城市污水脫氮除磷處理工藝的探討

王俊(中山職業(yè)技術學院 528404)

隨著人類社會和經濟的不斷發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，城市污水排放總量的持續(xù)增加，以及化肥、石油制品、合成洗滌劑和農藥等大量的生產和應用，廢水中氮、磷等無機營養(yǎng)物質對環(huán)境的影響將越來越大。

為解決越來越尖銳的水環(huán)境污染和水體富營養(yǎng)化問題，越來越多的國家和地區(qū)都制定了嚴格的氮、磷排放標準，這也使污水脫氮除磷技術一度成為污水處理領域的熱點和難點。國內外已有眾多的污水處理廠采用各種脫氮除磷工藝技術在運行。有的污水處理廠在實際運行中脫氮除磷效果較好，也有的污水處理廠在實際運行中脫氮除磷效果不盡人意。目前污水脫氮除磷可供選擇的處理方法通常有生物處理法及物理化學處理法兩大類。從七十年代以來，國外開始研究并逐步采用活性污泥法生物脫氮除磷。我國在二十世紀九十年代期間，將污水生物除磷脫氮技術研究開發(fā)和工程化應用列入國家的重點科技攻關項目，取得了不少有實用價值的高水平研究成果，并很快用于污水處理廠的新建和改建設計中。國內已有多座城市污水處理廠采用生物除磷脫氮工藝[1]。因此，研究和開發(fā)高效、經濟的生物脫氮除磷工藝成為當前城市污水處理技術研究的熱點。

一、生物除磷脫氮原理

1.生物脫氮的基本原理

污水中的有機氮、蛋白質氮等在好氧條件下首先被氨化菌轉化為氨氮，而后氨氮在有氧的情況下被微生物氧化為NaNO2經過一系列氧化反應后轉變成為為NaNO3，在這個環(huán)節(jié)中我們將其叫做好氧硝化。然后再氧氣不足的情況下，因為反硝化菌的影響，只有在外加碳源的作用下才能繼續(xù)發(fā)生反應，將NH4O H轉變成氮氣,然后將其從污泥中脫出，我們將這個階段反應稱作是缺氧反硝化[2]。在這個環(huán)節(jié)中影響整個化學反應處理工作的因素主要有以下幾個:溫度、溶解氧、pH值以及反硝化碳源。再利用生物法脫氮的過程中，硝化菌以一種比較快的速度不斷地向前發(fā)展，所以淤泥成泥的時間越長越好。只有在良好的厭氧環(huán)境中,反硝化菌才能獲得良好的生長，然后再碳源量足夠的情況下，就可以為反硝化工作的順利展開提供良好的條件。

根據上述原理，可組成厭氧池和好氧池，即所謂A/O系統(tǒng)。在A/O系統(tǒng)設計中,工作人員要做好幾個重要參數的控制工作,就是足夠的污泥泥齡和進水的碳、氮比。

2.生物除磷的基本原理

在厭氧環(huán)境下,利用污泥中的聚磷菌,增加所受的壓力負荷,在這種力量的作用下將污泥中的磷酸鹽淅出來,然后為有機物的快速分解吸收提供動力的方法就是生物除磷法，并轉化為PH B（聚β羥基丁酸）保存在一起。在一定的好氧環(huán)境下,聚磷菌相互作用發(fā)生反應對體內的PH B進行降解,這樣就產生了合成細胞與吸收磷的主要動力，促進污泥的形成,而且在這種作用下的污泥具有較高含量的磷，這些磷會隨著淤泥一起被排除,起到很好的除磷作用[3]。

二、污水污泥處理工藝

污水、污泥處理工藝的選擇，取決于處理廠進、出水水質指標，受納水體，污水處理廠規(guī)模，污泥處置方法，用地面積及當地溫度、工程地質、環(huán)境等條件。本污水處理廠工程所追求的目標是技術成熟、處理效果穩(wěn)定可靠、工程投資省、運行費用低、運行管理方便，環(huán)境效果理想的工藝流程。

A/O工藝是厭氧/好氧（Anaerobic/O xic）工藝的簡稱，通常是在常規(guī)的好氧活性污泥法處理系統(tǒng)前，增加一段缺氧生物處理或厭氧生物處理過程。好氧池采用循環(huán)流式氧化溝池型，充氧方式采用轉蝶曝氣。污水在流經二個不同功能分區(qū)的過程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有機物、氮和磷等得以去除。

三、城市污水處理設計情況

本污水處理設施是湘江治理工程之一，主要解決城市生活和工業(yè)污水處理，建設規(guī)模為日處理城市污水10萬t，主體工藝為A/O工藝。處理的污水主要為城市污水，包括城市生活污水和工業(yè)廢水，其中生活污水占80%，工業(yè)污水占20%。

主要設備：A/O池設計有二組，池的平面尺寸為93.45m×38.25m，總高5.0m。每組分為可以獨立運行的單元，使處理構筑物即能適應污水量的逐步發(fā)展，又能保證某一處理單元停產檢修時，不影響其它處理構筑物的正常運轉。為避免外來空氣帶入A段，A/O池采取液下進水，A段采用液下攪拌器。

四、A/O污水處理工藝運行狀況

本項目污水處理設施設計進水水質和要求達到的出水水質標準，本設施選用技術成熟、處理效果好，管理操作簡單的A/O工藝。生物處理池采用前置反硝化方式進行，鑒于污水處理有脫氮要求，采用較長的污泥齡，生物處理池屬延時曝氣負荷，同時保持較高的碳磷比有利于磷的去除。

本設施污水處理工藝生物處理池采用延時曝氣負荷，污泥負荷低，剩余污泥已熟化，泥中含有機物成份較少，進行厭氧消化產氣率很低，綜合經濟效益較差，為確保脫氮除磷效果，采用直接機械濃縮脫水處理剩余污泥。

五、結果與討論

1.溶解氧（DO）的影響

溶解氧的作用主要有以下兩個：①必須在一定的范圍內對厭氧整體環(huán)境進行有效的控制，因為厭氧環(huán)境會對聚磷菌的成長產生作用,同時又會影響到釋磷效果,還有在有機基質的作用下PH B的構成；因為D O的原因，第一,厭氧菌的發(fā)酵成酸反應程度會受到其限制，不利于磷的排放；第二,會加快脂肪酸的消耗,這種脂肪酸可以促進有機物質的快速降解，最終影響生物除磷工作的整體效率。②在好氧區(qū)中，提供的溶解氧必須符合工作的需求，只有在這一前提條件下才能讓聚磷菌更好地發(fā)揮出對PH B進行降解的作用，釋放足夠的能量供其過量攝磷之需，有效地吸收廢水中的磷[4]。

2.BOD的影響

在使用廢水除磷這個手段的時候，要想提高除磷工作的效率,保證其達到理想的效果,就必須選擇正確的厭氧段有機基質,并控制好該類物質的數量,還要調整好這種物質與微生物營養(yǎng)物質含量比,因為這個比值對于除磷工作的有效性具有重要的作用。在除磷工作中選擇不同的有機物做為基質,就會有不同的效果,因為不同的基質條件下,磷釋放的厭氧總量以及對好癢的需求都是不一樣的。以相關的理論原理作為基本的研究依據，分子的含量比較少的廢水具有較強的有機物降解能力,比方說,低級脂肪酸類物質,它們的特點是能夠很容易地被磷菌所控制，這種物質可以將多聚磷酸鹽中存有的大量的磷物質排解出來，所以說它具有很好的釋放磷物質的性能，但是分子量過高的有機物質在這方面的性能就顯得比較弱小了。所以，水中有機基質的含量的多少,決定著聚磷菌PH B數量合成的多少，影響著厭氧環(huán)境中,聚磷菌能不能順利地生長下來。分析認為，進水中B O D5/T P要大于15，才能為聚磷菌的生存提供基本的保障,讓它更好地發(fā)揮出除磷的作用。為此，有時可以采用部分進水和省去初沉池的方法，來獲得除磷所需要的B O D負荷。

3.氧化態(tài)氮的影響

硝態(tài)氮中還包括兩種化學物質,它們分別是硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮，這兩種物質的存在會對有機物質的的生成產生很大的影響，將地聚磷菌釋放磷元素的作用，從而影響在好氧環(huán)境中聚磷菌吸收磷的反應。此外，硝態(tài)氮的還會在一些生物聚磷菌的作用下，產生反硝化現(xiàn)象，在這種情況,其發(fā)酵產酸的作用也會減弱，影響了聚磷菌發(fā)揮出應有的作用,降低了PH B的合成性能,不利于除磷工作的順利展開。

4.污泥齡（SRT）的影響

由于生物脫磷法的使用,主要還是通過對剩余的污泥的排除來實現(xiàn)磷含量的減少的，因此剩余污泥量的多少其實能夠在很大的程度上反應出脫磷工作的順利與否,以及效果的好壞。而泥齡的長短對污泥的攝磷作用及剩余污泥的排放量有著直接的影響。總的來說，泥齡越短，其中磷元素的含量就越高，能夠去除的污泥數量越大,自然而然說明排泥工作做得比較順利,效果比較好。短的泥齡還有利于好氧段控制硝化作用的發(fā)生而利于厭氧段的充分釋磷，所以，在一個污水處理工作中,如果主要的工作目標是減少磷元素的含量,那么最好選擇一些泥齡比較短的淤泥。不過也要控制好毒,因為泥要是太短的話又會對B O D5和CO D的含量產生很大的影響，無法滿足正常的除磷工作的需要。根據多年的工作實踐經驗我們可以得出，以除磷為目的的生物處理工藝最佳的污泥,最好將成泥時間控制在3到7天這個時間范圍內。

5.回流比（R）的影響

經系統(tǒng)測定，內回流比和厭氧池的攪拌程度，污泥回流比基本控制在70%左右，防止厭氧段D O值偏高超過0.5mg/L。內回流太少又會使厭氧段的硝酸鹽氮含量不足，從而導致二沉池出水T N超標。

6.水力停留時間（HRT）的影響

對于運行良好的城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)來說，一般釋磷和吸磷分別需要1.5～2.5小時和2.0～3.0小時?？傮w來看，似乎釋磷過程更為重要一些，所以，在厭氧環(huán)境下,污水的存放時間需要進行嚴格的控制。如果在這個環(huán)節(jié)下H RT太短，就會影響磷元素的釋放效果，同時也會對污泥中兼性酸化菌的作用產生影響,使其無法對污水中的有機物進行有效的分解,為聚磷菌提供充分的脂肪酸,導致排磷工作的不充分；相反的,如果H RT太長，則會造成排磷工作成本的增加資源的浪費,而且在特殊的情況下還有何能會引起一些問題的出現(xiàn)，根據實際污水處理工作經驗,最好的數據應該是：厭氧段H RT為1.25～1.75h，好氧段H RT為2～3.17h較為合適。

7.pH的影響

pH對磷的釋放和吸收具有不同的影響。pH值偏低時，有利于聚磷菌對聚磷酸的水解，磷的釋放速率和釋放量較大；試驗證明pH值在6～8的范圍內時，磷的厭氧釋放比較穩(wěn)定。pH值偏高時，有利于磷的吸收，其吸收速率和吸收量較大。pH值低于6.5時生物除磷的效果會大大下降。綜合考慮，曝氣池混合液的pH值應控制在6.5～8.0的范圍內。本污水處理裝置進水的pH值始終穩(wěn)定在此范圍內未發(fā)現(xiàn)pH對除磷產生影響。

8.溫度的影響

溫度對除磷工作的有效性的影響不如對生物脫氮過程的影響那么明顯，主要是由于在高溫、中溫、低溫環(huán)境下，各種菌群由于各自不同的特點所發(fā)揮出的生物脫磷作用也會不盡相同，當周圍環(huán)境的溫度比較低的時候,其在厭氧條件下的時間久一些。這樣才能保證發(fā)酵反應能夠達到實際需求的標準。實際研究顯示，最好的溫度范圍是5～30℃，都可以得到很好的除磷效果。

結論

長期以來，城市污水和工業(yè)廢水的處理以去除水中懸浮固體、有機物和其它有毒有害物質為主要目標，并不考慮對氮、磷等無機營養(yǎng)物質的去除。隨水質的嚴重惡化和湖泊的逐步退化，研究和開發(fā)高效、經濟的生物脫氮除磷工藝是提高污水廠處理效果，實現(xiàn)污水回收和再利用的關鍵所在。

實踐證明在城市污水脫氮除磷處理工藝的因素中，選擇的最佳工藝條件是A/O池的D O，即在A/O池的A段必須保持＜0.2mg/L的D O，O段D O為2.0～3.0mg/L；A段內氧化態(tài)氮的濃度＜1.5mg/L；污泥齡（SRT）一般控制在7d左右；污泥回流比基本控制在70%左右；A段H RT為1.25～1.75h，O段H RT為2～3.17h；pH 值為6.5～8.0；溫度為5～30℃。

[1]張自杰.廢水處理理論與設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[2]紀軒.廢水處理技術問答[M].北京:中國石化出版社,2003.[3]李軍,楊秀山,彭永臻.微生物與水處理工程[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002.

[4]李燕城.水處理實驗技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[5]吳婉娥,葛紅光,張克峰等.廢水生物處理技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.

[6]李旭東.廢水處理技術及工程應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.