污水處理廠二級(jí)出水深度脫氮除磷技術(shù)研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0097-05

中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Deep Denitrification and Phosphorus Removal Technology for Secondary Wastewater Treatment Plant

Yin Xiaomei

（ShanghaiEmperorofCleaningHigh-Tech.Co.，Ltd.，Shanghai2OO437，China）

Abstract：ThestudyusedtheexpandedbeddenitrficationbiofiltertechnologytotreattheefluentfromthesecondstageCassbio chemicaltank.Theefuentwasintroducedintoadownflowsuspendedfiltercolumnthroughawaterpumpandadosingpump，andsodiumacetateandureaereddedascarbonandnitrogensourcestocompletedenitrificationandfloculation.Thestudyusedfragmented rigidsuspendedpackingtoformafilm，andaddedfourcoagulants：ironsulfate，calciumchloride，calciumoxide，ndaluminumulfate. Thedetectionofwaterualityparametersincudestotalpospous，totalntrogenmmonarogenndeicaloyeneandThe experimentalresultsshowthataluminumsulfatehastheestphosphorusremovalefect，significantlyimprovingphosphorusemovaland CODremovalratesakingintoaccoutetrogeandospousmoaleiencsellsCODmoalate，carbotgen ratioof3.5istimalTheexpadedbdenitrificationbiologicalfilerebitsexcelntsecondryfuentdepenitrificationd phosphorus removal performance，achieving eficient water purification.

Keywordssewagetreatmentplant；secondaryefluent；expandedbeddenitrificationbiofilter；deepdenitrificationandposphorus removal；denitrification

前言

污水處理廠作為城市水環(huán)境管理的核心，出水水質(zhì)直接關(guān)系到地表水、地下水及生態(tài)環(huán)境的品質(zhì)。近年來(lái)，氮、磷的超標(biāo)排放已成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要誘因[1]。因此，對(duì)污水處理廠二級(jí)出水進(jìn)行深度脫氮除磷處理，以提升水質(zhì)，保障水生態(tài)系統(tǒng)安全，成為水處理領(lǐng)域的重要課題。

在國(guó)內(nèi)，隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)和公眾環(huán)保意識(shí)提升，對(duì)污水處理廠的出水水質(zhì)要求也不斷提高。因此，研究人員正積極尋找高效、經(jīng)濟(jì)的深度脫氮除磷技術(shù)。硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)在脫氮處理中得到廣泛應(yīng)用，而高效的除磷填料也備受關(guān)注。此外，優(yōu)化填料組成和工藝條件也是提升處理效果的重要手段。國(guó)際上，污水處理廠二級(jí)出水深度脫氮除磷技術(shù)同樣備受矚目。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家憑借豐富的污水處理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備，在脫氮方面，除了傳統(tǒng)的生物方法外，還開(kāi)發(fā)厭氧氨氧化、短程硝化反硝化等新型技術(shù)，這些技術(shù)脫氮效率高、能耗低，為污水處理廠的升級(jí)改造提供了有力支持。在除磷方面，國(guó)外研究人員探索化學(xué)沉淀法、吸附法、生物除磷等多種高效方法。為進(jìn)一步提升污水處理廠出水水質(zhì)，促進(jìn)水資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，需深入探究污水處理廠二級(jí)出水深度脫氮除磷技術(shù)。

1 試驗(yàn)研究

1. 1 污水處理廠概況

研究所選的試驗(yàn)污水處理廠位于某大型城市的工業(yè)區(qū)附近，日處理污水量達(dá)到5萬(wàn)噸。該污水處理廠采用傳統(tǒng)的活性污泥法處理工藝處理來(lái)自周邊工業(yè)企業(yè)和居民區(qū)的混合污水。經(jīng)過(guò)一級(jí)和二級(jí)處理后，出水水質(zhì)基本滿足國(guó)家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)，但仍含有一定量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

1.2 工藝流程

在試驗(yàn)探索中，采用膨脹床反硝化生物濾池技術(shù)，以二期Cass生化池出水為濾池進(jìn)水，經(jīng)水泵與加藥泵處理，在懸浮濾料濾柱內(nèi)完成反硝化和絮凝，最終出水排人廠區(qū)后續(xù)系統(tǒng)。

在膨脹床反硝化生物濾池技術(shù)中，選取合適碳源與氮源至關(guān)重要。鑒于進(jìn)水基質(zhì)濃度低，特別是碳素可能不足，需外源補(bǔ)充。乙酸鈉（ CH₃COONa ）作為高效易降解碳源，能迅速被反硝化細(xì)菌利用，加速硝酸鹽還原[2]。同時(shí)，選用尿素（ CO（NH₂）₂， 作為補(bǔ)充氮源，溫和特性在微生物作用下穩(wěn)步分解為氨氮及二氧化碳，為微生物提供持續(xù)氮素滋養(yǎng)，促進(jìn)氮循環(huán)與去除。這種雙營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給策略優(yōu)化了濾池運(yùn)行環(huán)境，提升了脫氮性能[3]

該技術(shù)采用破碎狀剛性懸浮填料，因濕態(tài)密度略輕于水，在降流過(guò)濾中形成微膨脹濾床。進(jìn)水采用降流式，絮凝劑預(yù)先投加實(shí)現(xiàn)初步微絮凝，污水穿過(guò)濾網(wǎng)流入濾床，實(shí)現(xiàn)高效集成處理[4]。由于填料粒徑大，接觸絮凝的床深可達(dá) 1m～2m ，從而避免泥膜形成。

試驗(yàn)核心裝置為逆向流動(dòng)設(shè)計(jì)的6米高、直徑0.2米的圓柱形反硝化生物濾池，外層鋼柱結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌透明有機(jī)玻璃便于觀察。內(nèi)部填充3.5米厚的3～6 毫米粒徑填料，上下設(shè)濾網(wǎng)板，底部有膜孔氣沖洗管用于清理[5]

試驗(yàn)用水為污水處理廠Cass工藝二級(jí)出水，底物濃度低，采用投加活性污泥接種啟動(dòng)掛膜。清洗填料后，使用同一廠二沉池活性污泥（MLSS3500mg/L ）接種，適度反沖洗防止懸浮物積聚，強(qiáng)度需控制避免生物膜脫落。COD去除率 60% 、TN去除率 50% 時(shí)視為掛膜成功[6。破碎狀填料表面粗糙多孔，利于生物膜附著，實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。磷的去除結(jié)合生物與化學(xué)法，聚磷菌攝取含磷污染物并排出，化學(xué)絮凝劑則與磷反應(yīng)形成沉淀[7]，通過(guò)沉淀分離去除，實(shí)現(xiàn)高效除磷。

投加的化學(xué)絮凝劑共四種，具體如下：

（1）硫酸鐵

含鐵量 ：21.0%～23.0% ；分子量：399.87；化學(xué)純： C.P 。

（2）氯化鈣

Ca含量：不少于 95% ；分子量：11.12；化學(xué)純：C.P。

（3）氧化鈣

Ca含量：不少于 97.0% ；分子量：56.08；化學(xué)純：C.P。

（4）硫酸鋁

含量：不少于 99.0% ；分子量：666.14；化學(xué)純：C.P。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目

試驗(yàn)中的水質(zhì)參數(shù)檢測(cè)項(xiàng)目包括總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、總氮。

總磷定量檢測(cè)采用鉬酸銨分光光度法，對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理：采用過(guò)硫酸鉀作為消解劑，取 25ml 水樣至比色管，加 4ml 過(guò)硫酸鉀溶液，密封后高壓蒸汽消解 （1.1kg/cm² ， 120^°C ，30分鐘），冷卻后加水至刻度。再加入 1ml 抗壞血酸和 2ml 鉬酸鹽溶液，搖勻靜置15分鐘，確保反應(yīng)完全。使用 30mm 光程比色皿，在 700nm 波長(zhǎng)下測(cè)吸光度，從各樣品吸光度值中扣除空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)的相應(yīng)值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線讀取磷濃度。

構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線操作：準(zhǔn)備7只密封管，分別0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0 及 15.0ml 的的磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液，加水至 25ml 。按樣品處理流程操作后，測(cè)量各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，扣除空白吸光度后，將吸光度與磷濃度數(shù)據(jù)繪制成曲線，用于快速查定樣品磷含量。

總磷含量通過(guò)式（1）計(jì)算：

式（1）中， ε 是指測(cè)定用試樣體積；δ是指試樣測(cè)得含磷量。

氨氮含量的測(cè)定采取鈉氏試劑比色法。取處理水樣入比色管，加 1ml 酒石酸鉀鈉和 1.5ml 鈉氏試劑，搖勻靜置10分鐘。用 420nm 分光光度計(jì)和20mm 比色皿，以純水為參比，測(cè)定水樣吸光度值。然后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，空白試驗(yàn)則以純水代替樣品，按標(biāo)準(zhǔn)曲線步驟操作，得到空白吸光度值。

最終，將水樣吸光度與空白試驗(yàn)的吸光度相減，依據(jù)差值在標(biāo)準(zhǔn)曲線上尋找所對(duì)應(yīng)的氨氮量，通過(guò)式（2）計(jì)算：

式（2）中， γ 是指水樣體積； φ 是指由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的氨氮量。接著，采用消解方法將所有形態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，再通過(guò)測(cè)定硝酸鹽氮來(lái)間接計(jì)算總氮含量。

在測(cè)定化學(xué)需氧量（COD）時(shí)，使用重鉻酸鉀法。取 20ml 樣本于 250ml 回流錐形瓶中，加 10ml 0.025mol/L 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和玻璃珠，接回流冷凝管，注入 30ml 硫酸－硫酸銀混合液。加熱2小時(shí)，冷卻后沖洗冷凝管，加試亞鐵靈指示劑3滴，用0.01mol/L 硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紅褐色，記錄消耗體積。確保溶液體積不少于 140ml

為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，需實(shí)施一項(xiàng)空白實(shí)驗(yàn)作為對(duì)照。具體操作是取 20ml 蒸餾水，按照與上述水樣測(cè)試完全相同的步驟來(lái)操作，并記錄空白實(shí)驗(yàn)中硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量，依據(jù)式（3）實(shí)施溶液COD含量的計(jì)算：

式（3）中， η 是指硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度； ι 是指滴定空白時(shí)溶液所消耗的體積： ：μ 是指水樣體積；κ 是指滴定樣品時(shí)溶液所消耗的體積。

分別測(cè)定進(jìn)水與出水的總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、總氮，觀察總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、總氮去除效果。

2深度脫氮除磷效果分析

2.1不同化學(xué)絮凝劑下的總磷、化學(xué)需氧量去除效果

當(dāng)不加入碳源與補(bǔ)充氮源，投入四種不同的化學(xué)絮凝劑后，分別測(cè)試膨脹床反硝化生物濾池對(duì)于總磷、化學(xué)需氧量的去除效果，見(jiàn)圖1。

數(shù)據(jù)表明，硫酸鋁在總磷去除上表現(xiàn)最優(yōu)，驗(yàn)證了其強(qiáng)絮凝能力和與磷酸根的高效反應(yīng)。硫酸鐵次之，氯化鈣和氧化鈣去除率較低。在COD去除方面，硫酸鋁同樣最佳，因絮凝同時(shí)吸附或共沉淀有機(jī)物。硫酸鐵去除率也較高，而氯化鈣和氧化鈣較低。因此，建議膨脹床反硝化生物濾池優(yōu)先使用硫酸鋁作為化學(xué)除磷劑。同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化生物除磷環(huán)節(jié)，提升聚磷菌活性和數(shù)量，以增強(qiáng)整體除磷效果。這些措施有助于提升水質(zhì)凈化效率。

2.2不同碳氮比下的脫氮除磷效果

碳氮比的選擇也是十分關(guān)鍵的。本試驗(yàn)添加的碳源是 CH₃COONa ，補(bǔ)充氮源是CO（ NH₂）₂ ，探究二者的最優(yōu)比值。

當(dāng)選用的化學(xué)絮凝劑為硫酸鋁，將碳氮比定為1.5、2.5、3.5，分別測(cè)試膨脹床反硝化生物濾池的脫氮除磷效果，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

如圖2所示，隨著碳氮比增加，總磷、氨氮、COD及總氮去除率均逐漸提高，表明碳源對(duì)生物濾池處理效能至關(guān)重要。乙酸鈉作為高效碳源，尿素作為補(bǔ)充氮源，均驗(yàn)證了有效性?？偭兹コ侍嵘容^小，說(shuō)明磷的去除受到多種因素的共同影響。氨氮、總氮去除率顯著提升，表明充足碳源對(duì)氮的氧化和硝酸鹽還原都關(guān)鍵。COD去除率提高，顯示碳源促進(jìn)異養(yǎng)微生物生長(zhǎng)和活動(dòng)。綜合考慮去除效果和經(jīng)濟(jì)性，碳氮比3.5效果佳，但2.5更為合理，既保證良好去除效果又減少碳源投入。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)膨脹床反硝化生物濾池以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)異的生物活性，有效克服了傳統(tǒng)脫氮除磷方法中的諸多局限，實(shí)現(xiàn)了氮、磷污染物的高效去除。實(shí)驗(yàn)顯示，硫酸鋁在除磷及提升COD去除率方面表現(xiàn)最佳。綜合考慮氮磷去除及C0D去除率，碳氮比3.5為較優(yōu)選擇。研究證實(shí)了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性。隨著碳氮比增加，總磷、氨氮、COD及總氮的去除率均有所提升，凸顯碳源對(duì)生物濾池處理效果的關(guān)鍵作用。乙酸鈉作為高效碳源，尿素作為補(bǔ)充氮源，均表現(xiàn)有效。通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和操作條件，研究進(jìn)一步提高了處理效率，降低了成本，為污水處理廠提標(biāo)改造提供了技術(shù)支持，也為全球水環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲立民，高彥博.硫磺/零價(jià)鐵聯(lián)合強(qiáng)化潛流人工濕地脫氮除磷性能[J].中國(guó)給水排水，2023，39（14）：102-108.

[2]羅黎煜，周立松，王夢(mèng)良，等.石灰石改性硫磺材料深度脫氮除磷研究[J].工業(yè)水處理，2022，42（1）：77-84.

[3]呂極騰，吳淑云，劉璐文，等.耦合鐵刨花和絲瓜絡(luò)的復(fù)合填料濾池脫氮除磷效能[J].中國(guó)給水排水，2023，39（19）：89-94.

[4]孫光霖，王若琛，楊慎華，等.基于厭氧氨氧化的低碳氮比城市污水同步脫氮除磷工藝研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2023，49（8）：13-18.

[5]魏秋，王春榮，宋俊學(xué)，等.硫/鐵硫化物自養(yǎng)反硝化脫氮除磷研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2022，42（12）：10-16.

[6]李冬，解一博，高飛雁，等.調(diào)控內(nèi)生正磷酸鹽強(qiáng)化好氧顆粒污泥脫氮除磷［J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2023，43（10）：5239-5247.

[7]郭學(xué)彬，趙珊，常江，等.膜接觸-吸收法去除市政污水廠惡臭氣體研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2023，48（6）：94-99.