会随着此比例的增大而迅速的恶化，当比例达到100.000∶0.043时系统的SVI值高达260.7 mL/g。在氮、磷同时缺乏的状态下，当进水中BOD5/P大于100.00∶0.60、BOD5/N大于100.00∶2.69时，活性污泥系统开始发生膨胀，此时再增加氮、磷的缺乏程度，并没有使活性污泥的沉降性发生进一步的恶化。王建芳等[7]发现在养泥阶段系统中发生了非丝状菌膨胀，通过研究膨胀后的污泥性状及有机物的降解速率，得出以下结论，活性污泥膨胀是由系统中较高的BOD5/P和较低的DO浓度所共同决定的，在这2种因素的作用下，活性污泥的胞外聚合物多糖含量增加，造成了污泥的亲水性增强，含水率增加，最终导致了污泥沉降性能的恶化，通过降低BOD5/P，同时增加曝气量的方式，可以改善污泥的沉降性能。同时试验也研究了污泥膨胀的其他控制方法，向系统中投加多孔填料可以改善污泥的沉降性能，而投加强氧化剂并不能是污泥膨胀得到控制。
2 国外研究现状
Blackbeard et al报道，南非大约每33个水厂中就有27个水厂因为氮、磷缺乏而发生活性污泥膨胀现象，而这种现象在北美也发生过[8]。Switzenbaum et al报道，美国某个州的80多个以活性污泥法为处理工艺的污水处理厂中，其中有34%的污水处理厂由于营养物质的缺乏造成过活性污泥膨胀[9]。
Williams和Richard采用02lN型细菌为研究对象，试验结果表明此种丝状菌在营养物质浓度偏低的条件下，仍然具有一定的储存有机物的能力，相较于絮状菌，丝状菌就更容易形成优占种属[10]。Akker et al通过研究表明，采用前置反硝化工艺的城市污水处理厂，若在前段投加过量的碳源，容易造成曝气池中的氮含量不足，从而导致污泥膨胀的发生[11]。Jobbagy et al以葡萄酒、乙酸等为人工配水，发现在进水氮、磷缺乏的状态下，活性污泥系统容易发生污泥膨胀[12]。Jenkins et al在研究中发现，大多数的污泥膨胀都能依靠加氯得以控制，但是由于营养物质缺乏所引起的污泥膨胀却是个例外[13]。
国外有报道称，在工业废水中出现氮缺乏的现象，要向污水中投加氮源，氮源的原则可以偏向尿素等工业产品，以保证其经济性，也有报道称在缺氮的状态下，可以采取消化液回流的方式来补充氮源，在保证曝气池负荷未超标的原则下，已经得到了成功的应用。但是要严格的控制回流量，以保证出水能达标排放，避免给环境带来污染[14]。国外某工业废水处理厂为了控制污泥膨胀而采用了前置选择器的方式。选择器的体积为2 m3，接触时间为10～20 min，有机负荷率为0.85 kg/（m3·d），在选择器内实现了60%以上的COD去除率，而整个工艺实现了高达95%以上的COD去除率。在运行中也发现，在营养物质缺乏的状态下，选择器并不能起到抑制污泥膨胀的作用，但是只需保证选择器与反应器的体积比在1/40的时候，所发生的活性污泥膨胀就能在几天内得到抑制[15]。
3 参考文献
[1] 王宝贞.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1990：12-15.
[2] 马皆文，杨文谰，蒋家超，等.营养物缺乏引起的丝状污泥膨胀研究[J].工业安全与环保，2005，31（11）：4-6.
[3] 彭永臻，高春娣，王淑莹.运转条件及营养物质对污泥沉降性能的影响[J].环境科学学报，2001，21（S1）：137-142. [4] 韓云，杨清香，杨敏，等.酵母菌处理系统中氮缺乏引起的污泥膨胀控制[J].环境科学，2003，24（4）：68-72.
[5] 陈滢，彭永臻，刘敏，等.营养物质对污泥沉降性能的影响及污泥膨胀的控制[J].环境科学，2004，24（6）：54-58.
[6] 丁峰，彭永臻，徐学清，等.石油化工废水缺少氮、磷营养物质对污泥膨胀的影响[J].工业水处理，2000，20（12）：11-14.
[7] 王建芳，赵庆良，林佶侃，等.低溶解氧和磷缺乏引发的非丝状菌污泥膨胀及控制[J].环境科学，2007，28（3）：545-550.
[8] BLACKBEARD J R，EKAMA G A，MARAIS G R. A survey of filamentous bulking and foaming in activated-sludge plants in South Africa[J]. Water Pollution Control，1986，85（1）：90-100.
[9] SWITZENBAUM M S，PLANTE T R，WOODWORTH B K. Filamentous Bulking in Massachusetts： Extent of the Problem and Case Studies[J]. Water Science and Technology，1992，25（4-5）：265-271.
[10] WILLIAMS T M，UNZ R F.The nutrition of Thiothrix，type 021N，Beggiatoa and Leucothrix strains[J].Water Science，1989，23（1）：15-22.
[11] VAN DEN AKKER B，BEARD H，KAEDING U，et al. Exploring the relationship between viscous bulking and ammonia-oxidiser abundance in activated sludge： A comparison of conventional and IFAS systems[J]. Water Res，2010，44（9）：2919-2929.
[12] JOBBAGY A，LITERATHY B，TARDY G. Implementation of glycogen accumulating bacteria in treating nutrient-deficient wastewater[J]. Water Sci Technol，2002，46（1-2）：185.
[13] JENKINS S H. Preventative and remedial measures[J]. Water Science，1983，17（5）：600.
[14] JENKINS D. Towards a comprehensive model of activated sludge bulking and foaming[J]. Wat Sci Tech，1992，25（6）：215-230.
[15] ALBERTSON O E. Bulking sludge control-progress，practice and problems[J]. Wat Sci Tech，1991（23）：835-846.
关键词 氮缺乏；磷缺乏；活性污泥；影响
中图分类号 X703.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）07-0228-01
活性污泥法作为一种二级污水处理方法，与其他废水处理方法相比，具有处理范围广、工艺简单、抗干扰能力强、运行成本低、处理效率高等特点[1-2]，活性污泥法在生活污水、工业废水处理领域有着显著的优势，是目前应用最为广泛的一种污水处理技术。
1 国内研究现状
彭永臻等[3]采用SBR工艺，采用了2种缺乏营养元素的工业废水为研究对象，探讨了氮、磷对活性污泥沉降性的影响，研究发现，无论是在进水中只缺乏一种营养物质的情况下，还是在同时缺乏氮、磷这2种营养物质的情况下，活性污泥均会由于发生非丝状菌膨胀而导致沉降性能的恶化。韩 云等[4]对色拉油加工废水系统进行了研究，考察了投加氮源对系统处理效果和污泥膨胀的恢复影响，试验结果表明，投加氮源可以提高反应器的处理效果，当进水COD/N在（20～50）∶1之间时，反应器的出油率可以达到90%以上；投加氮源有助于活性污泥沉降性能的提高，进水COD/N在（20～50）∶1时，活性污泥的沉降性能要显著好于不外加氮源的情况，保证进水COD/N在20∶1的状态下稳定运行一段时间，活性污泥系统的SVI可以稳定在100～200 mL/g之间，油的去除率高达95%，COD的去除率在90%以上。陈 滢等[5]以啤酒废水为研究对象，探讨了进水中营养物质所处的不同缺乏状态对活性污泥沉降性的影响，也探讨了不同营养物质缺乏状态下污泥絮体形态和优势菌的变化情况。试验发现，在单独氮缺乏的状态下，系统容易发生丝状菌膨胀，而在单独磷缺乏的狀态下，系统易于发生非丝状菌膨胀。由氮、磷缺乏所导致的活性污泥沉降性能恶化的现象，可以通过补充氮、磷的方式使膨胀得到抑制，而试验也表明有机负荷的上升利于活性污泥沉降性的提高。
丁 峰等[6]发现，在保证进水中氮足量的状态下，当BOD5/P大于100.000∶0.762时，会诱发丝状菌膨胀的产生，而继续降低进水中磷的含量时，污泥的沉降性并没有继续的恶化。保证进水中磷足量的状态下，直到BOD5/N大于100.00∶2.69时，才会引发活性污泥膨胀，并且活性污泥的沉降性会随着此比例的增大而迅速的恶化，当比例达到100.000∶0.043时系统的SVI值高达260.7 mL/g。在氮、磷同时缺乏的状态下，当进水中BOD5/P大于100.00∶0.60、BOD5/N大于100.00∶2.69时，活性污泥系统开始发生膨胀，此时再增加氮、磷的缺乏程度，并没有使活性污泥的沉降性发生进一步的恶化。王建芳等[7]发现在养泥阶段系统中发生了非丝状菌膨胀，通过研究膨胀后的污泥性状及有机物的降解速率，得出以下结论，活性污泥膨胀是由系统中较高的BOD5/P和较低的DO浓度所共同决定的，在这2种因素的作用下，活性污泥的胞外聚合物多糖含量增加，造成了污泥的亲水性增强，含水率增加，最终导致了污泥沉降性能的恶化，通过降低BOD5/P，同时增加曝气量的方式，可以改善污泥的沉降性能。同时试验也研究了污泥膨胀的其他控制方法，向系统中投加多孔填料可以改善污泥的沉降性能，而投加强氧化剂并不能是污泥膨胀得到控制。
2 国外研究现状
Blackbeard et al报道，南非大约每33个水厂中就有27个水厂因为氮、磷缺乏而发生活性污泥膨胀现象，而这种现象在北美也发生过[8]。Switzenbaum et al报道，美国某个州的80多个以活性污泥法为处理工艺的污水处理厂中，其中有34%的污水处理厂由于营养物质的缺乏造成过活性污泥膨胀[9]。
Williams和Richard采用02lN型细菌为研究对象，试验结果表明此种丝状菌在营养物质浓度偏低的条件下，仍然具有一定的储存有机物的能力，相较于絮状菌，丝状菌就更容易形成优占种属[10]。Akker et al通过研究表明，采用前置反硝化工艺的城市污水处理厂，若在前段投加过量的碳源，容易造成曝气池中的氮含量不足，从而导致污泥膨胀的发生[11]。Jobbagy et al以葡萄酒、乙酸等为人工配水，发现在进水氮、磷缺乏的状态下，活性污泥系统容易发生污泥膨胀[12]。Jenkins et al在研究中发现，大多数的污泥膨胀都能依靠加氯得以控制，但是由于营养物质缺乏所引起的污泥膨胀却是个例外[13]。
国外有报道称，在工业废水中出现氮缺乏的现象，要向污水中投加氮源，氮源的原则可以偏向尿素等工业产品，以保证其经济性，也有报道称在缺氮的状态下，可以采取消化液回流的方式来补充氮源，在保证曝气池负荷未超标的原则下，已经得到了成功的应用。但是要严格的控制回流量，以保证出水能达标排放，避免给环境带来污染[14]。国外某工业废水处理厂为了控制污泥膨胀而采用了前置选择器的方式。选择器的体积为2 m3，接触时间为10～20 min，有机负荷率为0.85 kg/（m3·d），在选择器内实现了60%以上的COD去除率，而整个工艺实现了高达95%以上的COD去除率。在运行中也发现，在营养物质缺乏的状态下，选择器并不能起到抑制污泥膨胀的作用，但是只需保证选择器与反应器的体积比在1/40的时候，所发生的活性污泥膨胀就能在几天内得到抑制[15]。
3 参考文献
[1] 王宝贞.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1990：12-15.
[2] 马皆文，杨文谰，蒋家超，等.营养物缺乏引起的丝状污泥膨胀研究[J].工业安全与环保，2005，31（11）：4-6.
[3] 彭永臻，高春娣，王淑莹.运转条件及营养物质对污泥沉降性能的影响[J].环境科学学报，2001，21（S1）：137-142. [4] 韓云，杨清香，杨敏，等.酵母菌处理系统中氮缺乏引起的污泥膨胀控制[J].环境科学，2003，24（4）：68-72.
[5] 陈滢，彭永臻，刘敏，等.营养物质对污泥沉降性能的影响及污泥膨胀的控制[J].环境科学，2004，24（6）：54-58.
[6] 丁峰，彭永臻，徐学清，等.石油化工废水缺少氮、磷营养物质对污泥膨胀的影响[J].工业水处理，2000，20（12）：11-14.
[7] 王建芳，赵庆良，林佶侃，等.低溶解氧和磷缺乏引发的非丝状菌污泥膨胀及控制[J].环境科学，2007，28（3）：545-550.
[8] BLACKBEARD J R，EKAMA G A，MARAIS G R. A survey of filamentous bulking and foaming in activated-sludge plants in South Africa[J]. Water Pollution Control，1986，85（1）：90-100.
[9] SWITZENBAUM M S，PLANTE T R，WOODWORTH B K. Filamentous Bulking in Massachusetts： Extent of the Problem and Case Studies[J]. Water Science and Technology，1992，25（4-5）：265-271.
[10] WILLIAMS T M，UNZ R F.The nutrition of Thiothrix，type 021N，Beggiatoa and Leucothrix strains[J].Water Science，1989，23（1）：15-22.
[11] VAN DEN AKKER B，BEARD H，KAEDING U，et al. Exploring the relationship between viscous bulking and ammonia-oxidiser abundance in activated sludge： A comparison of conventional and IFAS systems[J]. Water Res，2010，44（9）：2919-2929.
[12] JOBBAGY A，LITERATHY B，TARDY G. Implementation of glycogen accumulating bacteria in treating nutrient-deficient wastewater[J]. Water Sci Technol，2002，46（1-2）：185.
[13] JENKINS S H. Preventative and remedial measures[J]. Water Science，1983，17（5）：600.
[14] JENKINS D. Towards a comprehensive model of activated sludge bulking and foaming[J]. Wat Sci Tech，1992，25（6）：215-230.
[15] ALBERTSON O E. Bulking sludge control-progress，practice and problems[J]. Wat Sci Tech，1991（23）：835-846.