城市污水處理除磷脫氮的傳統(tǒng)工藝與發(fā)展
中國(guó)污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2011-12-19 14:56:12
污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量，降低企業(yè)治污成本
近年來(lái)我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，如滇池、太湖都出現(xiàn)了氮、磷污染。依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，污水處理工藝方案必須有除磷脫氮功能，為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)工程設(shè)計(jì)上就必須在污水生物或二級(jí)處理后增加除磷脫氮工藝。故除磷脫氮深度處理工藝是防治水體氮、磷污染的最有效的方法。
生物除磷脫氮工藝是目前污水處理廠設(shè)計(jì)中廣泛采用的工藝，也是實(shí)際工程運(yùn)行中較為經(jīng)濟(jì)和常用的方法，故本文重點(diǎn)介紹生物除磷脫氮工藝。
1生物除磷脫氮機(jī)理
1.1 生物除磷機(jī)理
生物除磷理論基礎(chǔ)是“聚合磷酸鹽（Poly-P）累積微生物”的攝磷釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下受壓抑，消耗糖元，將細(xì)胞內(nèi)的聚合磷酸鹽水解為磷酸鹽并釋放，產(chǎn)生的能量用來(lái)吸收降解環(huán)境中的有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)碳源儲(chǔ)存物PHB（聚β羥丁酸）貯存起來(lái)。當(dāng)進(jìn)入好氧環(huán)境內(nèi)，聚磷菌以O(shè)2為電子受體，降解胞內(nèi)貯存的PHB產(chǎn)生能量，過(guò)剩的能量從環(huán)境中攝磷，以聚磷酸高能鍵的形式貯存，形成高濃度含磷污泥，含磷污泥隨剩余污泥排出，水中的磷得到去除。[1]
1.2 生物脫氮機(jī)理
生物脫氮理論基礎(chǔ)是“氨化-硝化-反硝化”三步脫氮原理。
氨化：污水中的含氮有機(jī)物在好氧條件下，被氨化菌分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。硝化：氨態(tài)氮在好氧條件下，被硝化菌分解氧化，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4）轉(zhuǎn)化為亞硝酸氨；然后，亞硝酸氨在硝酸菌的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸氨。反硝化：硝酸氨和亞硝酸氨在缺氧條件下，被反硝化菌還原為氣態(tài)氮，水體中的氮得到去除。
2除磷脫氮傳統(tǒng)工藝
根據(jù)上述機(jī)理，生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個(gè)不同過(guò)程的交替循環(huán)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前污水廠采用較廣泛的工藝有：A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝。
2.1 A2/O工藝
A2/O法是同步除磷脫氮工藝，即Anaerobic-Anoxic-Oxic厭氧-缺氧-好氧工藝，A2/O工藝是在上世紀(jì)70年代由美國(guó)專(zhuān)家在A/O工藝的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，在原工藝中間加一缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達(dá)到硝化脫氮的目的。
厭氧區(qū)（A），主要功能是釋放磷，同時(shí)氨化；缺氧區(qū)（A），首要功能為脫氮，硝態(tài)氮是通過(guò)好氧反應(yīng)器混合液回流（內(nèi)循環(huán)）送來(lái)的；好氧區(qū)（O），本去需設(shè)置曝氣設(shè)備，為反應(yīng)器充氧，反應(yīng)器功能為：去除BOD，硝化反應(yīng)，吸收磷，并內(nèi)循環(huán)混合液至缺氧反應(yīng)器。[2]
A2/O工藝效果穩(wěn)定，同步除磷脫氮，水力停留時(shí)間短，在厭（缺）氧、好氧交替運(yùn)行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹(SVI<100），有利于后續(xù)泥水分離，運(yùn)行費(fèi)用低。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中還需設(shè)置二沉池和鼓風(fēng)機(jī)房，回流設(shè)備和回流構(gòu)筑物。占地大，對(duì)管理要求高，故本工藝一般用于大中型污水廠。
2.2 SBR工藝
SBR工藝即間歇式活性污泥處理系統(tǒng)。其工作原理是：流態(tài)上完全混合，有機(jī)物降解是時(shí)間上的推流。反應(yīng)器的間歇運(yùn)行，是通過(guò)其主要反應(yīng)器-曝氣池的運(yùn)行操作而實(shí)現(xiàn)的。然而傳統(tǒng)的SBR工藝除磷脫氮效果一般，為提高處理效果，派生出一系列的改良工藝。如CAST工藝將反應(yīng)階段設(shè)計(jì)成為缺氧-好氧-厭氧環(huán)境；而ICEAS工藝反應(yīng)階段反復(fù)“曝氣好氧，閑置缺氧”；都能取得較好的去除效果。[3]
2.3 氧化溝工藝
氧化溝是我國(guó)污水處理廠常用的工藝形式。氧化溝工藝是上世紀(jì)50年代由荷蘭的巴斯威爾（Pasveer）所開(kāi)發(fā)的一種污水處理技術(shù)，通過(guò)不同溶解氧濃度梯度，實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧、好氧除磷脫氮。
3除磷脫氮新工藝發(fā)展
上述工藝隨廣泛應(yīng)用，但也存在一些問(wèn)題，如：投資大，運(yùn)行費(fèi)用高等。隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批能耗低，投資省，管理簡(jiǎn)單的處理工藝。下面介紹三種新型工藝：生物倍增工藝、MSBR工藝及分點(diǎn)進(jìn)水工藝。
3.1生物倍增（Bio-Dopp）工藝
生物倍增污水處理工藝是由德國(guó)恩格拜環(huán)保技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)先進(jìn)處理技術(shù)。該工藝由Bio-Dopp特有的曝氣系統(tǒng)、固定床以及快速澄清池組成。在這一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)：生物除磷脫氮、氧化去除有機(jī)物、污泥硝化穩(wěn)定。
Bio-Dopp工藝集中污水生物處理工藝的優(yōu)點(diǎn)，把微生物去除過(guò)程集中在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同步進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)水泥分離，省去傳統(tǒng)工藝中的二沉池。通過(guò)培養(yǎng)特殊菌種達(dá)到低氧高效除磷的效果。而且Bio-Dopp曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生微小氣泡，曝氣效率高，反應(yīng)器控制在低溶解氧水平（0.1-0.3mg/L） [5] ，因此，曝氣量大大降低，降低了噸水處理成本。經(jīng)試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，本工藝出水水質(zhì)優(yōu)良，正常情況下能滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，在低溫情況下亦能滿足一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，此外該工藝還有占地小，投資低，產(chǎn)泥少，操控簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
3.2 MSBR工藝
MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor)是改良型序批反應(yīng)器，是根據(jù)SBR技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)，發(fā)展出來(lái)的新型工藝。在MSBR反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行生物除磷及生物脫氮。MSBR不需要設(shè)置初沉、二沉池，仍能連續(xù)進(jìn)水、出水，并且水位恒定；連續(xù)排水，使池容及設(shè)備利用率達(dá)到最大。[7]
反應(yīng)器由三個(gè)主要部分組成：曝氣格和兩個(gè)交替序批處理格。主曝氣格在整個(gè)運(yùn)行周期過(guò)程中保持連續(xù)曝氣，而每半個(gè)周期過(guò)程中，兩個(gè)序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。其運(yùn)行原理如下：污水進(jìn)入?yún)捬醭兀亓骰钚晕勰嘀械木哿拙诖诉M(jìn)行充分放磷，然后混合液進(jìn)入缺氧池進(jìn)行反硝化，反硝化后的污水進(jìn)入好氧池，有機(jī)物被好氧降解，活性污泥吸磷后在進(jìn)入SBR池（序批池）進(jìn)行沉淀，污水經(jīng)澄清后排放。同時(shí)另一座SBR池在回流混合液條件下進(jìn)行硝化、反硝化。回流污泥先進(jìn)入濃縮池進(jìn)行濃縮，上清夜直接進(jìn)入好氧池，濃縮污泥進(jìn)入缺氧池。這樣，即進(jìn)行反硝化，又消耗回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽，為后續(xù)的缺氧放磷做預(yù)處理。將回流量控制在1.5倍原水進(jìn)水量，可以使反硝化充分進(jìn)行。具體參見(jiàn)http://www.xhxdt.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
其實(shí)，MSBR工藝是A2/O工藝與SBR串聯(lián)，并發(fā)揮兩種傳統(tǒng)工藝的優(yōu)點(diǎn)，是高效的組合。MSBR工藝，用地省；有機(jī)物降解更完全；能耗低；脫氮除磷效果更好；污泥的沉降性能和脫水性能良好，剩余污泥處理方便；耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，適合污水水質(zhì)廣泛。
3.3分點(diǎn)進(jìn)水工藝
分點(diǎn)進(jìn)水高效脫氮除磷工藝是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)張雁秋教授自主提出的。污水分點(diǎn)進(jìn)入?yún)捬醭兀貧獬亍４伺e提高活性污泥的硝化菌、聚磷菌的比例，縮短硝化速度，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)高效脫氮除磷[6]。
分點(diǎn)進(jìn)水工藝經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行，證實(shí)除磷脫氮效率高（80%以上），并且實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用省，污泥SVI值低，不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。
4結(jié)語(yǔ)
目前我國(guó)處于市政建設(shè)，環(huán)境治理快速發(fā)展階段，同時(shí)我國(guó)水資源匱乏，水污染嚴(yán)重，因此對(duì)水處理出水水質(zhì)、回用率要求已有新的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)很多早期建設(shè)的污水處理廠出水已不滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行提升改造，增加除磷脫氮設(shè)備。相信在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上還會(huì)開(kāi)發(fā)出很多新型高效的處理工藝，并投入實(shí)際工程使用。（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院）
參考文獻(xiàn)：
[1] 張自杰. 排水工程下冊(cè).第4版.北京.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2000.
[2] 王佳偉，周軍，干一萍，王洪臣.溶解氧對(duì)A2/O工藝脫氮除磷效果的影響及解決方法[J].給水排水，2009,35(1)：42
[3]李燕，丁毅，張雁秋. SBR優(yōu)化運(yùn)行對(duì)脫氮除磷影響的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009, 37(9)：65
收稿日期：2011-05-05
作者簡(jiǎn)介：劉昆（1981-），男，工程師，研究方向：市政給排水管網(wǎng)、泵站以及水處理技術(shù)設(shè)計(jì)工作。
生物除磷脫氮工藝是目前污水處理廠設(shè)計(jì)中廣泛采用的工藝，也是實(shí)際工程運(yùn)行中較為經(jīng)濟(jì)和常用的方法，故本文重點(diǎn)介紹生物除磷脫氮工藝。
1生物除磷脫氮機(jī)理
1.1 生物除磷機(jī)理
生物除磷理論基礎(chǔ)是“聚合磷酸鹽（Poly-P）累積微生物”的攝磷釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下受壓抑，消耗糖元，將細(xì)胞內(nèi)的聚合磷酸鹽水解為磷酸鹽并釋放，產(chǎn)生的能量用來(lái)吸收降解環(huán)境中的有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)碳源儲(chǔ)存物PHB（聚β羥丁酸）貯存起來(lái)。當(dāng)進(jìn)入好氧環(huán)境內(nèi)，聚磷菌以O(shè)2為電子受體，降解胞內(nèi)貯存的PHB產(chǎn)生能量，過(guò)剩的能量從環(huán)境中攝磷，以聚磷酸高能鍵的形式貯存，形成高濃度含磷污泥，含磷污泥隨剩余污泥排出，水中的磷得到去除。[1]
1.2 生物脫氮機(jī)理
生物脫氮理論基礎(chǔ)是“氨化-硝化-反硝化”三步脫氮原理。
氨化：污水中的含氮有機(jī)物在好氧條件下，被氨化菌分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。硝化：氨態(tài)氮在好氧條件下，被硝化菌分解氧化，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4）轉(zhuǎn)化為亞硝酸氨；然后，亞硝酸氨在硝酸菌的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸氨。反硝化：硝酸氨和亞硝酸氨在缺氧條件下，被反硝化菌還原為氣態(tài)氮，水體中的氮得到去除。
2除磷脫氮傳統(tǒng)工藝
根據(jù)上述機(jī)理，生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個(gè)不同過(guò)程的交替循環(huán)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前污水廠采用較廣泛的工藝有：A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝。
2.1 A2/O工藝
A2/O法是同步除磷脫氮工藝，即Anaerobic-Anoxic-Oxic厭氧-缺氧-好氧工藝，A2/O工藝是在上世紀(jì)70年代由美國(guó)專(zhuān)家在A/O工藝的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，在原工藝中間加一缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達(dá)到硝化脫氮的目的。
厭氧區(qū)（A），主要功能是釋放磷，同時(shí)氨化；缺氧區(qū)（A），首要功能為脫氮，硝態(tài)氮是通過(guò)好氧反應(yīng)器混合液回流（內(nèi)循環(huán)）送來(lái)的；好氧區(qū)（O），本去需設(shè)置曝氣設(shè)備，為反應(yīng)器充氧，反應(yīng)器功能為：去除BOD，硝化反應(yīng)，吸收磷，并內(nèi)循環(huán)混合液至缺氧反應(yīng)器。[2]
A2/O工藝效果穩(wěn)定，同步除磷脫氮，水力停留時(shí)間短，在厭（缺）氧、好氧交替運(yùn)行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹(SVI<100），有利于后續(xù)泥水分離，運(yùn)行費(fèi)用低。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中還需設(shè)置二沉池和鼓風(fēng)機(jī)房，回流設(shè)備和回流構(gòu)筑物。占地大，對(duì)管理要求高，故本工藝一般用于大中型污水廠。
2.2 SBR工藝
SBR工藝即間歇式活性污泥處理系統(tǒng)。其工作原理是：流態(tài)上完全混合，有機(jī)物降解是時(shí)間上的推流。反應(yīng)器的間歇運(yùn)行，是通過(guò)其主要反應(yīng)器-曝氣池的運(yùn)行操作而實(shí)現(xiàn)的。然而傳統(tǒng)的SBR工藝除磷脫氮效果一般，為提高處理效果，派生出一系列的改良工藝。如CAST工藝將反應(yīng)階段設(shè)計(jì)成為缺氧-好氧-厭氧環(huán)境；而ICEAS工藝反應(yīng)階段反復(fù)“曝氣好氧，閑置缺氧”；都能取得較好的去除效果。[3]
2.3 氧化溝工藝
氧化溝是我國(guó)污水處理廠常用的工藝形式。氧化溝工藝是上世紀(jì)50年代由荷蘭的巴斯威爾（Pasveer）所開(kāi)發(fā)的一種污水處理技術(shù)，通過(guò)不同溶解氧濃度梯度，實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧、好氧除磷脫氮。
3除磷脫氮新工藝發(fā)展
上述工藝隨廣泛應(yīng)用，但也存在一些問(wèn)題，如：投資大，運(yùn)行費(fèi)用高等。隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批能耗低，投資省，管理簡(jiǎn)單的處理工藝。下面介紹三種新型工藝：生物倍增工藝、MSBR工藝及分點(diǎn)進(jìn)水工藝。
3.1生物倍增（Bio-Dopp）工藝
生物倍增污水處理工藝是由德國(guó)恩格拜環(huán)保技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)先進(jìn)處理技術(shù)。該工藝由Bio-Dopp特有的曝氣系統(tǒng)、固定床以及快速澄清池組成。在這一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)：生物除磷脫氮、氧化去除有機(jī)物、污泥硝化穩(wěn)定。
Bio-Dopp工藝集中污水生物處理工藝的優(yōu)點(diǎn)，把微生物去除過(guò)程集中在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同步進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)水泥分離，省去傳統(tǒng)工藝中的二沉池。通過(guò)培養(yǎng)特殊菌種達(dá)到低氧高效除磷的效果。而且Bio-Dopp曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生微小氣泡，曝氣效率高，反應(yīng)器控制在低溶解氧水平（0.1-0.3mg/L） [5] ，因此，曝氣量大大降低，降低了噸水處理成本。經(jīng)試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，本工藝出水水質(zhì)優(yōu)良，正常情況下能滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，在低溫情況下亦能滿足一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，此外該工藝還有占地小，投資低，產(chǎn)泥少，操控簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
3.2 MSBR工藝
MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor)是改良型序批反應(yīng)器，是根據(jù)SBR技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)，發(fā)展出來(lái)的新型工藝。在MSBR反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行生物除磷及生物脫氮。MSBR不需要設(shè)置初沉、二沉池，仍能連續(xù)進(jìn)水、出水，并且水位恒定；連續(xù)排水，使池容及設(shè)備利用率達(dá)到最大。[7]
反應(yīng)器由三個(gè)主要部分組成：曝氣格和兩個(gè)交替序批處理格。主曝氣格在整個(gè)運(yùn)行周期過(guò)程中保持連續(xù)曝氣，而每半個(gè)周期過(guò)程中，兩個(gè)序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。其運(yùn)行原理如下：污水進(jìn)入?yún)捬醭兀亓骰钚晕勰嘀械木哿拙诖诉M(jìn)行充分放磷，然后混合液進(jìn)入缺氧池進(jìn)行反硝化，反硝化后的污水進(jìn)入好氧池，有機(jī)物被好氧降解，活性污泥吸磷后在進(jìn)入SBR池（序批池）進(jìn)行沉淀，污水經(jīng)澄清后排放。同時(shí)另一座SBR池在回流混合液條件下進(jìn)行硝化、反硝化。回流污泥先進(jìn)入濃縮池進(jìn)行濃縮，上清夜直接進(jìn)入好氧池，濃縮污泥進(jìn)入缺氧池。這樣，即進(jìn)行反硝化，又消耗回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽，為后續(xù)的缺氧放磷做預(yù)處理。將回流量控制在1.5倍原水進(jìn)水量，可以使反硝化充分進(jìn)行。具體參見(jiàn)http://www.xhxdt.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
其實(shí)，MSBR工藝是A2/O工藝與SBR串聯(lián)，并發(fā)揮兩種傳統(tǒng)工藝的優(yōu)點(diǎn)，是高效的組合。MSBR工藝，用地省；有機(jī)物降解更完全；能耗低；脫氮除磷效果更好；污泥的沉降性能和脫水性能良好，剩余污泥處理方便；耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，適合污水水質(zhì)廣泛。
3.3分點(diǎn)進(jìn)水工藝
分點(diǎn)進(jìn)水高效脫氮除磷工藝是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)張雁秋教授自主提出的。污水分點(diǎn)進(jìn)入?yún)捬醭兀貧獬亍４伺e提高活性污泥的硝化菌、聚磷菌的比例，縮短硝化速度，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)高效脫氮除磷[6]。
分點(diǎn)進(jìn)水工藝經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行，證實(shí)除磷脫氮效率高（80%以上），并且實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用省，污泥SVI值低，不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。
4結(jié)語(yǔ)
目前我國(guó)處于市政建設(shè)，環(huán)境治理快速發(fā)展階段，同時(shí)我國(guó)水資源匱乏，水污染嚴(yán)重，因此對(duì)水處理出水水質(zhì)、回用率要求已有新的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)很多早期建設(shè)的污水處理廠出水已不滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行提升改造，增加除磷脫氮設(shè)備。相信在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上還會(huì)開(kāi)發(fā)出很多新型高效的處理工藝，并投入實(shí)際工程使用。（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院）
參考文獻(xiàn)：
[1] 張自杰. 排水工程下冊(cè).第4版.北京.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2000.
[2] 王佳偉，周軍，干一萍，王洪臣.溶解氧對(duì)A2/O工藝脫氮除磷效果的影響及解決方法[J].給水排水，2009,35(1)：42
[3]李燕，丁毅，張雁秋. SBR優(yōu)化運(yùn)行對(duì)脫氮除磷影響的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009, 37(9)：65
收稿日期：2011-05-05
作者簡(jiǎn)介：劉昆（1981-），男，工程師，研究方向：市政給排水管網(wǎng)、泵站以及水處理技術(shù)設(shè)計(jì)工作。
