摘 要 隨著我國(guó)工業(yè)化建設(shè)腳步的加快，城市污染越來(lái)越嚴(yán)重，水污染就是其中最典型的問(wèn)題之一，因此，如何通過(guò)有效的方法處理污水是保障城市居民健康生活與穩(wěn)健發(fā)展的關(guān)鍵。本文介紹了生物脫氮除磷工藝技術(shù)，詳細(xì)描述了污水產(chǎn)生的原因以及危害。然后分析了污水處理的關(guān)鍵，對(duì)生物脫氮除磷工藝處理污水的原理和過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)闡述，對(duì)當(dāng)下應(yīng)用最廣泛的三種生物脫氮除磷工藝的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析與比較，最后從經(jīng)濟(jì)成本和處理效率的角度，選擇了MUTC工藝來(lái)對(duì)城市污水進(jìn)行處理，具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 污水處理;脫氮技術(shù);除磷技術(shù);脫氮除磷工藝

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度突飛猛進(jìn)，社會(huì)工業(yè)的發(fā)展得到了推動(dòng)，但是也產(chǎn)生了一些問(wèn)題。近幾年來(lái)，工業(yè)的發(fā)展引起的城市污水，嚴(yán)重影響了城市居民的健康生活，因?yàn)榈自厥呛芏嗌锏闹匾獱I(yíng)養(yǎng)元素，也是導(dǎo)致水體呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵性元素，從而引起水體生物大量死亡。因此，解決水污染的問(wèn)題需要從源頭，也即是處理氮磷等元素入手。

1生物脫氮除磷工藝簡(jiǎn)介

生物脫氮除磷工藝分別采用了生物除氮與生物除磷的技術(shù)工藝來(lái)脫離出氮和磷元素。生物除氮是在不同的條件下對(duì)氮氧化物進(jìn)行氮元素的處理，也即是通過(guò)釋放氮?dú)獾男问绞沟玫孛撾x。當(dāng)水體中的氮元素與硝化菌作用時(shí)，會(huì)生成含氮的硝酸鹽，然后與反硝化菌作用，生成氮?dú)忉尫懦鰜?lái)[1]。生物除磷是根據(jù)細(xì)菌的特點(diǎn)來(lái)對(duì)氮元素進(jìn)行處理，也即是生成沉淀物使得磷元素得到處理。當(dāng)水體中的含磷菌類生物厭氧時(shí)，就能從污水中提取出磷元素，形成含磷的沉淀物而使得磷元素脫離。

2生物脫氮的過(guò)程與原理

生物脫氮的過(guò)程根據(jù)理論來(lái)看包括氨化階段、硝化階段和反硝化階段。首先，氨化階段是通過(guò)好氧或厭氧生物將污水中含有氮元素的物質(zhì)進(jìn)行氧化，然后將氧化物進(jìn)行分解，生成氨氮。然后是硝化階段，通過(guò)硝化菌的作用將前一個(gè)階段的產(chǎn)物氨氮轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的含氮的硝化物NO2–和NO3–，這個(gè)過(guò)程被稱為硝化反應(yīng)。最后是反硝化階段，通過(guò)反硝化菌的作用將前一個(gè)階段的硝化物NO2–和NO3–進(jìn)行還原反應(yīng)生成N2，這個(gè)過(guò)程被稱為反硝化反應(yīng)。生物脫氮的技術(shù)工藝包括一般性脫氮工藝、好氧與缺氧除污泥脫氮工藝、活性除污泥法脫氮工藝與氧化法脫氮工藝。

2.1 硝化反應(yīng)的步驟

硝化反應(yīng)包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個(gè)步驟：在亞硝酸鹽細(xì)菌的參與下發(fā)生的反應(yīng)是亞硝化反應(yīng);在硝酸鹽細(xì)菌的參與下發(fā)生的反應(yīng)是硝化反應(yīng)。因?yàn)橄趸?xì)菌會(huì)受到環(huán)境的影響，因此，這兩種反應(yīng)對(duì)環(huán)境的要求都非常高[2]。對(duì)環(huán)境的具體要求如下：

（1）好氧環(huán)境（DO≥1mg/l），水質(zhì)環(huán)境要呈現(xiàn)堿性，其pH要維持在8.0-8.4;

（2）硝化反應(yīng)的溫度維持在20℃至30℃，因?yàn)樵摲磻?yīng)的速度會(huì)受溫度影響，當(dāng)溫度低于15℃時(shí)會(huì)降低硝化反應(yīng)的速度，當(dāng)?shù)陀?℃時(shí)會(huì)使得反應(yīng)完全停止;

（3）水質(zhì)中的有機(jī)物的濃度大小要合適;

（4）維持參與反應(yīng)的硝化菌停留在反應(yīng)器中的時(shí)間超過(guò)3天，一般而言是3-10天。

2.2 反硝化反應(yīng)的步驟

在反硝化細(xì)菌的參與下，NO2?和NO3?可以通過(guò)同化硝化反應(yīng)和異化硝化反應(yīng)來(lái)進(jìn)行脫氮。通過(guò)同化硝化反應(yīng)后的氮元素在有機(jī)氮化物中，也是細(xì)菌的組成成分之一;通過(guò)異化硝化反應(yīng)后的氮元素在有機(jī)氮?dú)庵?，反硝化反?yīng)對(duì)環(huán)境的具體要求如下：

（1）對(duì)碳源的要求：污水中要有足夠量的碳元素，只有碳氮比例超過(guò)3∶5時(shí)，碳源才足夠參加反應(yīng)，當(dāng)碳源的量不夠時(shí)，要進(jìn)行外加碳源，一般而言，外加碳源是加入甲醇。

（2）水質(zhì)的酸堿度：總體的pH要維持在6.5～7.5之間，不能超過(guò)8，也不能低于6，否則影響反硝化的反應(yīng)效果。

（3）對(duì)氧濃度的要求：當(dāng)環(huán)境缺氧時(shí)，反硝化細(xì)菌就會(huì)發(fā)生硝化作用，所以，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下;

（4）對(duì)環(huán)境溫度：保持在20℃至40℃，環(huán)境溫度不能低于15℃，否則會(huì)降低反硝化反應(yīng)的速度。

3生物除磷的基本原理

生物除磷的核心是通過(guò)聚磷菌對(duì)磷元素進(jìn)行吸收，其基本原理是：在厭氧的情況下，聚磷菌通過(guò)有機(jī)磷向無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化而釋放出磷元素，然后在污水中與有機(jī)質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而生成PHB顆粒。然后再通過(guò)好氧的環(huán)境，使得聚磷菌將生成的顆粒PHB進(jìn)行分解從而獲得能量來(lái)提取磷元素，然后將磷元素聚集起來(lái)[3]。由此可以看出，生物除磷的整個(gè)過(guò)程是通過(guò)在厭氧與好氧的兩種環(huán)境中進(jìn)行磷的釋放與提取，最后排放污泥以完成整個(gè)生物除磷的過(guò)程。

生物除磷工藝的處理成本較低而在除磷工藝中得到了廣泛的運(yùn)用。根據(jù)上面生物除磷的基本原理我們可以將除磷的過(guò)程分為厭氧過(guò)程和好氧過(guò)程對(duì)磷元素進(jìn)行處理[4]。另外，在生物脫氮的過(guò)程中，也有A/O技術(shù)工藝的運(yùn)用，只是與生物除磷有所不同。生物脫氮的過(guò)程在A階段的時(shí)候是缺氧的狀態(tài)，而在生物除磷的過(guò)程中在A階段的時(shí)候是厭氧的狀態(tài)。生物脫氮過(guò)程在O階段的時(shí)候要足量，使得硝化氮能夠完全反應(yīng);生物除磷的過(guò)程中在O階段時(shí)間要短，才能盡可能地排除掉多余的污泥，從而除掉磷。

4工藝方案的分析與比較

4.1 A?/O工藝

A?/O工藝是當(dāng)下最常用的用于生物脫氮除磷的方法，而污泥的處理是生物除磷最關(guān)鍵的一環(huán)。在厭氧池中，常常會(huì)出現(xiàn)污泥回流的現(xiàn)象，使得污泥從沉淀池回流到厭氧池中，這期間會(huì)伴有NOx–的滲入。如果污泥回流多，則滲入的NOx–就多，就會(huì)造成聚磷菌釋放磷的過(guò)程被抑制，加大了生物除磷的難度;但如果污泥回流少，相應(yīng)的聚磷菌就會(huì)減少，也會(huì)影響到除磷的能力[5]。所以，在整個(gè)A?/O工藝中，關(guān)鍵是控制好污泥的回流量，我國(guó)在這方面一般是使得污泥回流量在進(jìn)入量的0.5至1倍之間。

4.2 UTC工藝

UTC工藝原理是將沉淀池中的污泥回流至缺氧區(qū)。當(dāng)污泥回流至缺氧區(qū)時(shí)，加入一定比例的COD與TKN進(jìn)行反硝化的作用，使得厭氧區(qū)回流。但是，COD與TKN的比例不能過(guò)小，否則脫氮不能完全實(shí)現(xiàn)，會(huì)使得未參與反應(yīng)與反應(yīng)不完全的硝酸鹽進(jìn)入到厭氧區(qū)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)UTC工藝?yán)^續(xù)改進(jìn)。

4.3 MUTC工藝

對(duì)UTC工藝進(jìn)行改進(jìn)后的工藝就是MUTC工藝，MUTC工藝增加了厭氧池，一個(gè)厭氧池用于對(duì)回流的污泥進(jìn)行接收與處理，另一個(gè)厭氧池用于好氧區(qū)的硝化混合液的接收與處理[6]。通過(guò)這種方法，將回流的污泥與混合液進(jìn)行分開處理而有效地脫氮，減少了進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽的量。

5確定工藝方案

通過(guò)以上分析，A?/O工藝、UTC工藝和MUTC工藝這三種工藝都能實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷的效果，但是又各自有優(yōu)缺點(diǎn)。因此，要根據(jù)具體情況來(lái)選擇工藝方案，而本文所研究的對(duì)城市污水的處理需要考慮到經(jīng)濟(jì)成本與處理效果，經(jīng)過(guò)比較后，最終選擇MUTC工藝更符合需求。

6結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化腳步的加快，人們生活水平在不斷提高的，同時(shí)也伴隨著大量污染的產(chǎn)生，而水污染是影響最大的污染之一，必須對(duì)其進(jìn)行有效的處理才能保障人們的生活與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。這幾年來(lái)，國(guó)家與政府投入了大量的人力與物力對(duì)污水進(jìn)行處理，而對(duì)污水處理的關(guān)鍵在于氮磷化物的處理，于是誕生了大量的生物脫氮除磷工藝。本文通過(guò)對(duì)生物脫氮除磷工藝進(jìn)行研究，分別闡述了脫氮和除磷過(guò)程的基本原理以及這個(gè)過(guò)程中所涉及的具體的生物化學(xué)反應(yīng)。然后分析了當(dāng)下應(yīng)用最廣泛的A?/O工藝、UTC工藝和MUTC工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。最后根據(jù)具體的需要，從經(jīng)濟(jì)和處理效率的角度出發(fā)，綜合考慮選用MUTC工藝來(lái)對(duì)城市污水進(jìn)行處理，有效降低了處理污水的成本，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介

劉東（1985-），男，四川成都人;學(xué)歷：本科，助理工程師，現(xiàn)就職單位：成都天源水務(wù)有限責(zé)任公司，研究方向：污水處理運(yùn)行。