污水生物脫氮除磷工藝研究

劉萬琦 曲紅 艾勝書 張才望 李金龍 陳思農(nóng) 蘇曉萌

摘? 要：近年來，隨著脫氮除磷工藝的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了很多新工藝。這些工藝在處理效果上都優(yōu)于傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝。文章通過總結(jié)分析傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，以及對(duì)新型污水生物脫氮除磷工藝的技術(shù)需求，介紹了一種具有在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)部，能夠同時(shí)完成污染物、氮磷去除的一種新型污水生物處理工藝及其研究進(jìn)展，為后期污水生物處理提供新的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：脫氮除磷;微壓內(nèi)循環(huán);新工藝

中圖分類號(hào)：X703? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）22-0047-02

Abstract： In recent years， with the continuous development of nitrogen removal and phosphorus process， a lot of new processes have been produced. These processes are better than the traditional denitrification and phosphorus removal process in terms of treatment. By summarizing and analyzing the research and application of traditional biological denitrification and phosphorus removal process， as well as the technical demand for the new sewage biological denitrification process， this paper introduces a new type of sewage biological treatment process within the same reactor that can simultaneously complete the removal of pollutants and nitrogen phosphorus and its research progress， and provides new technical support for post-sewage biological treatment.

Keywords： denitrogen removal and phosphorus; micro-pressure inner circulation; new process

當(dāng)今社會(huì)水資源短缺是可持續(xù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康穩(wěn)定的發(fā)展，氣候條件的不斷變化，人類對(duì)水資源的需求量逐漸增大的同時(shí)水污染現(xiàn)象也日益嚴(yán)重[1]。污水處理、水資源再生是目前研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)行城市污水處理工藝有傳統(tǒng)活性污泥法、SBR工藝、AB工藝、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝等，都能達(dá)到較好的處理效果[2]，有機(jī)物污染得到了遏制，但氮、磷超標(biāo)排放使中國66.2%的主要水體污染很嚴(yán)重，導(dǎo)致富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重、更加普遍。脫氮除磷已成為當(dāng)今城市污水處理廠亟待解決的問題。本文在分析了國內(nèi)生物脫氮除磷工藝的研究進(jìn)展及存在的問題，介紹了一種新型污水生物處理技術(shù)微壓內(nèi)循環(huán)多生物相工藝的研究進(jìn)展。

1 傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝的研究進(jìn)展及存在的問題

我國污水處理廠應(yīng)用較多的污水處理工藝有A/O工藝、A2/O工藝、改良A2/O、UCT、改良UCT、五段Bardenpho，Phostrip、氧化溝工藝、TETRA 深度脫氮、SBR等，去除有機(jī)物、氮、磷的效果都很好。A2/O工藝分為厭氧-缺氧-好氧三個(gè)階段，在好氧區(qū)進(jìn)行硝化反應(yīng)污染物在硝化菌的作用下將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，然后回流到缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，在反硝化菌的作用下，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮被還原成氮?dú)馀湃氲酱髿庵?。沉淀池部分污泥回流到缺氧池中進(jìn)行磷的釋放。

A2/O工藝具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，去除效果好，水力停留時(shí)間短，操作管理方便，抑制絲狀菌生長等優(yōu)點(diǎn)，但需要內(nèi)外回流加大了能量的消耗;需要及時(shí)排泥，否則將會(huì)導(dǎo)致聚磷菌進(jìn)行內(nèi)源呼吸，將細(xì)胞消耗殆盡，對(duì)厭氧區(qū)造成影響。

倒置A2/O工藝是將缺氧池和厭氧池的位置相互調(diào)換，解決A2/O工藝硝酸鹽氮濃度過高對(duì)系統(tǒng)的除磷效果以及厭氧池的厭氧環(huán)境會(huì)造成影響的問題。但在缺氧池進(jìn)行反硝化需要進(jìn)行外投加碳源，對(duì)厭氧釋磷不利，降低除磷效率[3]。

改良的UCT工藝由厭氧池、兩個(gè)缺氧池、好氧池、沉淀池組成。缺氧1池只接受沉淀池的回流污泥，同時(shí)缺氧1池有混合液回流至厭氧池，以補(bǔ)充厭氧池中污泥的流失。回流污泥攜帶的硝態(tài)氮在缺氧1池中經(jīng)反硝化被完全去除。在缺氧2池中接受來自好氧池的混合液回流，同時(shí)進(jìn)行反硝化，缺氧1池出水中的NO3-N帶進(jìn)厭氧池使之保持較為嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，從而提高系統(tǒng)的除磷效率[4]。

SBR工藝是在同一單體內(nèi)進(jìn)行硝化和反硝化，通過控制不同的操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，初沉池、二沉池、生物降解于一體。緩解水質(zhì)、水量波動(dòng)帶來去除效率低等問題。但也存在由于交替運(yùn)行使生物菌群不能達(dá)到良好的生存環(huán)境，呈現(xiàn)出一種生物快速增長另幾種生物受到抑制的現(xiàn)象[5]。

雖然各工藝都有各自的特點(diǎn)，但也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理要求高，工藝流程長，能耗高，運(yùn)行效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

2 生物脫氮除磷新工藝的發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)城市污水處理工藝構(gòu)筑物占地面積大、需要外加碳源、脫氮除磷效果不理想、污泥回流耗能等缺點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物脫氮除磷技術(shù)進(jìn)行深入研究，在SBR工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)了一種將活性污泥法與生物膜有機(jī)結(jié)合的復(fù)合式生物膜反應(yīng)器（SBBR工藝）[6]，該工藝對(duì)污水有很好的處理效果，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng);在傳統(tǒng)A2O工藝的基礎(chǔ)上，增加后置缺氧段并與膜生物反應(yīng)器相結(jié)合研發(fā)了AAOA-MBR工藝，通過多點(diǎn)進(jìn)水優(yōu)化了內(nèi)源配置，節(jié)約了碳源，強(qiáng)化了脫氮效果[7];AAO-BAF工藝，實(shí)現(xiàn)了氮、磷的同步高效去除[8]。

脫氮除磷新工藝的研發(fā)主要是利用短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等脫氮理論相互耦合，實(shí)現(xiàn)低能耗，高去除率的目標(biāo)。降低能耗、無外加碳源、去除效率高的工藝仍是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。

3 微壓內(nèi)循環(huán)多生物相處理技術(shù)

微壓內(nèi)循環(huán)多生物相生物處理技術(shù)是一種新型污水處理技術(shù)[9]，實(shí)現(xiàn)在同一反應(yīng)器內(nèi)形成厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)并存，多生物相協(xié)同生長的微壓內(nèi)循環(huán)多生物相反應(yīng)器（MPR），為多種脫氮機(jī)制提供穩(wěn)定各自適宜的環(huán)境，節(jié)省了硝化液回流設(shè)備的同時(shí)，減少了污泥回流量;反應(yīng)器內(nèi)溶解氧梯度的變化，解決了脫氮除磷的泥齡矛盾問題。常溫條件下，MPR 反應(yīng)器利用短程同時(shí)硝化反硝化脫氮，低溫條件下，利用全程硝化反硝化脫氮[10]。

藍(lán)君等[11]通過對(duì)微壓內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器和傳統(tǒng)推流式反應(yīng)器的初步調(diào)試，發(fā)現(xiàn)由于微壓內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)以及曝氣方式可以有效解決傳統(tǒng)推流式反應(yīng)器存在的泡沫堆積問題。王帆[12]基于微壓內(nèi)循環(huán)多生物相處理技術(shù)，通過改變反應(yīng)器內(nèi)部增設(shè)半包圍導(dǎo)流板設(shè)計(jì)出微壓豎向雙循環(huán)反應(yīng)器，經(jīng)過小試實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論：雙循環(huán)反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物、氮磷的去除優(yōu)于傳統(tǒng)SBR，內(nèi)部微生物種類豐富，相同運(yùn)行條件下具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢(shì)。

微壓內(nèi)循環(huán)多生物相反應(yīng)器可以有效地去除城市污水中的有機(jī)物、氮、磷，其出水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的城市污水處理方法。這些水可以作為多種水源，如冷卻、綠化、景觀用水等，甚至可以通過進(jìn)一步深度處理，可以作為飲用水的補(bǔ)充水源。這樣，城市污水不但不會(huì)污染環(huán)境，反而會(huì)解決我國日益嚴(yán)重的水資源短缺問題，有效的為城市提供二次水源。

4 結(jié)束語

目前，我國污水氮、磷的超標(biāo)排放，使水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，污水的生物脫氮除磷技術(shù)仍是研究的熱點(diǎn)問題。研究出一套低能耗，處理效率高，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)合理的工藝是未來發(fā)展的趨勢(shì)，也適合我國的基本國情。微壓內(nèi)循環(huán)多生物相污水處理技術(shù)作為一種新型污水生物脫氮除磷工藝，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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