文章編號：1674-6139（2025）07-0097-05

中圖分類號：X703文獻標志碼：B

Research on Deep Denitrification and Phosphorus Removal Technology for Secondary Wastewater Treatment Plant

Yin Xiaomei

（ShanghaiEmperorofCleaningHigh-Tech.Co.，Ltd.，Shanghai2OO437，China）

Abstract：ThestudyusedtheexpandedbeddenitrficationbiofiltertechnologytotreattheefluentfromthesecondstageCassbio chemicaltank.Theefuentwasintroducedintoadownflowsuspendedfiltercolumnthroughawaterpumpandadosingpump，andsodiumacetateandureaereddedascarbonandnitrogensourcestocompletedenitrificationandfloculation.Thestudyusedfragmented rigidsuspendedpackingtoformafilm，andaddedfourcoagulants：ironsulfate，calciumchloride，calciumoxide，ndaluminumulfate. Thedetectionofwaterualityparametersincudestotalpospous，totalntrogenmmonarogenndeicaloyeneandThe experimentalresultsshowthataluminumsulfatehastheestphosphorusremovalefect，significantlyimprovingphosphorusemovaland CODremovalratesakingintoaccoutetrogeandospousmoaleiencsellsCODmoalate，carbotgen ratioof3.5istimalTheexpadedbdenitrificationbiologicalfilerebitsexcelntsecondryfuentdepenitrificationd phosphorus removal performance，achieving eficient water purification.

Keywordssewagetreatmentplant；secondaryefluent；expandedbeddenitrificationbiofilter；deepdenitrificationandposphorus removal；denitrification

前言

污水處理廠作為城市水環(huán)境管理的核心，出水水質(zhì)直接關系到地表水、地下水及生態(tài)環(huán)境的品質(zhì)。近年來，氮、磷的超標排放已成為水體富營養(yǎng)化的主要誘因[1]。因此，對污水處理廠二級出水進行深度脫氮除磷處理，以提升水質(zhì)，保障水生態(tài)系統(tǒng)安全，成為水處理領域的重要課題。

在國內(nèi)，隨著環(huán)保政策趨嚴和公眾環(huán)保意識提升，對污水處理廠的出水水質(zhì)要求也不斷提高。因此，研究人員正積極尋找高效、經(jīng)濟的深度脫氮除磷技術。硫自養(yǎng)反硝化技術在脫氮處理中得到廣泛應用，而高效的除磷填料也備受關注。此外，優(yōu)化填料組成和工藝條件也是提升處理效果的重要手段。國際上，污水處理廠二級出水深度脫氮除磷技術同樣備受矚目。歐美等發(fā)達國家憑借豐富的污水處理經(jīng)驗和技術儲備，在脫氮方面，除了傳統(tǒng)的生物方法外，還開發(fā)厭氧氨氧化、短程硝化反硝化等新型技術，這些技術脫氮效率高、能耗低，為污水處理廠的升級改造提供了有力支持。在除磷方面，國外研究人員探索化學沉淀法、吸附法、生物除磷等多種高效方法。為進一步提升污水處理廠出水水質(zhì)，促進水資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護，需深入探究污水處理廠二級出水深度脫氮除磷技術。

1 試驗研究

1. 1 污水處理廠概況

研究所選的試驗污水處理廠位于某大型城市的工業(yè)區(qū)附近，日處理污水量達到5萬噸。該污水處理廠采用傳統(tǒng)的活性污泥法處理工藝處理來自周邊工業(yè)企業(yè)和居民區(qū)的混合污水。經(jīng)過一級和二級處理后，出水水質(zhì)基本滿足國家和地方排放標準，但仍含有一定量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。

1.2 工藝流程

在試驗探索中，采用膨脹床反硝化生物濾池技術，以二期Cass生化池出水為濾池進水，經(jīng)水泵與加藥泵處理，在懸浮濾料濾柱內(nèi)完成反硝化和絮凝，最終出水排人廠區(qū)后續(xù)系統(tǒng)。

在膨脹床反硝化生物濾池技術中，選取合適碳源與氮源至關重要。鑒于進水基質(zhì)濃度低，特別是碳素可能不足，需外源補充。乙酸鈉（ CH₃COONa ）作為高效易降解碳源，能迅速被反硝化細菌利用，加速硝酸鹽還原[2]。同時，選用尿素（ CO（NH₂）₂， 作為補充氮源，溫和特性在微生物作用下穩(wěn)步分解為氨氮及二氧化碳，為微生物提供持續(xù)氮素滋養(yǎng)，促進氮循環(huán)與去除。這種雙營養(yǎng)補給策略優(yōu)化了濾池運行環(huán)境，提升了脫氮性能[3]

該技術采用破碎狀剛性懸浮填料，因濕態(tài)密度略輕于水，在降流過濾中形成微膨脹濾床。進水采用降流式，絮凝劑預先投加實現(xiàn)初步微絮凝，污水穿過濾網(wǎng)流入濾床，實現(xiàn)高效集成處理[4]。由于填料粒徑大，接觸絮凝的床深可達 1m～2m ，從而避免泥膜形成。

試驗核心裝置為逆向流動設計的6米高、直徑0.2米的圓柱形反硝化生物濾池，外層鋼柱結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌透明有機玻璃便于觀察。內(nèi)部填充3.5米厚的3～6 毫米粒徑填料，上下設濾網(wǎng)板，底部有膜孔氣沖洗管用于清理[5]

試驗用水為污水處理廠Cass工藝二級出水，底物濃度低，采用投加活性污泥接種啟動掛膜。清洗填料后，使用同一廠二沉池活性污泥（MLSS3500mg/L ）接種，適度反沖洗防止懸浮物積聚，強度需控制避免生物膜脫落。COD去除率 60% 、TN去除率 50% 時視為掛膜成功[6。破碎狀填料表面粗糙多孔，利于生物膜附著，實現(xiàn)反硝化脫氮。磷的去除結(jié)合生物與化學法，聚磷菌攝取含磷污染物并排出，化學絮凝劑則與磷反應形成沉淀[7]，通過沉淀分離去除，實現(xiàn)高效除磷。

投加的化學絮凝劑共四種，具體如下：

（1）硫酸鐵

含鐵量 ：21.0%～23.0% ；分子量：399.87；化學純： C.P 。

（2）氯化鈣

Ca含量：不少于 95% ；分子量：11.12；化學純：C.P。

（3）氧化鈣

Ca含量：不少于 97.0% ；分子量：56.08；化學純：C.P。

（4）硫酸鋁

含量：不少于 99.0% ；分子量：666.14；化學純：C.P。

1.3 測試項目

試驗中的水質(zhì)參數(shù)檢測項目包括總磷、氨氮、化學需氧量、總氮。

總磷定量檢測采用鉬酸銨分光光度法，對樣品進行預處理：采用過硫酸鉀作為消解劑，取 25ml 水樣至比色管，加 4ml 過硫酸鉀溶液，密封后高壓蒸汽消解 （1.1kg/cm² ， 120^°C ，30分鐘），冷卻后加水至刻度。再加入 1ml 抗壞血酸和 2ml 鉬酸鹽溶液，搖勻靜置15分鐘，確保反應完全。使用 30mm 光程比色皿，在 700nm 波長下測吸光度，從各樣品吸光度值中扣除空白對照實驗的相應值，根據(jù)標準曲線讀取磷濃度。

構(gòu)建標準曲線操作：準備7只密封管，分別0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0 及 15.0ml 的的磷酸鹽標準溶液，加水至 25ml 。按樣品處理流程操作后，測量各標準溶液的吸光度，扣除空白吸光度后，將吸光度與磷濃度數(shù)據(jù)繪制成曲線，用于快速查定樣品磷含量。

總磷含量通過式（1）計算：

式（1）中， ε 是指測定用試樣體積；δ是指試樣測得含磷量。

氨氮含量的測定采取鈉氏試劑比色法。取處理水樣入比色管，加 1ml 酒石酸鉀鈉和 1.5ml 鈉氏試劑，搖勻靜置10分鐘。用 420nm 分光光度計和20mm 比色皿，以純水為參比，測定水樣吸光度值。然后繪制標準曲線，空白試驗則以純水代替樣品，按標準曲線步驟操作，得到空白吸光度值。

最終，將水樣吸光度與空白試驗的吸光度相減，依據(jù)差值在標準曲線上尋找所對應的氨氮量，通過式（2）計算：

式（2）中， γ 是指水樣體積； φ 是指由標準曲線查得的氨氮量。接著，采用消解方法將所有形態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，再通過測定硝酸鹽氮來間接計算總氮含量。

在測定化學需氧量（COD）時，使用重鉻酸鉀法。取 20ml 樣本于 250ml 回流錐形瓶中，加 10ml 0.025mol/L 重鉻酸鉀標準溶液和玻璃珠，接回流冷凝管，注入 30ml 硫酸－硫酸銀混合液。加熱2小時，冷卻后沖洗冷凝管，加試亞鐵靈指示劑3滴，用0.01mol/L 硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至紅褐色，記錄消耗體積。確保溶液體積不少于 140ml

為了獲得準確的測試結(jié)果，需實施一項空白實驗作為對照。具體操作是取 20ml 蒸餾水，按照與上述水樣測試完全相同的步驟來操作，并記錄空白實驗中硫酸亞鐵銨標準溶液的消耗量，依據(jù)式（3）實施溶液COD含量的計算：

式（3）中， η 是指硫酸亞鐵銨標準溶液濃度； ι 是指滴定空白時溶液所消耗的體積： ：μ 是指水樣體積；κ 是指滴定樣品時溶液所消耗的體積。

分別測定進水與出水的總磷、氨氮、化學需氧量、總氮，觀察總磷、氨氮、化學需氧量、總氮去除效果。

2深度脫氮除磷效果分析

2.1不同化學絮凝劑下的總磷、化學需氧量去除效果

當不加入碳源與補充氮源，投入四種不同的化學絮凝劑后，分別測試膨脹床反硝化生物濾池對于總磷、化學需氧量的去除效果，見圖1。

數(shù)據(jù)表明，硫酸鋁在總磷去除上表現(xiàn)最優(yōu)，驗證了其強絮凝能力和與磷酸根的高效反應。硫酸鐵次之，氯化鈣和氧化鈣去除率較低。在COD去除方面，硫酸鋁同樣最佳，因絮凝同時吸附或共沉淀有機物。硫酸鐵去除率也較高，而氯化鈣和氧化鈣較低。因此，建議膨脹床反硝化生物濾池優(yōu)先使用硫酸鋁作為化學除磷劑。同時，應繼續(xù)優(yōu)化生物除磷環(huán)節(jié)，提升聚磷菌活性和數(shù)量，以增強整體除磷效果。這些措施有助于提升水質(zhì)凈化效率。

2.2不同碳氮比下的脫氮除磷效果

碳氮比的選擇也是十分關鍵的。本試驗添加的碳源是 CH₃COONa ，補充氮源是CO（ NH₂）₂ ，探究二者的最優(yōu)比值。

當選用的化學絮凝劑為硫酸鋁，將碳氮比定為1.5、2.5、3.5，分別測試膨脹床反硝化生物濾池的脫氮除磷效果，測試結(jié)果見圖2。

如圖2所示，隨著碳氮比增加，總磷、氨氮、COD及總氮去除率均逐漸提高，表明碳源對生物濾池處理效能至關重要。乙酸鈉作為高效碳源，尿素作為補充氮源，均驗證了有效性?？偭兹コ侍嵘容^小，說明磷的去除受到多種因素的共同影響。氨氮、總氮去除率顯著提升，表明充足碳源對氮的氧化和硝酸鹽還原都關鍵。COD去除率提高，顯示碳源促進異養(yǎng)微生物生長和活動。綜合考慮去除效果和經(jīng)濟性，碳氮比3.5效果佳，但2.5更為合理，既保證良好去除效果又減少碳源投入。

3 結(jié)束語

通過試驗探究，發(fā)現(xiàn)膨脹床反硝化生物濾池以獨特的結(jié)構(gòu)設計和優(yōu)異的生物活性，有效克服了傳統(tǒng)脫氮除磷方法中的諸多局限，實現(xiàn)了氮、磷污染物的高效去除。實驗顯示，硫酸鋁在除磷及提升COD去除率方面表現(xiàn)最佳。綜合考慮氮磷去除及C0D去除率，碳氮比3.5為較優(yōu)選擇。研究證實了該技術在實際應用中的可行性和有效性。隨著碳氮比增加，總磷、氨氮、COD及總氮的去除率均有所提升，凸顯碳源對生物濾池處理效果的關鍵作用。乙酸鈉作為高效碳源，尿素作為補充氮源，均表現(xiàn)有效。通過優(yōu)化工藝參數(shù)和操作條件，研究進一步提高了處理效率，降低了成本，為污水處理廠提標改造提供了技術支持，也為全球水環(huán)境保護做出了貢獻。

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