污水生物脱氮除磷工艺优化技术综述

污水生物脱氮除磷工艺优化技术综述

张康利

广州绿莱环保科技有限公司 51000 广州

摘要：在城市污水处理的现有技术中，如AAO、SBR、氧化沟等都存在一定限制，如都对碳氮比（C/N）或者碳磷比（C/P）等有一定要求、微生物菌种彼此独立导致生化反应进程存在障碍、微生物世代时间的不同又导致对污泥龄要求不同等，伴随于此的通常会是更高的成本与更大的人力消耗。这些缺陷使城市污水脱氮除磷效率已经越来越无法满足人们的需求，因此，城市污水处理技术需要在强化脱氮除磷方面做出一定改进。近年来，许多研究人员已经提出了多种新型高效的脱氮除磷技术。本文通过对厌氧氨氧化、反硝化除磷等新型技术的原理及研究现状进行介绍，探究其在城市污水处理中应用的合理性与优越性，并基于此提出多菌群协同除污的构想，对未来可持续城市污水处理技术发展方向进行探索。

关键词：污水处理；脱氮除磷；硝化过程；反硝化过程；释磷过程

引言

氮元素、磷元素作为自然界中的基本元素，也是藻类等微生物生长繁殖所必需的营养元素之一。由于过量的排放污水，导致水中氮元素与磷元素的含量急剧增长，使得藻类等微生物过量生长繁殖，进而造成水体富营养化，导致水体污染。目前，污水厂所采用的生化工艺多数为传统的污脱氮除磷工艺（如A/O工艺、A/A/O工艺），传统的脱氮除磷工艺虽然能够削弱水中氮元素、磷元素的含量，缓解水体富营养化，但其去除效率较低，而且运行费用和能源消耗较高。因此，国内外学者不断研发新型脱氮除磷工艺，提高污水厂生化工艺的脱氮除磷效率，进而实现高效的水体净化。

1进水碳源现状

进水SS包含挥发性的SS(VSS)和不可挥发性的SS(FSS)，后者成分基本为无机砂等无法生物降解的悬浮物，因此，可采用FSS/BOD表示进水中无机砂含量。我国城镇污水处理厂进水FSS/BOD呈现逐年上升的趋势，说明污水无机砂含量逐年升高。在污水生化系统中，聚磷菌和反硝化细菌是污水氮、磷去除的主力军，大部分属于化能异养菌，因此，充足的碳源是良好生物脱氮除磷的保障。根据《室外排水设计规范》(GB50014—2006)，污水中BOD∶TKN宜大于4，碳磷比(BOD∶TP)宜大于17，对于多数TN排放标准较高的地区，实际运行中BOD∶TKN更是需要达到4～5才能实现高效的脱氮效果。而我国城镇污水厂进水BOD∶TKN呈现逐年下降的趋势，近年来更是持续低于3.5，因此，进水碳源不足已经成为大多数污水厂生物脱氮效果无法稳定达标的一大原因。污水处理厂进水无机砂含量偏高，碳源不足，不仅会对水泵、搅拌机、曝气器等设备造成磨损，降低混合效率和曝气效率，还会对活性污泥生长造成损害，导致生化系统处理能力下降，出水氮、磷超标。

2新型脱氮除磷工艺

2.1反硝化除磷

1987年时发现了一类不同于传统除磷工艺中聚磷菌的新型聚磷菌，这种聚磷菌在缺氧环境中可以同时去除氮和磷两种污染物质，将其命名为反硝化聚磷菌(denitrifyingphosphorusaccumulatingorganisms,DPAOs)。DPAOs是利用体内储存的聚羟基脂肪酸酯（PHA），在缺氧环境中以硝态氮或者亚硝态氮替代氧气作为电子受体，从而实现过量吸磷的过程。相比于传统除磷工艺，反硝化除磷可以实现同步脱氮除磷与“一碳两用”，并解决大部分能耗问题，理论上来讲可以节省多达30%的曝气系统能耗、50%碳源需求及污泥产量。根据反硝化除磷的特点，其可以与很多技术联用，同时也衍生了许多新型工艺,如UCT、AOA、AAN等。这些工艺共同的特点都是可以极大限度地利用反硝化除磷原理中“一碳两用”的特点，且避免了硝化菌和DPAOs的竞争，非常适宜处理低C/N污水。

2.2改良SBR工艺

SBR工艺作为常见的污水厂脱氮工艺之一，能够去除水中氮元素，处理污水，但SBR工艺仍具有相应的缺点，例如由于SBR工艺性质，其间歇排水时排水时间较短，并且SBR工艺排水时不能搅动污泥，因此SBR工艺需要专门的排水设备（滗水器）。此外，SBR工艺对于后续的深度处理设备要求较高，需要体积较大的消毒设备，增加基建费用。针对SBR工艺的缺点，国内外学者对SBR工艺不断改进，目前较为常见的改良SBR工艺有：UNITANK工艺、CASS工艺、ICEAS工艺和MSBR工艺]。MSBR工艺是改良SBR工艺中应用较为广泛的一种工艺，该工艺有效地利用了传统SBR工艺以及活性污泥法的特点。MSBR工艺不仅不设置初沉池和二沉池，而且反应器能在恒定液位下连续进水运行。

3探明动态复杂条件下生物处理系统功能微生物响应机制与调控模式及整体改进策略

进一步明晰我国城市污水处理系统特有的水质水量规律性时空变动、水质构成复杂多变、进水无机悬浮固体含量高、碳氮比明显偏低、水温季节性变动等动态复杂条件；研究发现此条件下功能微生物的工艺过程响应特征、菌群结构及季节分布规律，明确水温是影响功能微生物反应速率的主要因素、菌群结构与生物系统功能区分布及运行条件密切相关、悬浮填料对硝化菌具有选择性富集且在冬季低水温时更为明显、植物根系生物膜效应强化活性污泥效能等响应特征。结合工艺过程速率测定，揭示和阐明功能微生物的作用机制及影响因素，创新提出具有强化功能区微生物性能，耦合碳源损耗控制、反硝化除磷、消氧区设置、多点进水、碳源投加点优化的功能区改进、工艺布局及动态运行调控整体策略，对提升动态复杂条件下污水除磷脱氮系统的效能、运行稳定性、降低能耗物耗具有理论指导意义和实际应用价值。生化池今后的研究重点应在于各反应区运行参数的精细化、准确化和智能化控制，保持各反应功能区的稳定、高效、完全，能够实时应对不同的进水水质和水量负荷，达到自行学习、自行监测、自行调控的目的，增强污水厂处理韧性，创造与智慧城市、智慧水务相衔接的智慧污水处理系统。

结束语

现阶段，我国大部分城镇污水C/N一直处于较低的状态，一般为3.8~8.5，属于典型低C/N城镇污水，且我厂进水化学需氧量（COD）负荷一直处于极低状态，全年均值为31.6mg/L，而进水TN全年均值则高达21.0mg/L。在传统的AAO脱氮除磷工艺的条件下往往会因为进水有机物不足，从而导致出水TN很难达标排放，在传统的AAO污水处理工艺中为了使出水TN、TP达标排放，我们通常会投加大量的碳源以此来保证生物脱氮除磷的效果，但是额外的投加碳源无形中导致污水处理成本增加，给污水处理厂运营带来了很大压力，从长远的发展方向来说也是不划算的，因此进一步探求具有可持续发展前景的新型生物脱氮除磷工艺，减少甚至取消商业碳源的投加，无疑是现阶段污水处理研究的方向，具有深远而现实意义。

参考文献

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