淺析污水處理生物脫氮除磷工藝

蔡奎芳

摘 要 隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對污水處理問題愈加重視。生物脫氮除磷工藝在污水處理中的廣泛應用，可全面提升氮、磷去除率、降低運行成本。為此，本文主要對生物脫氮除磷的基本原理、工藝及發(fā)展進行了分析與探究，以期推動污水處理工作的快速發(fā)展。

關鍵詞 污水處理；生物技術；脫氮除磷；基本原理；工藝；發(fā)展

中圖分類號 X7 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2016）02-0019-02

1 生物脫氮除磷的基本原理

1.1 生物脫氮機理

利用硝化與反硝化可完成生物脫氮工作，其方程式如下所示：

硝化過程是指在好氧環(huán)境中作為化能自養(yǎng)型硝化細菌，選取無機碳化合物作為碳源，將水內的NH3＼NH4+＼NO2-氧化為NO3-，且進行能量獲取。反硝酸是指缺氧環(huán)境下反硝化細菌的電子受體為NO3-N，電子供體為有機碳源，在有機物降解的前提下把硝酸氮進行氮氣還原且釋放出來，該環(huán)節(jié)也被叫做異步反硝化。為達到良好生物脫氮效果，要求碳源必須足量，通常需將COD/TN控制在8以上，只有這樣才能確保反硝化具有不錯效果。如原水具有較低有機物含量，則需進行甲醇、丙酸等有機化合物的適當添加。

2 生物除磷機理

廢水生物除磷過程中，在好氧、厭氧交替環(huán)境中，活性污泥可形成“聚磷菌”，在好氧環(huán)境中聚磷菌可在生理需求范圍以上由廢水內進行大量磷的攝取，進而形成多聚磷酸鹽，且用作貯藏物質。在污水處理生物除磷時，需實時觀測聚磷菌對磷的轉變，也就是磷酸鹽由厭氧釋放——磷由好氧吸收，其中磷由好氧吸收與除磷都與厭氧釋放磷息息相關。對生物除磷產(chǎn)生影響的主要因素包括以下幾點。

1）溫度。一般10℃為生物除磷最低溫度，在低溫情況下，將減緩聚磷菌生長速度。2）溶解氧。在厭氧情況下可進行磷釋放，好氧情況下，可進行吸收與去除磷工作。由此可見，在對磷去除速度的快慢、去除量的影響程度方面，溶解氧具有重要作用。3）厭氧區(qū)的硝態(tài)氮。生物除磷過程中，去除硝酸鹽是磷去除的前提，進入生物除磷系統(tǒng)后，厭氧區(qū)硝態(tài)氮的存在將使除磷能力大大降低。4）泥齡。利用剩余污泥排除方式除磷為生物脫磷系統(tǒng)的主要方式。處理系統(tǒng)內具體泥齡情況將直接影響到污泥攝磷功能及剩余污泥排放量，進而對系統(tǒng)脫磷效果起到?jīng)Q定作用，一般情況下，可在3.5到7天之間有效控制污水處理系統(tǒng)的泥齡（以除磷為目的）。5）PH值。相比一般生物處理PH值范圍，生物除磷系統(tǒng)具有一致性，都為中性、弱堿性。如PH值較高則會出現(xiàn)磷酸鈣沉積現(xiàn)象，進而對管道造成堵塞，且對污水處理廠的正常運行造成嚴重影響。

3 污水處理生物脫氮除磷的工藝

3.1 A—B兩段活性污泥法處理含氮、磷廢水

A—B兩段活性污泥法通過A-B兩段構成，2段串聯(lián)運行。因AB法沒有脫氮除磷作用，通過改造，將AB法內B段設計為生物脫氮除磷工藝，達到強化AB法的目的，其工藝如圖1所示。如以脫氮為主，可選取A+A/O工藝；如以除磷為主，可選取A+AI/O工藝；如同時去除氮、磷，可選取A+A2/O工藝。通過強化AB法進行含磷廢水處理，在達到脫氮除磷目的的前提下，還能達到原有設施的合理利用，且實現(xiàn)改造成本降低的目的。

具體方式：在污水處理廠進行試驗。原水為粗格柵后的渠道進水，通過貯水箱后微型計量泵將其向A段曝氣池送入。接種污泥由污水處理廠選取。進水為每小時3.3L流量的連續(xù)流。A段曝氣池設計HRT為0.5小時。B段曝氣池向間歇曝氣池改造，根據(jù)HRT為6小時、8小時與10小時進行出水口設計，通過時間繼電器對增氧泵進行開關控制，以此達到間歇曝氣的目的。與此同時，將機械攪拌槳設置在B段，確保攪拌具有連續(xù)性。選取豎流式作為中間沉淀池、二沉池方式，分別進行HRT設計，為1.5小時與4.2小時。

結論：第一，作為對間歇曝氣方式以強化AB法脫氮除磷功效起到?jīng)Q定作用的影響因素，C/N值在碳源充足的條件可選取該方式。

第二，向間歇曝氣池引入一定量A段污泥，將硝化池進泥通過物化除磷后按照相應比例和原水混合，且作為進水，這樣可達到系統(tǒng)碳源不足等問題的有效緩解，還可實現(xiàn)強化脫氮的目標。同時也是提升系統(tǒng)去除TN率的有效措施。但其無法實現(xiàn)脫氮除磷對碳源的共同需求，如想要對脫氮除磷碳源不足問題進行徹底解決，只從污水廠對碳源進行考慮往往存有局限性。

第三，外碳源選取啤酒廢水可行，但需對除磷措施加以充分考慮。

第四，應對間歇曝氣池HRT適當延長。

3.2 SBR工藝處理含氮、磷廢水

序列間歇式活性污泥法的簡稱為SBR工藝，是指根據(jù)間歇曝氣方法運行的一種活性污泥污水處理技術。其特點為無需進行二沉池、污水、污泥回流系統(tǒng)的設置。利用程序控制對運行周期進行合理調節(jié)，確保其運行的穩(wěn)定性，且達到除磷脫氮的功效。

3.3 SHARON工藝

SHARON工藝其作業(yè)機理為短程硝化—反硝化，該脫氮除磷工藝由Delft技術大學（荷蘭）研發(fā)。其只需把NH3-N氧化成NO2后，即可進行直接反硝化。本方式通過對亞硝化菌、硝化菌不同生物速率的利用，在30℃到35℃條件內，亞硝化菌生長速度則在硝化菌生長速度以上，亞硝化菌最小停留時間在硝化菌以下。而SHARON工藝在以上2個最小停留時間范圍內對系統(tǒng)停留時間進行了有效控制，進而提升亞硝化菌濃度，以此達到NO2穩(wěn)定的目的，最終實現(xiàn)反硝化。其特征為針對活性污泥法，其將降低25%好氧量，達到能耗減少的

目的。

3.4 厭氧氨氧化工藝

中國生物防治技術實驗室對厭氧氨氧化工藝進行了研究與開發(fā)，其原理為厭氧環(huán)境中電子受體以亞硝酸鹽為主，把氨氮進行氮氣轉化。因不需要外加有機物作為電子供體，可對酸堿中和試劑有效節(jié)省，也不會出現(xiàn)二次污染問題，同時該工藝還具備低運行成本、供氧能耗節(jié)約等優(yōu)點。作為自養(yǎng)的微生物過程，厭氧氨氧化不需進行有機物添加即可達到反硝化目的，同時具備較低污泥產(chǎn)率，是現(xiàn)階段最具經(jīng)濟性的生物脫氮除磷工藝。在對硝化反應產(chǎn)酸進行改善的同時，反硝化反應產(chǎn)生中和的現(xiàn)象，對化學試劑消耗控制，避免二次污染產(chǎn)生具有極大作用。

4 污水處理生物脫氮除磷技術的發(fā)展

1）實現(xiàn)技術成熟性、高效性、經(jīng)濟性。生物除磷脫氮工藝發(fā)展中，不僅要實現(xiàn)氮磷去除率最高化，還需實現(xiàn)處理效果穩(wěn)定可靠、靈活調節(jié)工藝控制、便于運行維護管理及節(jié)省投資運行成本等。基于此，必須實現(xiàn)脫氮除磷技術成熟性、高效性、經(jīng)濟性。

2）通過土地處理系統(tǒng)除磷脫氮。在較小污水流量情況下，如存有可利用土地，可在二級處理后通過相應土地處理系統(tǒng)，如濕地系統(tǒng)、卵石床水栽植物等，對水內氮磷含量最大限度降低。如某個小鎮(zhèn)，每天污水量可達到1700m3，35mg/L與17mg/L為其二級出水含氮磷量，選取的三級處理系統(tǒng)為沼澤地，其具備0.3m到1m水深，面積約為90km2，且長有蘆葦、闊葉樹等，這種情況下，可有效降低氮磷含量，分別降到0.03mg/L、0.06mg/L。

5 結束語

綜上所述，人類排泄物、食物殘渣、農(nóng)藥、家用清洗劑等都是城市污水氮、磷的主要來源，其主要形態(tài)可分為有機氮、無機氮、磷酸鹽等，因水中氮、磷將嚴重危害人體健康，如湖泊、水庫等緩流水體內持續(xù)流入大量磷等植物營養(yǎng)物質，將催生大量水生生物活性，進而加快其生長繁衍速度，這種情況下將對水生魚類等生存造成嚴重威脅，最終導致湖泊老化、死亡。如2007年太湖藍藻事件，導致近200萬無錫居民生活用水困難，其產(chǎn)生的主要原因就是排放大量含氮、磷污水。目前，污水排水已經(jīng)成為世界各國普遍關注的問題，通過開發(fā)以水體富營養(yǎng)化有效控制為目的的氮、磷脫除技術，可有效解決水資源污染問題。生物方法除磷因其高處理效率、低運行成本及便于污泥處理等特點，在污水脫氮除磷工作中得到了廣泛的應用。

參考文獻

[1]李楠，王秀衡，任南琪，等.我國城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮除磷工藝的應用現(xiàn)狀[J].給水排水，2008（3）.