城市污水生物脱磷除氮工艺的新进展

摘要：磷是引起水体富营养化的关键因素之一，通常废水、污水中磷的去除方法主要是生物法和化学法。生物法除磷工艺自20世纪70年代以来得到快速发展，不需要大量额外的设备投资，充分利用其原有废水生化处理设备，就可以在完成对有机物去除的同时去除磷，而且处理成本低。因此本文根据城市污水生物脱磷除氮工艺的发展进行了分析与研究。

关键词：城市污水；生物脱磷除氮；新进展

引言

化学除磷是欧洲较早应用的除磷方法。该方法工艺简单，运行可靠，并且能达到较高的出水标准。在19世纪后期，英美等国广泛采用化学沉淀方法处理污水，但不久即被生物处理所取代，其原因是该法的药品消耗量大，往往需要投加的金属离子沉淀剂浓度大于正常溶度积1~2个数量级，运行费用高，产生大量化学污泥，脱水困难，难以处理，产生二次污染。

1脱氮除磷的原理

污水处理中，主要依靠微生物对水中的氮磷污染物进行代谢分解，从而达到净化水质的目的。在传统的脱氮理论中，生物脱氮主要有氨化、硝化以及反硝化３个过程，随着技术的发展，国内外的学者在传统理论的基础上又提出了短程硝化－反硝化，同步硝化反硝化以及厌氧氨氧化等更加节省时间和能耗的生物脱氮的新理论；传统的除磷理论认为，聚磷菌只在好氧的环境下摄取磷而在厌氧的环境下释放磷，但是之后，人们认为生物除磷中的微生物至少有两类：一类是反硝化聚磷菌（ＤＰＢ），这类聚磷菌以氧气或者硝酸盐作为电子受体；另一类是好氧聚磷菌，以氧气作为电子受体的聚磷菌，若反硝化聚磷菌利用硝酸盐氮作为电子受体吸收磷，那么有机基质可以用来同时脱氮除磷。这对于Ｃ／Ｎ比较低的城市生活污水具有很大的意义。

2城市污水处理厂脱氮除磷的主要工艺

2.1Ａ２Ｎ－ＳＢＲ工艺

该工艺为短程硝化－反硝化脱氮除磷工艺，是由厌氧／缺氧反应器和好氧反应器组成的污水处理系统，其中，厌氧／缺氧反应器的作用是将反硝化聚磷菌聚集起来，从而可以同时去除有机物和进行反硝化除磷，好氧反应器的作用是聚集亚硝化细菌，为厌氧／缺氧反应器提供硝化液。在好氧反应器中，ＮＨ４＋只是氧化到ＮＯ２－的阶段，当这部分污水进入厌氧／缺氧反应器中时，反硝化聚磷菌利用ＮＯ２－作为电子受体进行反硝化吸磷反应，达到同时去除氮磷的目的。Ａ２Ｎ－ＳＢＲ工艺的可行性进行了验证，结果发现该工艺的脱氮除磷效果比单污泥工艺的效果更好；采用Ａ２Ｎ－ＳＢＲ工艺对生活污水进行处理，结果表明，对氮的去除率达到９５％，对磷的去除率达到９８％。

2.2Ａ２／Ｏ＋ＢＣＯ工艺

Ａ２／Ｏ＋ＢＣＯ工艺将传统的Ａ２／Ｏ工艺进行改良，增加了生物接触氧化单元（ＢＣＯ），旨在分离出Ａ２／Ｏ工艺的硝化功能，使Ａ２／Ｏ单元只进行反硝化除磷，ＢＣＯ单元进行硝化反应，ＢＣＯ的硝化液回流至Ａ２／Ｏ的缺氧区，进行脱氮。该工艺可以减少污泥的产量，适合处理我国低Ｃ／Ｎ的城市生物污水。回流比对该工艺同步去除氮磷的影响，结果表明，在低Ｃ／Ｎ的条件下，系统的回流比为４００％时，反硝化除磷总量可达到磷去除总量的９８％，回流比为３００％时，该系统可以达到良好的同步去除氮磷的效果。

2.3Ａ／Ｏ／ＩＡＴ－ＩＡＴ同步脱氮除磷工艺

内循环式Ａ／Ｏ／ＩＡＴ－ＩＡＴ生物同步脱氮除磷工艺，该工艺由预反应池、ＤＡＴ池和两个交替运行的ＩＡＴ池三部分组成，在机理和运行方式上保留了活性污泥法的优点，有效的提高了系统的容积利用率。该工艺对污水中有机物以及氮磷的去除效果均较好，并且具有操作灵活投资省等优点，适用于各种规模的污水处理厂。

3传统的A2/O工艺改进策略分析

3.1基于SRT矛盾复合式改进

由于A2/O工艺受到耗氧区的浮动载体填料影响，导致载体表面所产生的硝化菌快速生长，但是这样附着的硝化菌与SRT存在相互独立的特点，硝化的速率并不容易受到SRT排泥的影响，为此可以利用SRT矛盾特性，对A2/O工艺进行恰当改进。目前来看，由于悬浮污泥的SRT，填料头配比和头配位置对硝化的强度会造成影响，也会对污泥含量产生影响，为此在载体填料调配时并不能够随意增加系统排泥量或者缩短悬浮污泥，而提高系统的处理效率，必须要尽可能地缩短SRT，降低污水中的悬浮污泥，这样才能够保证除磷的整体效果，如果悬浮污泥SRT在5天左右情况下，对A2/O工艺的改进效果并不明显，如果降低悬浮污泥SRT厌氧磷释放会受到影响。

3.2基于碳源竞争工艺的改进

为了能够快速解决A2/O工艺碳源竞争以及DO残余干扰导致反硝化的问题，首先要针对碳源竞争采取适当的解决策略，通过补充外碳源或者反硝化等方式，促进碳源的重新分配。要针对DO系统的干扰、反硝化等问题进行适当的补充，最主要的就是避免对原有工艺实体结构造成影响，对短期内受到水质波动而造成的碳源不足问题，应该采取紧急措施，通常情况下可取碳源包括甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠等有机化合物，还可以采用可替代的有机碳源。例如，厌氧硝化污泥上清液、牲畜以及家畜粪便等含有高碳源的工业废水，任何外碳源的增加或投入都必须要有一定的适应期，这样才能够取得良好的预期效果。

对于糖类纤维素比较高的高碳物质来说，由于受到微生物和低分子碳水化合物的影响，必须要对这类碳源进行反硝化的分解代谢处理，通过对矛盾主体选择时，应该尽可能选择头点对系统稳定和节能降耗有利。比如在厌氧区外碳源，能够有效促进除磷的效果，而且也可以确保系统反硝化的能力得到提升，如果反硝化碳源严重不足时，也必须要优先向缺氧区增加投入。

通过对A2/O工艺进行改良，必须要优先考虑碳源的实际需求，可以直接将厌氧区放置于工艺前端。通过这样的倒置A2/O工艺，不仅可以确保PAOs厌氧释磷之后能够直接提高好氧环境，在厌氧条件下所产生的驱动力也可以得到充分应用，而且还会产生群体效应，保证所有参与回流的污泥都能够进行摄磷释磷等，保证A2/O工艺的质量。利用JHB、UCT和UCT改良工艺可以快速解决外回流硝酸盐DO残余干扰失灵的问题。JHB工艺中，由于氮素脱除必须要在污泥反硝化区以及缺氧区域内部，而且两者要确保脱除量保持一致，污泥反硝化区的设置也会对氮素在不同区域的分配比例造成干扰，确保厌氧区可以更加快速的释磷。

结束语：

综上所述，在我国城市化发展过程中，随之而来的污水问题越来越严重，城市污水的存在对水资源的可持续利用有着不利的影响，在这样的情况下，必须要对城市污水进行深度化地处理，只有这样污水才能被循环利用，水资源紧缺局势才能得以缓解，人们才能更好地生存下去。目前的脱氮理论除了传统的氨化、硝化以及反硝化理论，还有在此基础上提出的有短程硝化—反硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨氧化，同步脱氮除磷的技术有Ａ２Ｎ－ＳＢＲ工艺、Ａ２／Ｏ＋ＢＣＯ工艺以及内循环式Ａ／Ｏ／ＩＡＴ－ＩＡＴ同步脱氮除磷工艺等。

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