城市污水除磷脫氮處理工藝綜述

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

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(yè)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(yǎng)物未經(jīng)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(zhì)惡化，嚴重影響水體的經(jīng)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(tǒng)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(fā)的污水處理技術。

　　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(tǒng)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。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(tǒng)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(tǒng)中的磷，還需要增加后續(xù)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(tǒng)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(yōu)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(tǒng)除磷能力下降。第三，受水質(zhì)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(nèi)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(fā)生無效釋磷，即在釋磷過程中不合成細胞內(nèi)貯物。無效釋放出來的磷在系統(tǒng)中是不能被去除的。因此，A/O工藝除磷效果受進水水質(zhì)影響很大，不夠穩(wěn)定。

　　2、A2/O法

　　2.1 傳統(tǒng)A2/O法

　　傳統(tǒng)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(tǒng)活性污泥法的基礎上增加一個缺氧段和一個厭氧段。

　　污水首先進入?yún)捬醭嘏c回流污泥混合，在兼性厭氧發(fā)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(nèi)，其所需要的能量來自聚磷鏈的分解。隨后，廢水進入缺氧區(qū)，反硝化菌利用廢水中的有機基質(zhì)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(nèi)的PHB而獲得能量，供細菌增殖，同時將周圍環(huán)境中的溶解性磷吸收到體內(nèi)，并以聚磷鏈的形式貯存起來，經(jīng)沉淀以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。好氧區(qū)的有機物濃度較低，這有利于好氧區(qū)中自養(yǎng)硝化菌的生長，從而達到較好的硝化效果。

　　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(tǒng)A2/O工藝的改進，其脫氮除磷效果更好，其原因在于：缺氧區(qū)位于厭氧區(qū)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(huán)境充分吸磷；所有參與回流的污泥都經(jīng)歷了完整的釋磷、吸磷過程，故在除磷方面具有群體效應優(yōu)勢；缺氧池位于厭氧池前，允許反硝化菌優(yōu)先獲得碳源，因而加強了系統(tǒng)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(diào)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。

　　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(nèi)氮氧化物濃度便是關鍵因素之一。傳統(tǒng)A2/O工藝和環(huán)境倒置A2/O工藝都存在氮氧化物的控制問題。傳統(tǒng)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(diào)節(jié)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(tǒng)的除磷效果；回流量過小，進入?yún)捬醭氐木哿拙鄳?，同樣影響系統(tǒng)的除磷能力。因此，需嚴格控制污泥回流量。國內(nèi)較多采用的污泥回流量為進水流量Q的0.5倍～1.0倍。環(huán)境倒置A2/O工藝中，回流污泥與原污水混合進入缺氧區(qū)，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(nèi)進行磷的釋放。當NOx在缺氧池內(nèi)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(tǒng)除磷效果。

　　3、序批式工藝

　　3.1 傳統(tǒng)的SBR法

　　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(jīng)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。

　　SBR工藝的特點是具有一定的調(diào)節(jié)均化功能，可緩解進水水質(zhì)、水量波動對系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)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(tǒng)，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(xù)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(xù)進水式SBR曝氣系統(tǒng)，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(xiàn)于CASS池通過隔墻將反應池分為功能不同的區(qū)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(xiàn)了連續(xù)進、出水。同時在傳統(tǒng)的SBR池前或池中設置了選擇器及厭氧區(qū)，提高了脫氮除磷效果。

　　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(nèi)完成，出水可達到國家規(guī)定的排放標準。

　　3.3 MSBR法

　　MSBR工藝是20世紀80年代初期發(fā)展起來的污水處理工藝，經(jīng)過不斷地改進和發(fā)展，目前較新的是第三代工藝。

　　MSBR工藝的特點是系統(tǒng)從連續(xù)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(tǒng)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(tǒng)中各單元內(nèi)MLSS的均勻性。因此，MSBR系統(tǒng)匯集了A2/O系統(tǒng)與SBR系統(tǒng)的全部優(yōu)勢，因而出水水質(zhì)穩(wěn)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(zhì)較好，污泥產(chǎn)量少且穩(wěn)定，構筑物少，氧化溝可以按脫氮設計，也可以略加改進實現(xiàn)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(nèi)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(fā)展為具有脫氮除磷功能的carrousel2000型氧化溝，后又發(fā)展為第三代的carrousel3000型氧化溝。國內(nèi)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(wěn)定性高的污水處理技術，目前國內(nèi)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(yè)的發(fā)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(zhèn)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(yè)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(zhèn)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(zhèn)污水處理廠、污泥量少且能使污泥達到穩(wěn)定的方向發(fā)展。