生物法同步除磷脱氮实用工艺及特点

肖 乾

(贵阳铝镁设计研究院，贵州 贵阳550081)

生物法同步除磷脱氮实用工艺及特点

肖 乾

(贵阳铝镁设计研究院，贵州 贵阳550081)

近30年来，随着河流、湖泊等自然水体的富营养化越来越严重，由于保护水体和水资源的需要，以及国家对城市污水处理厂出水中氮磷的要求的逐步提高，国内外在生物脱氮除磷方面取得了长足的进步，但并没有从根本上解决问题。该文旨在研究应用先进的生物法同步除磷脱氮工艺的同时，尝试从根本上解决问题抛砖引玉。

除磷脱氮;富营养化;生物法

0 引言

富营养化是湖泊分类和演化的一种概念，是湖泊水体老化的自然现象。湖泊由贫营养湖变成富营养湖，进而发展成沼泽地和旱地，在自然条件下，这一历程需要近10万年。但如受氮、磷等植物营养性物质污染后，可以使富营养化进程大大地加速。一般城市污水二次处理过程中对水中磷和氮的去除率仅为20% ～30%，如果将其任意排放到江河中，超过河流和湖泊的自净能力，将成为水体富营养化的原因而产生公害。从20世纪70年代初开始，随着人们对造成水体富营养化主要因素的认识逐渐加深，世界各国都认识到控制水体中的氮磷是限制藻类生长的重要因素。根据建设部、国家环保总局和科技部联合印发的《城市污水处理及污染防治技术政策》的要求，受纳水体为封闭或半封闭水体时，为防治富营养化，城市污水应进行二级强化处理，增强除磷脱氮的效果。我国80年代初开始进行污水除磷脱氮工艺的研究，一方面为防止环境的污染，另一方面为缺水地区探索污水处理与回用的新流程，使污水处理出水达到回用水标准。近30年来，随着河流、湖泊等自然水体的富营养化越来越严重，由于保护水体和水资源的需要，以及国家对城市污水处理厂出水中氮磷的要求的逐步提高，国内外在生物脱氮除磷方面取得了长足的进步，研究和推广应用了多种生物脱氮除磷工艺。

1 实用工艺及特点

(1)改良A2/O工艺见图1。改良A2/O综合了A2/O工艺和改良UCT工艺的优点，即在厌氧池之前增设厌氧/缺氧池。回流污泥和一部份污水进入该池，在池里进行反消化，以去除回流污泥中的硝酸盐，消除(或大大降低)了回流污泥中硝态氮对后续厌氧池的不利影响，有利于厌氧池的聚磷菌释磷，同时抑制了丝状菌的繁殖，改善了泥水分离性能，从而使运行稳定和处理效果更好，并减少了一个混合液回流。

图1 改良A2/O工艺流程图Fig.1 Process Flow Diagram of Improved A2/O

(2)CASS工艺见图2。CASS工艺是由美国森维柔废水处理公司研究的SBR改进工艺，它在SBR池前部设置了预反应区作为生物选择区，其后是主反应区，曝气、沉淀、排水均在同一个池子内进行，生物选择区与主反应区之间由隔墙隔开。原水经预处理连续进入CASS池的前段预反应区，与池内的污泥充分混合，然后混合液由生物选择区通过隔墙下部进入主反应区，并缓慢上升。在沉淀和排水期间，混合液从预反应区缓慢进入主反应区下部，水流呈层流状，不会扰动池中各水层，保证了出水水质;在曝气阶段，CASS池内基质浓度随着曝气时间的延长而降低，其生化反应的推动力大，基质反应速率和有机物去除效率较高。与传统的活性污泥处理工艺相比，CASS工艺具有以下特点:建设费用低，省去了初次、二次沉淀池以及污泥回流设备;运行费用省，由于曝气是周期性的，池内溶解氧浓度也是变化的，沉淀和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，运行费用节省10% ～25%;有机物去除率高，出水水质好，具有良好的脱氮除磷效果;不易发生污泥膨胀，设备数量较少;污泥产量低，性质稳定，便于进一步处理与处置。

图2 CASS工艺流程图Fig.2 Process Flow Diagram of CASS

(3)BIOLAK工艺见图3。BIOLAK工艺是20世纪70年代开发的一种新处理系统，实质上它是同时具有摆动式扩散器和带防渗膜土池特点的低负荷活性污泥法处理工艺。曝气头借助空气的压力不停地摆动，系统的缺氧和好氧状态通过曝气链的通气或停气以及两条曝气链之间的距离变化来实现。摆动的曝气头克服了固定曝气器使一部分混合液始终处于充氧过饱和状态而另一部分始终处于不饱和状态的弊端。由于微气泡在混合液中的停留时间较长，氧由气相向液相扩散的推动力较大，因此提高了氧的利用率。池体的建造可利用现有地坑(带防渗膜的土池)以节省投资。

图3 BIOLAK工艺流程图Fig.3 Process Flow Diagram of BIOLAK

(4)A2N工艺见图4。A2N工艺利用反硝化除磷技术，把硝化菌和DPB在不同的污泥系统分别进行培养。进水与回流污泥完全混合后，进入厌氧池，DPB在此大量释磷，同时吸取碳源，进行能量储备后进入中沉淀;中沉池含氮上清液进入好氧池进行硝化反应，下部污泥与好氧池的硝化液一起进入缺氧池进行反硝化除磷;最后进入二沉池进行泥水分离。A2N工艺中硝化菌同DPB完全分离，避免了传统脱氮除磷工艺中反硝化菌和DPB对有机物的竞争，也避免了两种细菌泥龄的差异。该工艺非常适合COD/N较低的情形，可实现利用最少的COD消耗量，获得最大的脱氮除磷效率。该工艺比传统工艺的 COD消耗量少30%，耗氧量少20%。产生的污泥量少30%，可减少30%的反应器体积。

图4 A2N工艺流程图Fig.4 Process Flow Diagram of A2N

2 工艺的主要问题

2.1 工艺结构复杂能耗高

(1)工艺构筑物较多。由于传统的脱氮除磷比较复杂，一般涉及硝化、反硝化、微生物释磷和吸磷等过程，每一个过程的目的不同，对微生物组成，基质类型以及环境条件的要求也不同，要达到同步脱氮除磷的目的，所需构筑物也较多。

(2)回流次数多，回流量大，造成处理能耗大、成本高。由于在不同的过程所需要的环境不同，例如，硝化和摄磷过程要在好氧条件下进行，而释磷和反硝化是在厌氧或缺氧下进行的，特别是生物除磷是聚磷菌在厌氧条件下释磷，之后在好氧条件下过量摄磷，通过剩余污泥排放达到除磷目的。这就对出水水质的要求越高，混合液和污泥的回流比就越大。

总之，工艺结构复杂、能耗高，是限制工艺在实际中应用的主要原因。各种改良型工艺的出现，虽然在脱氮除磷效果等上较以往有了进步，但其实质只不过要么是在原来的基础上增加缺、厌氧池，要么改变原来的回流方式而已，实际上并没有从根本上解决问题。

2.2 脱氮除磷效果不稳定

(1)运行管理落后。废水生物脱氮除磷工艺的设计及运行管理要比传统的活性污泥过程复杂得多，在同时具有脱氮除磷的工艺中，影响运行稳定性及处理效果的因素也更多更为复杂。而目前，我国污水处理厂在运行控制技术方面是一个薄弱环节，一方面我国众多污水厂操作人员的技术水平和管理素质较差，另一方面许多污水厂又缺乏先进精确的在线控制监测设备仪器，以对重要的工艺参数加以连续监测，保证工艺的最优运行条件。许多污水处理厂往往因操作管理不善或监测手段的落后而严重影响处理效果。

(2)影响处理效果的理论原因:

1)碳源问题。释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分，尤其是挥发性有机脂肪酸(VFA)的数量关系很大。而我国城市污水中工业污水比例较高且有机物含量较低，不足以使释磷和反硝化过程充分完成。有资料表明。德国有46%污水厂其进水BOD5在30 mg/L以上，并都超过200 mg/L，我国城市污水的BOD5大多只能达到200 mg/L。

2)硝酸盐问题。大部分脱氮除磷工艺中，由于厌氧区在前，回流污泥将一部分硝酸盐带入该区，硝酸盐的存在严重影响了聚磷菌的释磷速率，尤其当进水中VFA较少，污泥的含磷量又不高时，硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。

3)泥龄问题。硝化菌增殖速度慢、世代时间长，一般在10～15 d:而研究表明当泥龄＞3 d时，除磷效果随泥龄的增加而降低，除磷的最佳泥龄为3～5 d。两者间很难平衡。

4)污泥量分配问题。厌氧段和缺氧段内污泥量被限定以后，厌氧与缺氧段污泥量的分配比将影响磷释放和反硝化效果。厌氧段污泥量大则磷释放效果好，但反硝化效果差;反之，反硝化效果好，而释磷效果差。

3 结语

随着对出水中氮、磷要求的提高，各种脱氮除磷及其改良型工艺也越来越多，目前，我国对同步脱氮除磷的研究还主要局限在活性污泥法上，对生物膜法脱氮除磷的研究和报道却并不多见。而活性污泥法本身所存在的基建与运行费用高、能耗大、管理复杂及对氮磷等营养物质去除效果有限等问题从根本上限制了它们在脱氮除磷中所发挥的作用和实际水处理工程中的广泛应用。在研究和应用先进的生物法同步除磷脱氮工艺的同时尝试从根本上解决问题抛砖引玉。

[1]张自杰.排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.

[2]王洪洋，朱雁伯.生物脱氮除磷常规工艺及新发展[J].天津市政工程，2003，15(3):25－28.

[3]王建芳，涂宝华，陈荣平，等.生物脱氧除磷新工艺的研究进展[J]，环境污染治理技术与设备，2003，4(9):70－73.

[4]马勇，彭永臻，等.新型高效反硝化除磷工艺[D].哈尔滨工业大学，2000.

[5]沈耀良.废水生物脱氮除磷工艺设计和运行中需考虑的几个问题[J].环境科学与技术，1996，73(2):36－40.

[6]王亚宣，彭永臻等.反硝化除磷理论、工艺及影响因素[J].中国给水排水，2003，19(1):33－36.

[7]刘章富.同步生物除磷脱氮的几种实用新工艺[J].中国给水排水，2002，18(9):65－68.

[8]郑兴灿，李亚新.污水生物除磷脱氮技术[M].北京:中国工业出版社，1998.

[9]王青，陈建中.污水生物脱氮除磷技术的研究进展[J].环境科学与管理，2006，31(8):126－129.

Practical Technology on Synchronous Dephosphorization and Denitrification by Biological Process and Its Features

XIAO Qian
(Guiyang Aluminium－Magnesium Design ＆ Research Institute，Guiyang 550081，China)

As eutrophication of the natural water body such as rivers，lakes，etc.is becoming more and more serious in nearly 30 years，despite considerable progress in dephosphorization and denitrification by biological process at home and abroad because of the need of protecting water body and water resources，and gradually improved domestic requirements for phosphorus and nitrogen in water from municipal sewage plants，the problem has not radically solved.The paper's aim is to make some contributes to trying to fundamentally solve the problem by studying application of the technology on synchronous dephosphorization and denitrification by advanced biological process.

dephosphorization and denitrification;eutrophication;biological process

X703.1

A

1004－2660(2012)01－0064－04

2012－02－01.

肖乾(1979－)，男，贵州人，工程师.主要研究方向:工业废水处理工艺设计.E－mail:sevenstar_x@hot mail.com