姜均達(dá) 吳勇遠(yuǎn)

桂林市排水工程管理處

城市污水處理廠生物脫氮除磷工藝的選擇分析

姜均達(dá) 吳勇遠(yuǎn)

桂林市排水工程管理處

現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)發(fā)展迅速，導(dǎo)致城市污水增多，嚴(yán)重危害著居民的日常生活。因此，選擇一種快速有效的處理城市污水的環(huán)保辦法是解決居民生活與城市發(fā)展矛盾的途徑。同步生物脫氮除磷工藝的誕生為上述矛盾的解決提供了較為可靠的選項(xiàng)。本文首先概述了工業(yè)污水的危害以及水體富營養(yǎng)化的后果；分析了污水脫氮技術(shù)以及污水脫磷技術(shù)的原理；在以上的基礎(chǔ)上比較了同步脫氮除磷工藝；最后得出了MUTC工藝同步生物脫氮除磷方案能夠發(fā)揮其最大的效果，實(shí)現(xiàn)污水處理能力的提高的結(jié)論。為今后污水處理提供技術(shù)參考。

污水處理；脫氮技術(shù)；除磷技術(shù)；同步脫氮除磷工藝

1 概述

當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，在促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)的飛速進(jìn)步及人口急劇增長的同時(shí)，賴以生存發(fā)展的水資源正在經(jīng)受著各種各樣的污染。由此，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所排出的廢水對水資源的污染越來越受到人們的關(guān)注，尤其是氮磷等元素對水資源的污染。氮磷是作為生物體的重要營養(yǎng)元素隨污水進(jìn)入水體后會(huì)引發(fā)水體富營養(yǎng)化。

水體富營養(yǎng)化會(huì)造成的后果有藻類的過度生長繁殖，同時(shí)造成水中的溶解氧的急劇降低，導(dǎo)致在一定時(shí)間內(nèi)水體嚴(yán)重缺氧，嚴(yán)重影響著魚類的生存生長；同時(shí)藻類在生長過程中向水體內(nèi)排放有毒物質(zhì)（比如藻青脘、不定腔球藻等），影響魚類的生存。如果人蓄不慎飲用容易致消化道炎癥。隨著藻類的生長，它們在水體中占據(jù)的空間會(huì)逐漸增大，占據(jù)大量的水體空間、阻塞水道，魚類的活動(dòng)空間隨之減少，嚴(yán)重影響著魚類的生存生長。而沉于水底的死亡藻類在缺氧狀態(tài)下腐化、分解使水體變黑、變臭。因此污廢水中氮、磷的處理已成為當(dāng)前廢水處理中急需解決的問題。

利用生物除氮是根據(jù)好氧和厭氧的不同狀況，在好氧條件下，水中的氮元素在硝化菌作用下變成硝酸鹽氮，隨后在缺氧條件下，硝酸鹽氮在反硝化菌的作用變成氮?dú)庖莩?；利用生物除磷就是利用聚磷菌類的?xì)菌的特點(diǎn)，在厭氧的狀態(tài)釋放磷，在好氧狀態(tài)從污水中攝取磷，并將磷元素以聚合的形態(tài)貯藏在體內(nèi)，形成高磷污泥排出，以達(dá)到除磷的效果。根據(jù)以前污水處理的經(jīng)驗(yàn)的情況探討該廠生物脫氮除磷的可行性。

2 生物脫氮的基本原理

根據(jù)傳統(tǒng)的生物脫氮理論，可以將生物脫氮的過程分為三個(gè)階段，這三個(gè)階段分別是：氨化階段、硝化階段和反硝化階段。其中氨化階段的主要內(nèi)容是好氧或異養(yǎng)型微生物將污水中一些富含氮質(zhì)的有機(jī)物氧化并分解為氨氮；硝化階段的主要內(nèi)容是硝化菌將氨化階段產(chǎn)生的氨氮轉(zhuǎn)化為N和N（即硝化反應(yīng)）。反硝化階段的主要內(nèi)容是反硝化菌將硝化階段產(chǎn)生的N和N還原為N2（即反硝化反應(yīng)）。生物脫氮的主要工藝流有：傳統(tǒng)脫氮工藝、缺氧—好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)、兩級活性污泥法脫氮工藝及氧化溝工藝。

1）硝化反應(yīng)：分為亞硝化與硝化兩個(gè)步驟進(jìn)行，其中亞硝化是由自養(yǎng)型亞硝酸鹽細(xì)菌完成，硝化是由自養(yǎng)型硝酸鹽細(xì)菌完成。由于該兩種硝化菌對環(huán)境的變化都非常的敏感，這也導(dǎo)致其對環(huán)境的要求比較苛刻，主要如下：

A好氧條件（DO≥1mg/l），并保持一定堿度以維持穩(wěn)定的PH值（適宜的PH為8.0～8.4）；

B硝化反應(yīng)的適宜溫度是20℃～30℃，如果溫度低于15℃，則會(huì)導(dǎo)致硝化反應(yīng)的速率下降，溫度小于5℃時(shí)，硝化反應(yīng)則會(huì)完全停止。

C浸入水中的有機(jī)物的濃度要適宜；

D污泥齡（硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間）必須大于它的最小世代時(shí)間（一般為3～10天）

2）反硝化反應(yīng)

A碳源：污水中的碳源主要有兩個(gè)一是污水中的有機(jī)物，二是外加碳源。當(dāng)污水中的C/N大于3～5時(shí)，可認(rèn)為是碳源充足，無需再外加碳源，如果碳源不充足則多采用外加甲醇；

B酸堿值：適宜的PH是6.5—7.5，PH值高于8或者低于6，則會(huì)大大影響反硝酸的效率;

C溶解氧:反硝化菌在缺氧條件下會(huì)發(fā)生反硝化作用，因此溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下；

D溫度：最適宜溫度為20～40℃。低于15℃其反應(yīng)速率會(huì)大大降低。

3 生物除磷的基本原理

生物除磷的關(guān)鍵要素是聚磷菌的超量吸磷現(xiàn)象：在厭氧條件下，聚磷菌能夠?qū)?nèi)部的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成為無機(jī)磷并且加以釋放，同時(shí)利用在這一過程中產(chǎn)生的能量從污水中攝取有機(jī)基質(zhì)合成PHB顆粒；在好氧情況下，聚磷菌則會(huì)將PHB降解以獲得攝取磷元素所需的能量，從而完成聚磷的整個(gè)過程。由此可知，生物除磷是污泥在厭氧-好氧交替運(yùn)行的條件下通過磷的釋放及對磷的攝取，最終通過剩余污泥的排放而完成的。

生物除磷的工藝的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本低，污泥量少等，現(xiàn)逐漸在污水除磷的工藝中得到普及。根據(jù)生物除磷的機(jī)理可以將其處理工藝分為厭氧釋磷和好氧攝磷兩基本組成部分。A/O工藝鈞存在生物除磷與生物脫氮中，但兩工藝中的A段存在著明顯額區(qū)別，生物除磷的A段屬厭氧階段，而生物脫氮的A段屬缺氧。此外，在工藝運(yùn)行方式上，生物脫氮的O段要有保證硝化的足夠長度，并且要達(dá)到滿足回流硝化氮的需要；而生物除磷的O段相對要短，以保證較高的污泥負(fù)荷也就是相對較短的泥齡，才能通過排除較多的剩余污泥以到達(dá)除磷的目的。

4 工藝方案比較

4.1 A2/O工藝

A2/O工藝是目前應(yīng)用最普遍的同時(shí)脫氮除磷工藝，其基本工藝流程如圖1所示。

圖1：A2/O工藝圖

厭氧池的污泥回流量是影響生物除磷效果的主要因素之一。傳統(tǒng)的A2/O工藝中，從沉淀池回流到厭氧池的污泥會(huì)摻雜著一定量的NOX-，如果污泥的回流量大，導(dǎo)致的結(jié)果是帶入的NOX-過多，抑制了厭氧池中的聚磷菌對磷的釋放，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的除磷效果；但是如果污泥回流量過小，進(jìn)入?yún)捬醭氐木哿拙蜁?huì)相應(yīng)減少，這同樣會(huì)影響著系統(tǒng)的除磷能力。因此，這就需要在這個(gè)工藝中嚴(yán)格控制污泥回流量，國內(nèi)通常將污泥回流量控制在進(jìn)入流量的0.5～1.0倍內(nèi)。

4.2 UTC工藝

與A2/O工藝相比，UTC工藝在A2/O工藝基礎(chǔ)上，通過把沉淀池污泥回流到缺氧區(qū)，開發(fā)出了UTC工藝。其具體的工藝流程如圖2所示。

圖2：UTC工藝圖

與A2/O工藝相比，UTC工藝在適當(dāng)?shù)腃OD/TKN比例下，在缺氧區(qū)的反硝化作用下，能使厭氧區(qū)回流到污泥中，但硝酸鹽的含量接近于0。如果COD/TKN的比例較低時(shí)，缺氧區(qū)是無法實(shí)現(xiàn)完全脫氮，這就導(dǎo)致部分硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，根據(jù)這種弊端下改進(jìn)的UTC工藝，產(chǎn)生了新的UTC工藝。

4.3 MUTC工藝

MUTC工藝，即是改進(jìn)的UTC工藝。該工藝需要兩個(gè)缺氧池，第一個(gè)缺氧池接收二沉池的回流污泥；第二個(gè)缺氧池接收好氧區(qū)硝化混合液，這就能夠使污泥的脫氮與混合液的脫氮有效的分開，從而進(jìn)一步降低硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能。

圖3：MUTC工藝圖

5 工藝方案的確定

對于以上三種同步生物脫氮除磷的工藝分析來看，每種工藝既有優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也存在一定的弊端，但均可實(shí)現(xiàn)同步污水脫氮除磷的處理目的。本論文所要處理的污水主要來源是工業(yè)廢水，經(jīng)過周密的工藝對比以及經(jīng)濟(jì)比較，作者認(rèn)為改進(jìn)的UTC工藝（即MUTC工藝）污水處理效果最佳，技術(shù)先進(jìn)成熟，運(yùn)轉(zhuǎn)的方式靈活，運(yùn)行穩(wěn)妥可靠，動(dòng)力效率高，動(dòng)行成本低。

6 結(jié)束語

綜上所述，在人民生活水平日益提高的大背景下居民對環(huán)境的要求越來越高，特別是對水資源的要求越來越嚴(yán)格。因此，國家以及各級地方政府正逐步加大在環(huán)保方面投入力度，提高污水處理能力將是關(guān)系國計(jì)民生的大事，而同步生物脫氮除磷工藝已成為污水治理工程的關(guān)鍵拓展領(lǐng)域，同時(shí)也為新時(shí)期提高我國污水治理水平提供了前提條件。在污水處理的過程中，同步生物脫氮除磷工藝可以提高污水處理效率及質(zhì)量，減少有害物的排放量，避免了對城市環(huán)境的再次污染。還能在一定優(yōu)化高新環(huán)保技術(shù)的基礎(chǔ)上，減少人工勞動(dòng)量同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低污水處理成本，具有較好的“經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)”效益。

[1]高廷耀,夏四清.城市污水生物脫氮除磷工藝評述[J].環(huán)境科學(xué),1999，20(1)：110～112.

[2]王崠,劉德華,酈和生.限氧條件下的活性污泥脫氮過程研究[J].三峽環(huán)境與生態(tài),2008,1(2)：30～33.

[3]張平.生物脫氮技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治,1997,19(4)：25-28.

姜均達(dá)（1986—），男，本科，江蘇贛榆人，現(xiàn)工作于桂林市排水工程管理處，主要從事污水處理、自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施運(yùn)行維護(hù)管理方面的工作。