城市污水除磷脫氮處理工藝綜述
城市污水是通過下水管道收集到的所有排水，是各種生活污水、工業廢水和城市融雪、雨水的混合污水。城市污水都含有一定量的氮磷污染物，當這些營養物未經去除而直接排入受納水體后，會導致藻類和其它水生植物的異常生長，消耗水中的氧，使水質惡化，嚴重影響水體的經濟價值和社會效益。隨著水資源短缺和水污染的加劇，城市污水在排放前進行脫氮除磷已成為污水處理廠的主要任務。在我國，去除城市污水中的氮磷多采用A/O、A2/O工藝、序批式工藝（包括傳統SBR法、CASS工藝、MSBR法等）、氧化溝系列工藝等。以下就城市污水脫氮除磷幾種工藝作一些簡單的介紹及比較。 1、A/O法 A/O工藝是Anoxic/Oxic(兼氧/好氧)或Anerabic/Oxic（厭氧/好氧）工藝的縮寫，是為污水生物除磷脫氮而開發的污水處理技術。A/O工藝流程見圖1。
A/O法不能同時脫氮除磷。但只要控制一定的回流比和泥齡，系統便可達到較好的脫氮效果或除磷效果。A/O法在除磷方面的推廣受到以下幾個因素的制約[1]。第一，生物除磷是將液相中的污染物轉移到固相中予以去除。A/O法的特點之一是泥齡短、污泥量多，剩余污泥含磷率高于傳統活性污泥法，污泥在濃縮消化過程中會將吸收的磷釋放出來，要徹底去除系統中的磷，還需要增加后續處置設施。當溫度低、進水負荷低時，微生物代謝能力減弱，污泥生長緩慢，除非污泥含磷量特別高，否則只排少量污泥，磷的去除率必然很低。第二，厭氧池的厭氧條件難以保證。理論計算認為當污泥齡大于5天時，硝化菌便能在系統中停留。當曝氣池水力停留時間偏長時，廢水中的氨氮在硝化菌的作用下轉化成NO2-和NO3-，回流污泥中就不可避免的混入了NOx。原污水和回流污泥混合，反硝化菌優先獲得碳源進行脫氮，聚磷菌競爭不到碳源，不能有效釋放，因而也不能過量吸收磷，系統除磷能力下降。第三，受水質波動影響大。磷的厭氧釋放分有效和無效兩部分，聚磷菌在釋磷的過程中同時吸收原污水中的低分子有機物，合成細胞內貯物，我們把這一過程成為有效釋磷。聚磷菌只有有效釋磷后，才能在隨后的好氧段過量攝磷。當廢水中可供聚磷菌利用的低分子有機物量很少時，聚磷菌便發生無效釋磷，即在釋磷過程中不合成細胞內貯物。無效釋放出來的磷在系統中是不能被去除的。因此，A/O工藝除磷效果受進水水質影響很大，不夠穩定。 2、A2/O法 傳統A2/O法是目前普遍采用的同時脫氮除磷的工藝，它是在傳統活性污泥法的基礎上增加一個缺氧段和一個厭氧段，傳統A2/O工藝流程如圖2所示。
污水首先進入厭氧池與回流污泥混合，在兼性厭氧發酵菌的作用下，廢水中易生物降解的大分子有機物轉化為VFAs這一類小分子有機物。聚磷菌可吸收這些小分子有機物，并以聚β羥基丁酸（PHB）的形式貯存在體內，其所需要的能量來自聚磷鏈的分解。隨后，廢水進入缺氧區，反硝化菌利用廢水中的有機基質對隨回流混合液而帶來的NO3－進行反硝化。 廢水進入好氧池時，廢水中有機物的濃度較低，聚磷菌主要是通過分解體內的PHB而獲得能量，供細菌增殖，同時將周圍環境中的溶解性磷吸收到體內，并以聚磷鏈的形式貯存起來，經沉淀以剩余污泥的形式排出系統。好氧區的有機物濃度較低，這有利于好氧區中自養硝化菌的生長，從而達到較好的硝化效果[2]。 2.2 倒置Ａ2/Ｏ工藝 倒置Ａ2/Ｏ工藝即缺氧/厭氧/好氧的工藝流程，是對傳統Ａ2/Ｏ工藝的改進，其脫氮除磷效果更好，其原因在于：缺氧區位于厭氧區之前，有利于微生物形成更強的吸磷動力，微生物厭氧釋磷后直接進入好氧環境充分吸磷；所有參與回流的污泥都經歷了完整的釋磷、吸磷過程，故在除磷方面具有群體效應優勢；缺氧池位于厭氧池前，允許反硝化菌優先獲得碳源，因而加強了系統的脫氮能力。常州的城北污水處理廠和清潭污水處理廠均將原設計調整為倒置的A2/O工藝，COD、SS、TN、TP的去除率均有了不同程度的提高，尤以TP去除率提高最多[3]。 2.3 氮氧化物對Ａ2/Ｏ法除磷的影響 影響生物除磷效果的因素有很多，其中厭氧池內氮氧化物濃度便是關鍵因素之一。傳統A2/O工藝和環境倒置A2/O工藝都存在氮氧化物的控制問題。傳統A2/O工藝中，從沉淀池回流至厭氧池的污泥或多或少地攜帶了一定量的NOx。我們只能通過調節污泥回流量來控制厭氧池中的NOx，回流量過大、攜入的NOx多，會抑制厭氧池中聚磷菌進行磷的釋放從而影響整個系統的除磷效果；回流量過小，進入厭氧池的聚磷菌相應少，同樣影響系統的除磷能力。因此，需嚴格控制污泥回流量。國內較多采用的污泥回流量為進水流量Q的0.5倍～1.0倍。環境倒置A2/O工藝中，回流污泥與原污水混合進入缺氧區，反硝化菌利用原污水中的有機物進行脫氮，隨后進厭氧池，聚磷菌在該池內進行磷的釋放。當NOx在缺氧池內沒有完全完成硝化時，就不可避免地進入了厭氧池，從而抑制厭氧釋磷，降低系統除磷效果。 3、序批式工藝 SBR工藝是間歇性活性污泥法，它由一個或多個曝氣反應池組成，污水分批進入池中，經活性污泥凈化后，上清夜排出池外即完成一個運行周期。每個工作周期順序完成進水、反應、沉淀、排放4個工藝過程。SBR法脫氮除磷效果與曝氣時率（曝氣時率＝每單個周期的曝氣時間/周期）有關，時率大則缺氧時間短、反硝化不完全、氮磷的去除率低，當去除率接近1時，磷幾乎不被去除[4]。表1為某采用SBR工藝的小型污水處理廠的曝氣時率和氮磷去除率。 表1 曝氣時率和氮磷去除率的關系
SBR工藝的特點是具有一定的調節均化功能，可緩解進水水質、水量波動對系統帶來的不穩定性。工藝處理簡單，處理構筑物少，曝氣反應池集曝氣沉淀污泥回流于一體，可省去初沉池、二沉池及污泥回流系統，且污泥量少，容易脫水，控制一定的工藝條件可達到較好的除磷效果，但存在自動控制和連續在線分析儀器儀表要求高的特點。 3.2 CASS工藝
CASS工藝是一種連續進水式SBR曝氣系統，不僅具有SBR工藝簡單可靠、運行方式靈活、自動化程度高的特點，而且脫氮除磷效果明顯。這一功能主要實現于CASS池通過隔墻將反應池分為功能不同的區域，在各分隔中溶解氧、污泥濃度和有機負荷不同，各池中的生物也不同。整個過程實現了連續進、出水。同時在傳統的SBR池前或池中設置了選擇器及厭氧區，提高了脫氮除磷效果。工藝流程圖見圖3。 CASS工藝的特點是對污水預處理要求不高，只設間隙15 mm的機械格柵和沉淀池。生物處理核心是CASS反應池，除磷脫氮降解有機物及懸浮物等功能均在該池內完成，出水可達到國家規定的排放標準。 3.3 MSBR法 MSBR工藝是20世紀80年代初期發展起來的污水處理工藝，經過不斷地改進和發展，目前較新的是第三代工藝，其工作原理如圖 4所示。 MSBR工藝的特點是系統從連續運行的單元（如厭氧池）進水，從而加速了厭氧反應速率，改善了系統承受水力沖擊負荷和有機物沖擊負荷的能力；同時，由于MSBR工藝增加了低水頭、低能耗的回流設施，極大地改善了系統中各單元內MLSS的均勻性。因此，MSBR系統匯集了A2/O系統與SBR系統的全部優勢，因而出水水質穩定、高效，并有極大的凈化潛力。
4、氧化溝工藝 氧化溝工藝是一種延時曝氣的活性污泥法，由于負荷很低，耐沖擊負荷強，出水水質較好，污泥產量少且穩定，構筑物少，氧化溝可以按脫氮設計，也可以略加改進實現脫氮除磷。 20世紀90年代中期，氧化溝工藝因其良好的脫氮效果并且無需沉淀池開始被推廣，此時期建設的大型污水處理廠項目基本上采用氧化溝工藝。近幾年來，國內對各種類型氧化溝工藝的除磷脫氮效果、設計、充氧設備及運行控制等方面進行了大量的研究。對多種氧化溝都進行了一定的革新，如carrousel氧化溝由第一代的普通的carrousel氧化溝發展為具有脫氮除磷功能的carrousel2000型氧化溝，后又發展為第三代的carrousel3000型氧化溝[5]。國內許多污水處理廠使用的情況證明，氧化溝工藝是一種工藝流程簡單、管理方便、投資省、運行費用低、工藝穩定性高的污水處理技術[6]，目前國內較多采用的氧化溝主要有Orbal氧化溝、Carrousel氧化溝、T型氧化溝、DE型氧化溝、一體化氧化溝等。 5、結論 隨著污水處理事業的發展，已有多種污水處理工藝在我國污水處理廠中得到了應用，其中以A/O，A2/O及其變型工藝、SBR及其變型工藝、氧化溝工藝為主。同時，隨著我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的實施，以及我國污水處理事業所面臨的如下問題：如污水處理廠建設與運行費用高的問題、小城鎮的水污染問題以及污泥處理問題。使我國的污水處理工藝向著具有脫氮除磷功能、高效低能、成熟可靠、適用于小城鎮污水處理廠、污泥量少且能使污泥達到穩定的方向發展。 參考文獻 [1] 熊建英，楊海真，城市污水除磷脫氮處理工藝概況，環境導報，1999年第1期：11～13 |
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