城鎮(zhèn)污水處理生物脫氮除磷工藝簡述

周彪

江蘇東華市政工程設(shè)計(jì)有限公司 江蘇 南京 210000

一、概述

由于我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷發(fā)展和新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城鎮(zhèn)人口不斷增加，城鎮(zhèn)發(fā)展進(jìn)程中居民生活污水和工業(yè)廢水的排放量也在不斷增加。此時(shí)，如果未經(jīng)處理的污水直接排放到周圍的河流中，勢(shì)必會(huì)對(duì)周圍水生態(tài)環(huán)境造成污染。污染的城鎮(zhèn)水環(huán)境將對(duì)人們的生活和水生態(tài)造成極大的負(fù)面影響，其影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一方面會(huì)導(dǎo)致城鎮(zhèn)的地下水污染和河流污染，對(duì)城鎮(zhèn)居民的生活飲用水安全和工業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生較大的影響；另一方面，下河污水會(huì)對(duì)水中生物、植物構(gòu)成巨大的威脅和破壞。

目前，公認(rèn)的氮、磷超標(biāo)是造成城鎮(zhèn)水體富營養(yǎng)化，水中藻類過度生長繁殖，致使城鎮(zhèn)水體污染的重要原因。因此，污水中氮、磷的有效去除并達(dá)標(biāo)排放是城鎮(zhèn)污水處理中一個(gè)比較重要的關(guān)注點(diǎn)，現(xiàn)階段其主要去除方法有物化法和生物法。本文著重介紹以下幾種常用的城鎮(zhèn)污水處理生物脫氮除磷工藝。

二、污水生物脫氮除磷工藝

去除城鎮(zhèn)污水中的氮磷多采用A/O、A2/O工藝及其改良工藝、SBR工藝（包括其變種工藝）、氧化溝工藝等，上述工藝均以傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論為基礎(chǔ)。除此之外，還包括由膜分離技術(shù)和傳統(tǒng)生物處理工藝相結(jié)合而成的MBR（Membrane Bio-Reacator）膜生物反應(yīng)器工藝。

1 、A2/O工藝

A2/O既ANAEROBIC（厭氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）。A2/O工藝是目前應(yīng)用較廣的污水生物脫氮除磷工藝，其特點(diǎn)是厭氧段、缺氧段和好氧段嚴(yán)格分區(qū)，各自發(fā)揮自己的分區(qū)功能?？筛鶕?jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求，控制總回流比（內(nèi)回流比+外回流比），在充足的碳源前提下，最大脫氮率可達(dá)80%。

圖1 A2/O工藝流程圖

A2/O生物脫氮除磷工藝是在不同含氧量的水體中交替運(yùn)行，污泥指數(shù)一般在100以下，正是在這樣的環(huán)境中可有效抑制絲狀菌繁殖，發(fā)生污泥膨脹的概率低，泥水分離效果較好。由于各區(qū)（厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)）是有明顯的分隔，有利于不同環(huán)境條件下，相應(yīng)微生物種群的增值?；谝陨显?，該工藝生物脫氮除磷效果好，目前應(yīng)用較為廣泛。

2 、改良A2/O工藝

改良A2/O工藝通過在A2/O工藝基礎(chǔ)上增加不同的分區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)高效的生物脫氮除磷，并且可通過精準(zhǔn)投加碳源，提高碳源的利用效率。目前，改良A2/O工藝在處理市政污水及部分類型的工業(yè)廢水中得到了較多的應(yīng)用。

圖2 改良A2/O工藝流程圖

由其工藝流程可知，該工藝生物反應(yīng)池主要由預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后缺氧區(qū)和后好氧區(qū)組成。采用分段進(jìn)水，一部分（約10%）進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)，另一部分（約90%）進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)。同時(shí)，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)實(shí)際情況，分配各區(qū)進(jìn)水量。另外，為消除回流污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧除磷的影響，回流污泥先進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)與進(jìn)水混合，利用進(jìn)水中的碳源進(jìn)行反硝化，去除部分硝酸鹽。硝化液回流至缺氧池，后好氧池?zé)o需回流。后缺氧段的設(shè)置主要是提高脫氮率，后好氧段的設(shè)置一方面是消耗后缺氧段投加的碳源；另一方面是保證出水中含一定的溶解氧，避免二沉池在缺氧環(huán)境下發(fā)生反硝化，造成二沉池污泥上浮。為了提高脫氮率，滿足出水TN達(dá)標(biāo)，常在后缺氧區(qū)投加乙酸、乙酸鈉、葡萄糖等碳源，從而進(jìn)行反硝化反應(yīng)去除硝態(tài)氮。

為了提高反硝化對(duì)TN的去除效果，須嚴(yán)格控制混合液回流比，回流比低，則NO3-不能完全的去除；回流比過高，則容易將好氧區(qū)的溶解氧帶入，消耗進(jìn)水中有限的碳源。

另外，在好氧區(qū)回流點(diǎn)前設(shè)置消/低氧區(qū)，將回流混合液DO降低至0.5 mg/L以下，該技術(shù)措施對(duì)高回流比系統(tǒng)尤為顯著。同時(shí)，設(shè)置低氧過渡區(qū)，有利于第二缺氧區(qū)反硝化。

3 、MSBR系列工藝

MSBR技術(shù)起源于80年代，是連續(xù)流反應(yīng)器，其本質(zhì)是A2/O工藝+ SBR工藝。該工藝可利用SBR工藝的優(yōu)點(diǎn)，無需設(shè)置二沉池，同時(shí)，操作控制較為靈活，可滿足不同工況下的運(yùn)行要求。

MSBR系統(tǒng)的運(yùn)行原理如下：污水進(jìn)入MSBR反應(yīng)池的厭氧池與預(yù)缺氧池的回流污泥混合，聚磷菌在厭氧池的厭氧條件下進(jìn)行釋磷反應(yīng)，缺氧池主要是反硝化細(xì)菌在缺氧條件下利用碳源和好氧區(qū)回流的硝化液進(jìn)行反硝化作用去除TN。好氧池主要是在好氧條件下進(jìn)行有機(jī)物降解、氨化反應(yīng)、硝化反應(yīng)和聚磷菌在好氧條件下進(jìn)行磷的過量吸收。其后的SBRI池作為沉淀池，SBRII池可在好氧。缺氧的環(huán)境下交替運(yùn)行。SBRII池的混合液回流至SBRI池，進(jìn)行泥水分離，上層清液至缺氧區(qū)，下層污泥至預(yù)缺氧區(qū)，消除硝酸鹽的影響后至厭氧區(qū)進(jìn)行反應(yīng)。

4 、氧化溝工藝

氧化溝的主要形式有：卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、雙溝（DE型）或三溝式（T型）氧化溝。

顧名思義，氧化溝其實(shí)就是一個(gè)循環(huán)的溝渠，污水與污泥的混合液在動(dòng)力設(shè)備的推動(dòng)下，在其中不斷的循環(huán)流動(dòng)，其流態(tài)呈完全混合和推流相結(jié)合的狀態(tài)。具有很好的生物脫氮除磷效果。由于氧化溝采用的曝氣裝置為表面曝氣裝置，因其充氧能力有限，所以水深受到限制，因此相同規(guī)模的情況下，使得占地較大，基建費(fèi)用較大，因而受到了一定發(fā)展限制。近來由于曝氣裝置的更新?lián)Q代及控制系統(tǒng)的升級(jí)，該工藝目前仍是生物脫氮除磷的主流工藝。

由于雙溝式（DE型）氧化溝和三溝式（T型）氧化溝需要的自動(dòng)化程度高，采用轉(zhuǎn)刷曝氣池深較淺，占地面積大，設(shè)備配置多，使一次性設(shè)備投資較大；奧貝爾氧化溝池深較淺，一般為4.3m左右，占地面積較大，因?yàn)槌匦蜑闄E圓型，對(duì)地塊的有效利用較差；卡魯塞爾氧化溝水深可根據(jù)設(shè)備逐漸加大，雖然一定程度克服了氧化溝原有的占地大的缺點(diǎn)，但總體仍是占地偏大。

5 、膜生物反應(yīng)器技術(shù)（MBR）工藝

膜生物反應(yīng)器可分為分置式膜生物反應(yīng)器和一體式膜生物反應(yīng)器。

分置式膜生物反應(yīng)器的原理是在外部高壓作用下，使經(jīng)過預(yù)處理的污水經(jīng)過膜組件內(nèi)部，形成錯(cuò)流過濾，可有效避免膜污染的發(fā)生。經(jīng)過膜組件的污水分成濃水和淡水兩部分，淡水即為系統(tǒng)出水，大量大分子物質(zhì)被截留在濃水中。其特點(diǎn)是：出水水質(zhì)穩(wěn)定，操作管理簡便，但運(yùn)行能耗較高。

一體式膜生物反應(yīng)器是將膜組件置于污水中，通過動(dòng)力設(shè)備的負(fù)壓抽吸，使得小分子及水通過膜，而污泥及大分子物質(zhì)仍截留在污水中。一體式MBR利用曝氣時(shí)氣液向上的剪切力來實(shí)現(xiàn)膜面的錯(cuò)流效果，也有采用在一體式膜組件附近進(jìn)行葉輪攪拌和膜組件自身的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)膜面錯(cuò)流效應(yīng)的。常用的膜組件有管式膜、中空纖維膜、卷式膜和陶瓷膜等。膜生物反應(yīng)器工藝可以直接將污泥及大分子物質(zhì)截留在污水中，并在池內(nèi)進(jìn)行曝氣，使得污水在池內(nèi)呈紊流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)膜組件表面的錯(cuò)流沖刷和清洗，可有效避免膜污染，延長使用壽命。與分置式膜生物反應(yīng)器相比，一體式膜生物反應(yīng)器所需占地小，能耗省等優(yōu)點(diǎn)。另外，MBR易于從現(xiàn)有的傳統(tǒng)活性污泥工藝進(jìn)行改造，其在污水處理與中水回用中的技術(shù)研究倍受關(guān)注。

膜生物反應(yīng)器的工作機(jī)理主要是以下幾個(gè)方面：

（1）截留作用；

（2）吸附作用；

（3）架橋作用。

膜生物反應(yīng)器常用微濾（MF）和超濾（UF）工藝，其膜孔徑一般為微米級(jí)，對(duì)截留活性污泥及大分子物質(zhì)效果較好，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)沉淀和過濾的功能，故其后可不設(shè)二沉池和濾池，該工藝可與反滲透（RO）工藝連用，實(shí)現(xiàn)更高要求的水處理。

MBR工藝具有出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、可高效去除氨氮及難降解有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)；膜生物反應(yīng)器也存在一些不足，如膜造價(jià)高，膜污染容易出現(xiàn)，會(huì)縮短膜組件壽命，一般3～5年就需更換，能耗高等。

三、結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)污水處理生物脫氮除磷新理論和新技術(shù)也在不斷出現(xiàn)，同時(shí)，隨著相關(guān)領(lǐng)域研究的深入，將有更多、更有效的新技術(shù)得到實(shí)際應(yīng)用。城鎮(zhèn)污水處理生物脫氮除磷工藝的選擇應(yīng)從自身實(shí)際情況出發(fā)，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)分析比較確定。同時(shí)，應(yīng)借鑒經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)和大規(guī)模應(yīng)用的成功案例。這樣才能有效的解決城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的水環(huán)境污染問題，從而有效實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)定的共贏局面。