城市污水處理廠生物脫氮除磷工藝的選擇分析

姜均達 吳勇遠

桂林市排水工程管理處

城市污水處理廠生物脫氮除磷工藝的選擇分析

姜均達 吳勇遠

桂林市排水工程管理處

現代社會工業發展迅速，導致城市污水增多，嚴重危害著居民的日常生活。因此，選擇一種快速有效的處理城市污水的環保辦法是解決居民生活與城市發展矛盾的途徑。同步生物脫氮除磷工藝的誕生為上述矛盾的解決提供了較為可靠的選項。本文首先概述了工業污水的危害以及水體富營養化的后果；分析了污水脫氮技術以及污水脫磷技術的原理；在以上的基礎上比較了同步脫氮除磷工藝；最后得出了MUTC工藝同步生物脫氮除磷方案能夠發揮其最大的效果，實現污水處理能力的提高的結論。為今后污水處理提供技術參考。

污水處理；脫氮技術；除磷技術；同步脫氮除磷工藝

1 概述

當今經濟社會的快速發展，在促進了工農業的飛速進步及人口急劇增長的同時，賴以生存發展的水資源正在經受著各種各樣的污染。由此，工農業生產所排出的廢水對水資源的污染越來越受到人們的關注，尤其是氮磷等元素對水資源的污染。氮磷是作為生物體的重要營養元素隨污水進入水體后會引發水體富營養化。

水體富營養化會造成的后果有藻類的過度生長繁殖，同時造成水中的溶解氧的急劇降低，導致在一定時間內水體嚴重缺氧，嚴重影響著魚類的生存生長；同時藻類在生長過程中向水體內排放有毒物質（比如藻青脘、不定腔球藻等），影響魚類的生存。如果人蓄不慎飲用容易致消化道炎癥。隨著藻類的生長，它們在水體中占據的空間會逐漸增大，占據大量的水體空間、阻塞水道，魚類的活動空間隨之減少，嚴重影響著魚類的生存生長。而沉于水底的死亡藻類在缺氧狀態下腐化、分解使水體變黑、變臭。因此污廢水中氮、磷的處理已成為當前廢水處理中急需解決的問題。

利用生物除氮是根據好氧和厭氧的不同狀況，在好氧條件下，水中的氮元素在硝化菌作用下變成硝酸鹽氮，隨后在缺氧條件下，硝酸鹽氮在反硝化菌的作用變成氮氣逸出；利用生物除磷就是利用聚磷菌類的細菌的特點，在厭氧的狀態釋放磷，在好氧狀態從污水中攝取磷，并將磷元素以聚合的形態貯藏在體內，形成高磷污泥排出，以達到除磷的效果。根據以前污水處理的經驗的情況探討該廠生物脫氮除磷的可行性。

2 生物脫氮的基本原理

根據傳統的生物脫氮理論，可以將生物脫氮的過程分為三個階段，這三個階段分別是：氨化階段、硝化階段和反硝化階段。其中氨化階段的主要內容是好氧或異養型微生物將污水中一些富含氮質的有機物氧化并分解為氨氮；硝化階段的主要內容是硝化菌將氨化階段產生的氨氮轉化為N和N（即硝化反應）。反硝化階段的主要內容是反硝化菌將硝化階段產生的N和N還原為N2（即反硝化反應）。生物脫氮的主要工藝流有：傳統脫氮工藝、缺氧—好氧活性污泥法脫氮系統、兩級活性污泥法脫氮工藝及氧化溝工藝。

1）硝化反應：分為亞硝化與硝化兩個步驟進行，其中亞硝化是由自養型亞硝酸鹽細菌完成，硝化是由自養型硝酸鹽細菌完成。由于該兩種硝化菌對環境的變化都非常的敏感，這也導致其對環境的要求比較苛刻，主要如下：

A好氧條件（DO≥1mg/l），并保持一定堿度以維持穩定的PH值（適宜的PH為8.0～8.4）；

B硝化反應的適宜溫度是20℃～30℃，如果溫度低于15℃，則會導致硝化反應的速率下降，溫度小于5℃時，硝化反應則會完全停止。

C浸入水中的有機物的濃度要適宜；

D污泥齡（硝化菌在反應器內的停留時間）必須大于它的最小世代時間（一般為3～10天）

2）反硝化反應

A碳源：污水中的碳源主要有兩個一是污水中的有機物，二是外加碳源。當污水中的C/N大于3～5時，可認為是碳源充足，無需再外加碳源，如果碳源不充足則多采用外加甲醇；

B酸堿值：適宜的PH是6.5—7.5，PH值高于8或者低于6，則會大大影響反硝酸的效率;

C溶解氧:反硝化菌在缺氧條件下會發生反硝化作用，因此溶解氧應控制在0.5mg/l以下；

D溫度：最適宜溫度為20～40℃。低于15℃其反應速率會大大降低。

3 生物除磷的基本原理

生物除磷的關鍵要素是聚磷菌的超量吸磷現象：在厭氧條件下，聚磷菌能夠將內部的有機磷轉化成為無機磷并且加以釋放，同時利用在這一過程中產生的能量從污水中攝取有機基質合成PHB顆粒；在好氧情況下，聚磷菌則會將PHB降解以獲得攝取磷元素所需的能量，從而完成聚磷的整個過程。由此可知，生物除磷是污泥在厭氧-好氧交替運行的條件下通過磷的釋放及對磷的攝取，最終通過剩余污泥的排放而完成的。

生物除磷的工藝的優點是運行成本低，污泥量少等，現逐漸在污水除磷的工藝中得到普及。根據生物除磷的機理可以將其處理工藝分為厭氧釋磷和好氧攝磷兩基本組成部分。A/O工藝鈞存在生物除磷與生物脫氮中，但兩工藝中的A段存在著明顯額區別，生物除磷的A段屬厭氧階段，而生物脫氮的A段屬缺氧。此外，在工藝運行方式上，生物脫氮的O段要有保證硝化的足夠長度，并且要達到滿足回流硝化氮的需要；而生物除磷的O段相對要短，以保證較高的污泥負荷也就是相對較短的泥齡，才能通過排除較多的剩余污泥以到達除磷的目的。

4 工藝方案比較

4.1 A2/O工藝

A2/O工藝是目前應用最普遍的同時脫氮除磷工藝，其基本工藝流程如圖1所示。

圖1：A2/O工藝圖

厭氧池的污泥回流量是影響生物除磷效果的主要因素之一。傳統的A2/O工藝中，從沉淀池回流到厭氧池的污泥會摻雜著一定量的NOX-，如果污泥的回流量大，導致的結果是帶入的NOX-過多，抑制了厭氧池中的聚磷菌對磷的釋放，從而影響整個系統的除磷效果；但是如果污泥回流量過小，進入厭氧池的聚磷菌就會相應減少，這同樣會影響著系統的除磷能力。因此，這就需要在這個工藝中嚴格控制污泥回流量，國內通常將污泥回流量控制在進入流量的0.5～1.0倍內。

4.2 UTC工藝

與A2/O工藝相比，UTC工藝在A2/O工藝基礎上，通過把沉淀池污泥回流到缺氧區，開發出了UTC工藝。其具體的工藝流程如圖2所示。

圖2：UTC工藝圖

與A2/O工藝相比，UTC工藝在適當的COD/TKN比例下，在缺氧區的反硝化作用下，能使厭氧區回流到污泥中，但硝酸鹽的含量接近于0。如果COD/TKN的比例較低時，缺氧區是無法實現完全脫氮，這就導致部分硝酸鹽進入厭氧區，根據這種弊端下改進的UTC工藝，產生了新的UTC工藝。

4.3 MUTC工藝

MUTC工藝，即是改進的UTC工藝。該工藝需要兩個缺氧池，第一個缺氧池接收二沉池的回流污泥；第二個缺氧池接收好氧區硝化混合液，這就能夠使污泥的脫氮與混合液的脫氮有效的分開，從而進一步降低硝酸鹽進入厭氧區的可能。

圖3：MUTC工藝圖

5 工藝方案的確定

對于以上三種同步生物脫氮除磷的工藝分析來看，每種工藝既有優點同時也存在一定的弊端，但均可實現同步污水脫氮除磷的處理目的。本論文所要處理的污水主要來源是工業廢水，經過周密的工藝對比以及經濟比較，作者認為改進的UTC工藝（即MUTC工藝）污水處理效果最佳，技術先進成熟，運轉的方式靈活，運行穩妥可靠，動力效率高，動行成本低。

6 結束語

綜上所述，在人民生活水平日益提高的大背景下居民對環境的要求越來越高，特別是對水資源的要求越來越嚴格。因此，國家以及各級地方政府正逐步加大在環保方面投入力度，提高污水處理能力將是關系國計民生的大事，而同步生物脫氮除磷工藝已成為污水治理工程的關鍵拓展領域，同時也為新時期提高我國污水治理水平提供了前提條件。在污水處理的過程中，同步生物脫氮除磷工藝可以提高污水處理效率及質量，減少有害物的排放量，避免了對城市環境的再次污染。還能在一定優化高新環保技術的基礎上，減少人工勞動量同時降低勞動強度，降低污水處理成本，具有較好的“經濟、社會、生態”效益。

[1]高廷耀,夏四清.城市污水生物脫氮除磷工藝評述[J].環境科學,1999，20(1)：110～112.

[2]王崠,劉德華,酈和生.限氧條件下的活性污泥脫氮過程研究[J].三峽環境與生態,2008,1(2)：30～33.

[3]張平.生物脫氮技術的研究進展[J].環境污染與防治,1997,19(4)：25-28.

姜均達（1986—），男，本科，江蘇贛榆人，現工作于桂林市排水工程管理處，主要從事污水處理、自動監控設施運行維護管理方面的工作。