生物法同步除磷脫氮實用工藝及特點

肖 乾

(貴陽鋁鎂設(shè)計研究院，貴州 貴陽550081)

生物法同步除磷脫氮實用工藝及特點

肖 乾

(貴陽鋁鎂設(shè)計研究院，貴州 貴陽550081)

近30年來，隨著河流、湖泊等自然水體的富營養(yǎng)化越來越嚴重，由于保護水體和水資源的需要，以及國家對城市污水處理廠出水中氮磷的要求的逐步提高，國內(nèi)外在生物脫氮除磷方面取得了長足的進步，但并沒有從根本上解決問題。該文旨在研究應(yīng)用先進的生物法同步除磷脫氮工藝的同時，嘗試從根本上解決問題拋磚引玉。

除磷脫氮;富營養(yǎng)化;生物法

0 引言

富營養(yǎng)化是湖泊分類和演化的一種概念，是湖泊水體老化的自然現(xiàn)象。湖泊由貧營養(yǎng)湖變成富營養(yǎng)湖，進而發(fā)展成沼澤地和旱地，在自然條件下，這一歷程需要近10萬年。但如受氮、磷等植物營養(yǎng)性物質(zhì)污染后，可以使富營養(yǎng)化進程大大地加速。一般城市污水二次處理過程中對水中磷和氮的去除率僅為20% ～30%，如果將其任意排放到江河中，超過河流和湖泊的自凈能力，將成為水體富營養(yǎng)化的原因而產(chǎn)生公害。從20世紀70年代初開始，隨著人們對造成水體富營養(yǎng)化主要因素的認識逐漸加深，世界各國都認識到控制水體中的氮磷是限制藻類生長的重要因素。根據(jù)建設(shè)部、國家環(huán)?？偩趾涂萍疾柯?lián)合印發(fā)的《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》的要求，受納水體為封閉或半封閉水體時，為防治富營養(yǎng)化，城市污水應(yīng)進行二級強化處理，增強除磷脫氮的效果。我國80年代初開始進行污水除磷脫氮工藝的研究，一方面為防止環(huán)境的污染，另一方面為缺水地區(qū)探索污水處理與回用的新流程，使污水處理出水達到回用水標準。近30年來，隨著河流、湖泊等自然水體的富營養(yǎng)化越來越嚴重，由于保護水體和水資源的需要，以及國家對城市污水處理廠出水中氮磷的要求的逐步提高，國內(nèi)外在生物脫氮除磷方面取得了長足的進步，研究和推廣應(yīng)用了多種生物脫氮除磷工藝。

1 實用工藝及特點

(1)改良A2/O工藝見圖1。改良A2/O綜合了A2/O工藝和改良UCT工藝的優(yōu)點，即在厭氧池之前增設(shè)厭氧/缺氧池。回流污泥和一部份污水進入該池，在池里進行反消化，以去除回流污泥中的硝酸鹽，消除(或大大降低)了回流污泥中硝態(tài)氮對后續(xù)厭氧池的不利影響，有利于厭氧池的聚磷菌釋磷，同時抑制了絲狀菌的繁殖，改善了泥水分離性能，從而使運行穩(wěn)定和處理效果更好，并減少了一個混合液回流。

圖1 改良A2/O工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram of Improved A2/O

(2)CASS工藝見圖2。CASS工藝是由美國森維柔廢水處理公司研究的SBR改進工藝，它在SBR池前部設(shè)置了預(yù)反應(yīng)區(qū)作為生物選擇區(qū)，其后是主反應(yīng)區(qū)，曝氣、沉淀、排水均在同一個池子內(nèi)進行，生物選擇區(qū)與主反應(yīng)區(qū)之間由隔墻隔開。原水經(jīng)預(yù)處理連續(xù)進入CASS池的前段預(yù)反應(yīng)區(qū)，與池內(nèi)的污泥充分混合，然后混合液由生物選擇區(qū)通過隔墻下部進入主反應(yīng)區(qū)，并緩慢上升。在沉淀和排水期間，混合液從預(yù)反應(yīng)區(qū)緩慢進入主反應(yīng)區(qū)下部，水流呈層流狀，不會擾動池中各水層，保證了出水水質(zhì);在曝氣階段，CASS池內(nèi)基質(zhì)濃度隨著曝氣時間的延長而降低，其生化反應(yīng)的推動力大，基質(zhì)反應(yīng)速率和有機物去除效率較高。與傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝相比，CASS工藝具有以下特點:建設(shè)費用低，省去了初次、二次沉淀池以及污泥回流設(shè)備;運行費用省，由于曝氣是周期性的，池內(nèi)溶解氧濃度也是變化的，沉淀和排水階段溶解氧降低，重新開始曝氣時，氧濃度梯度大，傳遞效率高，運行費用節(jié)省10% ～25%;有機物去除率高，出水水質(zhì)好，具有良好的脫氮除磷效果;不易發(fā)生污泥膨脹，設(shè)備數(shù)量較少;污泥產(chǎn)量低，性質(zhì)穩(wěn)定，便于進一步處理與處置。

圖2 CASS工藝流程圖Fig.2 Process Flow Diagram of CASS

(3)BIOLAK工藝見圖3。BIOLAK工藝是20世紀70年代開發(fā)的一種新處理系統(tǒng)，實質(zhì)上它是同時具有擺動式擴散器和帶防滲膜土池特點的低負荷活性污泥法處理工藝。曝氣頭借助空氣的壓力不停地擺動，系統(tǒng)的缺氧和好氧狀態(tài)通過曝氣鏈的通氣或停氣以及兩條曝氣鏈之間的距離變化來實現(xiàn)。擺動的曝氣頭克服了固定曝氣器使一部分混合液始終處于充氧過飽和狀態(tài)而另一部分始終處于不飽和狀態(tài)的弊端。由于微氣泡在混合液中的停留時間較長，氧由氣相向液相擴散的推動力較大，因此提高了氧的利用率。池體的建造可利用現(xiàn)有地坑(帶防滲膜的土池)以節(jié)省投資。

圖3 BIOLAK工藝流程圖Fig.3 Process Flow Diagram of BIOLAK

(4)A2N工藝見圖4。A2N工藝利用反硝化除磷技術(shù)，把硝化菌和DPB在不同的污泥系統(tǒng)分別進行培養(yǎng)。進水與回流污泥完全混合后，進入?yún)捬醭?，DPB在此大量釋磷，同時吸取碳源，進行能量儲備后進入中沉淀;中沉池含氮上清液進入好氧池進行硝化反應(yīng)，下部污泥與好氧池的硝化液一起進入缺氧池進行反硝化除磷;最后進入二沉池進行泥水分離。A2N工藝中硝化菌同DPB完全分離，避免了傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中反硝化菌和DPB對有機物的競爭，也避免了兩種細菌泥齡的差異。該工藝非常適合COD/N較低的情形，可實現(xiàn)利用最少的COD消耗量，獲得最大的脫氮除磷效率。該工藝比傳統(tǒng)工藝的 COD消耗量少30%，耗氧量少20%。產(chǎn)生的污泥量少30%，可減少30%的反應(yīng)器體積。

圖4 A2N工藝流程圖Fig.4 Process Flow Diagram of A2N

2 工藝的主要問題

2.1 工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜能耗高

(1)工藝構(gòu)筑物較多。由于傳統(tǒng)的脫氮除磷比較復(fù)雜，一般涉及硝化、反硝化、微生物釋磷和吸磷等過程，每一個過程的目的不同，對微生物組成，基質(zhì)類型以及環(huán)境條件的要求也不同，要達到同步脫氮除磷的目的，所需構(gòu)筑物也較多。

(2)回流次數(shù)多，回流量大，造成處理能耗大、成本高。由于在不同的過程所需要的環(huán)境不同，例如，硝化和攝磷過程要在好氧條件下進行，而釋磷和反硝化是在厭氧或缺氧下進行的，特別是生物除磷是聚磷菌在厭氧條件下釋磷，之后在好氧條件下過量攝磷，通過剩余污泥排放達到除磷目的。這就對出水水質(zhì)的要求越高，混合液和污泥的回流比就越大。

總之，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，是限制工藝在實際中應(yīng)用的主要原因。各種改良型工藝的出現(xiàn)，雖然在脫氮除磷效果等上較以往有了進步，但其實質(zhì)只不過要么是在原來的基礎(chǔ)上增加缺、厭氧池，要么改變原來的回流方式而已，實際上并沒有從根本上解決問題。

2.2 脫氮除磷效果不穩(wěn)定

(1)運行管理落后。廢水生物脫氮除磷工藝的設(shè)計及運行管理要比傳統(tǒng)的活性污泥過程復(fù)雜得多，在同時具有脫氮除磷的工藝中，影響運行穩(wěn)定性及處理效果的因素也更多更為復(fù)雜。而目前，我國污水處理廠在運行控制技術(shù)方面是一個薄弱環(huán)節(jié)，一方面我國眾多污水廠操作人員的技術(shù)水平和管理素質(zhì)較差，另一方面許多污水廠又缺乏先進精確的在線控制監(jiān)測設(shè)備儀器，以對重要的工藝參數(shù)加以連續(xù)監(jiān)測，保證工藝的最優(yōu)運行條件。許多污水處理廠往往因操作管理不善或監(jiān)測手段的落后而嚴重影響處理效果。

(2)影響處理效果的理論原因:

1)碳源問題。釋磷和反硝化的反應(yīng)速率與進水碳源中的易降解部分，尤其是揮發(fā)性有機脂肪酸(VFA)的數(shù)量關(guān)系很大。而我國城市污水中工業(yè)污水比例較高且有機物含量較低，不足以使釋磷和反硝化過程充分完成。有資料表明。德國有46%污水廠其進水BOD5在30 mg/L以上，并都超過200 mg/L，我國城市污水的BOD5大多只能達到200 mg/L。

2)硝酸鹽問題。大部分脫氮除磷工藝中，由于厭氧區(qū)在前，回流污泥將一部分硝酸鹽帶入該區(qū)，硝酸鹽的存在嚴重影響了聚磷菌的釋磷速率，尤其當進水中VFA較少，污泥的含磷量又不高時，硝酸鹽的存在甚至?xí)?dǎo)致聚磷菌直接吸磷。

3)泥齡問題。硝化菌增殖速度慢、世代時間長，一般在10～15 d:而研究表明當泥齡＞3 d時，除磷效果隨泥齡的增加而降低，除磷的最佳泥齡為3～5 d。兩者間很難平衡。

4)污泥量分配問題。厭氧段和缺氧段內(nèi)污泥量被限定以后，厭氧與缺氧段污泥量的分配比將影響磷釋放和反硝化效果。厭氧段污泥量大則磷釋放效果好，但反硝化效果差;反之，反硝化效果好，而釋磷效果差。

3 結(jié)語

隨著對出水中氮、磷要求的提高，各種脫氮除磷及其改良型工藝也越來越多，目前，我國對同步脫氮除磷的研究還主要局限在活性污泥法上，對生物膜法脫氮除磷的研究和報道卻并不多見。而活性污泥法本身所存在的基建與運行費用高、能耗大、管理復(fù)雜及對氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)去除效果有限等問題從根本上限制了它們在脫氮除磷中所發(fā)揮的作用和實際水處理工程中的廣泛應(yīng)用。在研究和應(yīng)用先進的生物法同步除磷脫氮工藝的同時嘗試從根本上解決問題拋磚引玉。

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Practical Technology on Synchronous Dephosphorization and Denitrification by Biological Process and Its Features

XIAO Qian
(Guiyang Aluminium－Magnesium Design ＆ Research Institute，Guiyang 550081，China)

As eutrophication of the natural water body such as rivers，lakes，etc.is becoming more and more serious in nearly 30 years，despite considerable progress in dephosphorization and denitrification by biological process at home and abroad because of the need of protecting water body and water resources，and gradually improved domestic requirements for phosphorus and nitrogen in water from municipal sewage plants，the problem has not radically solved.The paper's aim is to make some contributes to trying to fundamentally solve the problem by studying application of the technology on synchronous dephosphorization and denitrification by advanced biological process.

dephosphorization and denitrification;eutrophication;biological process

X703.1

A

1004－2660(2012)01－0064－04

2012－02－01.

肖乾(1979－)，男，貴州人，工程師.主要研究方向:工業(yè)廢水處理工藝設(shè)計.E－mail:sevenstar_x@hot mail.com