污水生物脫氮除磷改良技術

趙維妍 駱康 王天陽 寇長春 劉秉濤

摘 要：隨著科技的發展，節能降耗的改良的脫氮除磷技術在國內外迅速發展。文章闡述了污水生物脫氮除磷的改良的技術，介紹了UCT技術、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、SBR改良工藝及CASS工藝等脫氮除磷技術，這些工藝運行靈活、費用低，解決因碳源不足、含NO2-或NO3-污泥回流等問題而影響脫氮除磷效果的新型技術，是今后污水脫氮除磷發展的方向。

關鍵詞：生物脫氮除磷；同步硝化反硝化；短程硝化反硝化；改良

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0168-03

Abstract： With the development of science and technology， the improved nitrogen and phosphorus removal technology of saving energy and reducing consumption is developing rapidly at home and abroad. In this paper， the improved technologies of biological nitrogen and phosphorus removal from wastewater are introduced， such as UCT technology， simultaneous nitrification and denitrification， short-cut nitrification and denitrification， improved SBR process and CASS process. These processes are flexible in operation and low in cost， able to solve problems such as insufficient carbon source and NO2- or NO3- sludge backflow， which impact the effect of nitrogen and phosphorus removal， therefore it is the development direction of wastewater nitrogen and phosphorus removal in the future.

Keywords： biological nitrogen and phosphorus removal； simultaneous nitrification and denitrification； Short-cut nitrification and denitrification； improvement

近年來我國水環境遭受了不同程度的污染，其中水體富營養化現象最為嚴重。造成水體富營養化的主要原因是氮、磷元素的超標排放，氮、磷元素主要來自未經處理或處理不完全的工業廢水、城市生活污水、有機垃圾和家畜家禽糞便以及農施化肥。氮、磷是水中生物的重要營養元素，但超過生物所需時，就會使水體中的藻類及浮游生物過量繁殖，大量消耗水體中溶解氧（DO），使水體中魚類及其他水生生物因缺氧而大量死亡，生物多樣性降低，水的透明度下降，水質惡化[1]。與化學法和物理化學法相比，具有脫氮除磷功能的生物污水處理工藝因對有機物、氮和磷均有較高的去除效率、其運行費用低、污泥沉降性能良好等優點而廣泛受到污水處理工程界的重視和青睞，特別是20世紀90年代以來，生物脫氮、除磷技術有了重大的發展。在傳統生物脫氮除磷工藝，如A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝的基礎上，間歇曝氣、節省能耗的改良的脫氮除磷技術在國內外迅速發展。

1 UCT工藝（MUCT工藝）

UCT工藝是A2/O工藝的一種改造，是南非開普敦大學研究提出的脫氮除磷工藝，為了防止二沉池中的NO2-或NO3-進入厭氧池，破壞厭氧池的厭氧狀態而影響系統的除磷效率，該工藝將二沉池污泥回流到缺氧區而不是回流到厭氧池，同時增加從缺氧池到厭氧池的缺氧池混合液回流。由于缺氧池中反硝化作用已經降低了NO2-或NO3-濃度，進而缺氧池混合液不會破壞厭氧池的厭氧狀態。許文峰等采用UCT工藝處理高濃度氨氮生活污水，穩定運行時，脫氮除磷效果較好，出水水質基本達到GB 18918-2002中的一級A排放標準[2]；韓琪等采用UCT工藝處理城鎮污水，試驗結果表明，穩定運行時，COD去除率大于80 %，NH3-N去除率大于90%，出水水質達到城鎮污水處理廠一級B排放標準，同時具有良好的脫氮除磷效果[3]。

MUCT工藝是在UCT工藝的基礎上，在厭氧池和好氧池之間又填加一個缺氧池，第一個缺氧池接受二沉池回流污泥，第二個缺氧池接受好氧池硝化的混合液，使污泥的脫氮與硝化混合液的脫氮分開去除，以減少NO2-或NO3-進入到厭氧區的可能性。

2 同步硝化反硝化工藝

同步硝化反硝化（SND）是指硝化反應和反硝化反應在同一反應器進行，從而達到生物脫氮的目的[4-5]。同步硝化反硝化現象有兩種說法：第一種是物理學，是DO在傳遞過程中，由于微生物細胞結構的原因，使DO呈濃度梯度，造成好氧和缺氧狀態，從而實現了同步硝化反硝化；第二種是生物學，好氧條件下，存在異氧硝化微生物和好氧反硝化微生物，從而使硝化反應和反硝化反應在同一反應器進行。與傳統的生物脫氮工藝相比，同步硝化反硝化可以在同一反應器發生，使硝化反應產生的物質可以成為反硝化反應的底物，加快硝化反應速率；而且，反硝化反應中產生的堿度可以中和硝化反應中所消耗的堿度，不需要向反應器中另加物質，來調節pH值。

好氧條件下反生同步硝化反硝化現象存在各種不同的生物處理系統中，如于靜潔等在氧化溝工藝應用研究進展中，闡明氧化溝可以發生同步硝化反硝化反應[6]；Liu等在氧化溝內，通過優化DO濃度等運行參數，穩定運行時，實現了同步硝化反硝化[7]。

3 短程硝化反硝化

短程硝化反硝化是利用亞硝化菌和硝化菌在動力學上的差異，將氨氮硝化反應控制生成NO2-，然后將NO2-直接反硝化生成N2，從反應系統中去除。短程硝化反硝化優于傳統的生物脫氮在于：NH3直接氧化到NO2-，沒有進一步氧化，消耗的O2低，節省能耗；NO2-生成速率比較快，反應迅速，可以減少反應時間[8]。由于NO2--N不穩定，很難累積，所以為了實現短程硝化反硝化，王淑瑩等通過使pH控制在7.7-8.0之間，同時縮短曝氣時間實現了亞硝態氮積累[9]。但由于控制過程比較繁瑣，操作要求嚴格，所以很難在實際污水處理廠中應用。

4 SBR工藝及其改良工藝

SBR工藝是20世紀70年代初由美國Notre dame大學R. L. Irvine教授等初次提出的 [10]，是傳統活性污泥的一種變形，不同于傳統污水處理工藝，該工藝將生物降解、生化反應、沉降、排水集于一個反應器，屬于間歇式運行，通過調控運行時間實現脫氮除磷。SBR工藝具有如下特點：（1）SBR工藝將生物降解、生化反應、沉降、排水集于一個反應器，節省構建物，費用低；（2）SBR工藝運行靈活，可以根據水質調整各個階段的反應時間及條件狀況；（3）反應池內厭氧、好氧處于交替狀態，處理效果好；（4）污水在反應器內屬于靜止狀態下沉淀，所需時間短，處理效率高，出水水質好；（5）耐沖擊負荷，反應池內，在排水階段時，有剩余的清水用來進行下一次進水的稀釋，對污水有緩沖的作用，有效的抵抗污水中有機物的沖擊；（6）反應池內存在DO濃度梯度，有效防止活性污泥膨脹。

SBR工藝由于其獨特的優點而被廣泛應用和研究，但該工藝也存在一定的局限性。比如，SBR工藝適用于間歇式的進出水處理系統，若需處理連續流的進水，SBR工藝就不再適用；若對出水水質要求嚴格或有特殊要求，如需要脫氮除磷則需要對SBR工藝進行適當的改進；若進水流量大，則需要調整反應系統，從而增大投資費用。傳統或經典的SBR工藝逐漸衍生出各種新的變形，以解決如上述的不足。如， ICEAS工藝：該工藝是將SBR反應器進水端增加一個預反應區，起到調節水流的作用，后面為主反應區，主要是曝氣和沉淀。該工藝是采用連續進水的運行方式，反應階段、沉淀和潷水階段均進水。污水進入預反應區，通過隔墻底部的連接口以平流流態進入主反應區，在主反應區中進行間歇曝氣和沉淀潷水，成為連續進水、間歇出水的SBR反應池，使配水大大簡化，運行更加靈活。劉杰等對城市住宅區生活污水處理工程采用ICEAS工藝作技術說明。得出，ICEAS工藝適用于污水流量變化大，短時間有機負荷和水力負荷沖擊較大，水質的均勻性較差的城市住宅區生活污水[11-12]。

5 CASS（CAST）工藝

CASS工藝或CAST工藝，又稱循環活性污泥工藝。該工藝在進水端增加一個預反應區，后面是主反應區，但該工藝的預反應區是生物選擇器。在預反應區內，反應器的微生物通過酶的快速轉移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經歷一個高負荷的基質快速積累過程，這對進水水質、水量、pH和有毒有害物質起到較好的緩沖作

用，同時抑制絲狀菌的生長，有效防止污泥膨脹。

黃瑾針對處理城市污水的研究，選擇采用CASS工藝處理城市污水，通過優化CASS工藝的操作參數，觀察其處理效果。運行結果顯示，CASS工藝可以有效去除有機物，通過硝化和反硝化作用，可以去除大量的氮，同時也能去除磷，出水氮、磷濃度都比較低；同時發現曝氣階段結束后，NH3、NO2-和NO3-濃度較低，說明該工藝具有同步硝化反硝化功能[13]。他的研究也為今后類似工藝設計與優化運行提供了新的模式。CASS工藝適用范圍比較廣，可應用于大型、中型及小型污水處理工程。

生物脫氮除磷過程中，影響生物脫氮除磷效率的因素眾多，通過選取幾個關鍵影響因素，在不同因素的范圍內，觀察生物脫氮除磷的效率，選取生物脫氮除磷效果最佳的因素范圍，借助分子生物學技術，研究生物脫氮除磷工藝中的微生物群落結構及功能變化，不斷優化工藝運行條件，提高脫氮除磷效率。

參考文獻：

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