廢水生物脫氮除磷工藝研究進(jìn)展

高世江

摘 要：該論文系統(tǒng)地分析了廢水生物脫氮除磷工藝的研究進(jìn)展。比較了傳統(tǒng)活性污泥法、A/O法、A2O工藝、氧化溝工藝、SBR法、CASS法和A2O-SBR組合工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，為選擇合適的脫氮除磷工藝提供一定理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：脫氮 除磷 廢水生物處理 研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（a）-0051-02

隨著人口的增加和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，氮和磷對(duì)環(huán)境污染日益嚴(yán)重，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的環(huán)境問題。為了改善水環(huán)境質(zhì)量，研究經(jīng)濟(jì)、高效、低能耗的生物脫氮除磷技術(shù)已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的問題。因此，該論文對(duì)目前廢水脫氮除磷工藝的情況進(jìn)行了概括和總結(jié)。

1 傳統(tǒng)活性污泥工藝

活性污泥法是利用活性污泥中微生物的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中溶解性和膠體狀態(tài)的可生化降解有機(jī)物、能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他物質(zhì)，以及部分氮磷。傳統(tǒng)活性污泥工藝只有好氧段，缺少脫氮除磷必需的厭氧段和缺氧段，無法進(jìn)行深度脫氮除磷反應(yīng)，不能滿足當(dāng)前嚴(yán)格的出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 A/O工藝

A/O法稱為缺氧/好氧（Anoxic/Oxic）工藝，在缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮，好氧段降解有機(jī)物同時(shí)進(jìn)行硝化反應(yīng)，并提供硝化液回流至缺氧段；后者是在厭氧段進(jìn)行厭氧釋磷，好氧段進(jìn)行有機(jī)物降解和好氧吸磷，并回流部分污泥至厭氧段。A/O工藝流程簡單，處理效率較高，但由于只具備單一的脫氮/除磷功能，綜合處理效果較差。在A/O工藝的硝化階段，溶解氧（DO）濃度直接影響系統(tǒng)的脫氮效果，在曝氣量不變的條件下，進(jìn)水負(fù)荷增加會(huì)造成系統(tǒng)的DO濃度降低，硝化速率降低，出水氨氮濃度增加。通過對(duì)曝氣量大小的調(diào)節(jié)間接控制A/O脫氮工藝的硝化反應(yīng)速率，可以改善出水水質(zhì)。A/O工藝的脫氮除磷性能受多種因素影響，硝化反應(yīng)需要低有機(jī)物濃度，高DO，而反硝化反應(yīng)需要高有機(jī)物濃度和低DO，硝化液回流則會(huì)對(duì)厭氧釋磷產(chǎn)生抑制，該工藝已難以滿足目前較高的脫氮除磷標(biāo)準(zhǔn)。

3 A2O工藝

A2O工藝（Anaerobic-Anoxic-Oxic），稱為厭氧—缺氧—好氧工藝，污水首先進(jìn)入?yún)捬醵危l(fā)生氨化反應(yīng)和厭氧釋磷，后進(jìn)入缺氧段進(jìn)行反硝化，最后在好氧降解有機(jī)物，并進(jìn)行硝化反應(yīng)和好氧吸磷，部分硝化液回流至缺氧段，部分污泥回流至厭氧段。A2O工藝中的污水經(jīng)過完整的厭氧—缺氧—好氧流程，脫氮除磷效果較好，水力停留時(shí)間短，污泥膨脹率較?。坏捎谙趸?、反硝化、釋磷和吸磷等多個(gè)生化反應(yīng)在一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行，對(duì)微生物的組成、基質(zhì)類型和環(huán)境條件的要求各有區(qū)別，系統(tǒng)中存在著污泥齡、碳源和硝化液回流三大矛盾，脫氮和除磷的效果難以同時(shí)保證。A2O系統(tǒng)的脫氮除磷效果受到溫度、DO、C/N和回流比等多方面因素影響，DO過低會(huì)造成除磷效率下降，過高則會(huì)影響反硝化效果。而C/N較低時(shí)系統(tǒng)對(duì)TP的去除率會(huì)降低，需要加大回流比來增強(qiáng)除磷效果，同時(shí)較高的C/N也會(huì)促進(jìn)反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高系統(tǒng)的脫氮效果。調(diào)整回流比是降低系統(tǒng)出水TN濃度的另一種方法，混合液回流比為200%時(shí)效果較好。為解決A2O系統(tǒng)的存在的不足，提出了缺氧—厭氧—好氧模式的倒置A2O工藝，省去硝化液回流環(huán)節(jié)，使缺氧段碳源充足，脫氮性能得到加強(qiáng)；而厭氧段不再受回流液攜帶的DO影響，厭氧環(huán)境更加完善；聚磷菌從厭氧段直接進(jìn)入好氧段，具有充足的吸磷動(dòng)力，除磷效果更佳。

4 氧化溝工藝

氧化溝工藝采用封閉的循環(huán)式溝渠型曝氣池，間歇進(jìn)水反應(yīng)和沉淀出水。溶解氧濃度從曝氣裝置開始由高變低，將氧化溝劃分為好氧區(qū)和缺氧區(qū)并分別進(jìn)行硝化和反硝化。溶解氧在氧化溝內(nèi)形成濃度梯度，同時(shí)具備好氧、缺氧、厭氧條件，但池內(nèi)混合液流程較長，攪拌與曝氣相沖突，污泥沉降性較差，對(duì)溶解氧需求也比較大，供氧能耗偏高。氧化溝內(nèi)缺氧段沒有形成時(shí)，TN去除率隨溫度變化較??；形成缺氧段之后，TN去除率隨著溫度變化顯著。提高TP的去除效果需要在系統(tǒng)內(nèi)額外添加厭氧池，沒設(shè)厭氧池的氧化溝的除磷效果受SRT影響較大，SRT延長會(huì)降低除磷效果。系統(tǒng)內(nèi)加入?yún)捬醭睾?，厭氧池?nèi)進(jìn)行除磷反應(yīng)，磷的去除效果受SRT的影響變小。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)刷的淹沒深度來控制充氧量可形成缺氧段。缺氧段占總?cè)莘e45%～55%時(shí)，TN去除率大于90%；高于55%，反硝化完全，硝化不完全；低于45%，則硝化完全，反硝化不完全。氧化溝工藝獲得較好的脫氮效果，需要嚴(yán)格控制溶解氧濃度，保證硝化和反硝化反應(yīng)的效果，同時(shí)由于系統(tǒng)內(nèi)缺少厭氧環(huán)境，除磷效果受到一定限制。

5 SBR法

SBR法是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，其主要特征是污水處理的整個(gè)過程全部在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，SBR工藝一般包含5個(gè)工序：進(jìn)水、攪拌、沉淀、出水和靜置。攪拌過程中進(jìn)行釋磷反應(yīng)，曝氣過程中完成吸磷、硝化和BOD5去除。SBR法布局緊湊，占地面積較少，脫氮除磷效果良好，污泥沉降性好；但是反應(yīng)器容積利用率低，峰值需氧量大，整個(gè)系統(tǒng)氧利用率低，且無法連續(xù)運(yùn)行。SBR系統(tǒng)脫氮除磷效果受系統(tǒng)DO的影響，高DO可以提高系統(tǒng)硝化反應(yīng)速率，但同時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)污泥的沉降性造成影響。此外低溫成SBR系統(tǒng)的SRT變長，間接導(dǎo)致脫氮除磷效率下降，并且溫度降低對(duì)除磷效果的影響要高于脫氮效果。

6 CASS法

CASS（Cyclic Activated Sludge System）法，全稱周期循環(huán)活性污泥法，也稱為CAST（Cyclic Activated Sludge Technology），循環(huán)活性污泥法，是SBR法的改良工藝。CASS反應(yīng)器一般分為生物選擇區(qū)、厭氧區(qū)和好氧曝氣主反應(yīng)區(qū)3個(gè)部分，選擇區(qū)接收回流污泥進(jìn)行反硝化，厭氧區(qū)利用聚磷菌進(jìn)行釋磷，好氧曝氣反應(yīng)區(qū)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解硝化。CASS工藝污泥沉淀效果好，剩余污泥少且不易發(fā)生污泥膨脹；但由于異養(yǎng)菌和硝化菌競爭生長，造成硝化菌生長受到抑制，硝化反應(yīng)效果降低，選擇區(qū)的厭氧釋磷受回流硝化液影響，除磷性能較差。溫度為12 ℃時(shí)，反硝化效果明顯變差，但是硝化效果影響不大。溫度為10 ℃時(shí)，硝化反應(yīng)進(jìn)行不完全。在主反應(yīng)區(qū)中引入獨(dú)立的攪拌段并延長回流時(shí)間使原水中的碳源得到充分利用，加強(qiáng)系統(tǒng)反硝化效果，TN去除率提高。CASS工藝的脫氮除磷效果會(huì)隨著溫度的降低而下降，可通過提高回流比加以改善。C/N的提高能夠增強(qiáng)系統(tǒng)除磷性能，而脫氮效果隨C/N的增加先上升后下降，可以延長HRT使去除效果升高。

7 A2O-SBR組合工藝

缺氧-厭氧-好氧-序批式活性污泥組合工藝（簡稱為A2O-SBR工藝）是在SBR工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合A2O工藝研發(fā)的一種新型污水處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出水不間斷運(yùn)行，且無需二沉池，是一種節(jié)省空間，運(yùn)行可靠，易于調(diào)控的復(fù)合型污水處理新工藝。作為一種脫氮除磷性能優(yōu)異的新型組合工藝，當(dāng)進(jìn)水碳源不足時(shí)，出水的總氮和總磷濃度會(huì)有上升；A2O-SBR系統(tǒng)的脫氮效果受溫度條件影響，冬季氣溫低于15 ℃時(shí)，氨氮的去除率不足50%，而溫度在12 ℃以下時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮幾乎無去除效果，主要原因是溫度過低造成硝化菌的活性降低。SRT范圍在10～20 d內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，去除效果未出現(xiàn)大的變化，當(dāng)SRT為15 d時(shí)，綜合效果最佳。A2O-SBR系統(tǒng)除磷的影響因素重要性依次為COD/P>污泥回流比R>COD/N。TP去除率隨著R的增大先升高后降低，R為0.6時(shí)TP去除率最佳。在回流比為0.3時(shí)，回流污泥量不能維持厭氧池內(nèi)的污泥濃度。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉啟承.污廢水生物脫氮除磷技術(shù)研究進(jìn)展[J].北方環(huán)境，2013（5）：67-69.

[2] 張肖靜，高健磊，劉楊.反硝化除磷工藝原理及研究進(jìn)展[J].科技信息，2010（24）：32-33.

[3] 常功法.基于厭氧環(huán)境的倒置A2/0工藝生物除磷機(jī)理研究[D].山東大學(xué)，2013.