探析低碳源污水的脫氮除磷技術研究進展

孟偉高

（湖南首創投資有限責任公司，湖南 長沙 410000）

在對污水進行處理以達標排放的過程中，由于源水中氮和磷的含量相比于出水標準非常高，因此，在工藝中需要考慮相應的脫氮除磷處理。其中對于除磷排泥以及反硝化工藝的常規工藝，都需要考慮對碳源的應用。為了滿足排放標準中氨氮、總氮、總磷相關指標要求，低碳源污水往往需要增加一些額外的碳源，需要投入更多的成本，所以，相對于碳源充足的污水，往往會增加很多額外的污水處理成本。我國南方許多的生活污水，尤其是南方的鄉鎮污水有許多是十分典型的低碳源污水，其中針對這類污水采用的脫氮除磷技術研究，成為當前對熱門的焦點，如外加碳源以及取消化糞池的研究等，都對污水處理的節能降耗、低成本運行產生了重要的幫助作用。

1 低碳源污水當中的脫氮除磷技術

1.1 外加碳源技術

針對有機物濃度比較低的生活污水，可利用外來碳源對污水中的碳源進行補充的方式對其進行處理，但是碳源與藥劑量的提升，在某種程度上會增加處理的負荷并提高污水處理廠的運營成本。所以，對于該項方式的應用，并不能符合應用低化學用品的需求，也沒有實現降耗節能的效果，經濟成本的提升非常多[1]。因此，在對外加碳源進行選擇的過程中，一定要盡量挑選溶解性強以及容易被菌膠團吸收利用的有機物，并對碳源的價格給予控制，選擇簡單易得、價格低廉的碳源。通常情況下，溶解性有機碳的形式一般為葡萄糖以及乙酸、乙酸鈉溶液等液態，這些可以被輕易降解的有機物，非常容易在處理的過程中被菌膠團吸收利用。所以，可以有效提高反硝化過程，提高總氮去除率。但是，因為甲醇有著很強的毒性，葡萄糖和甲醇、乙醇等價格很高，所以，有些污水處理廠在對污水進行處理的過程中，所應用的乙酸廢液為化工生產的，產生的效果理想。

但是，在應用的過程中需要注意的是，在處理污水過程中對于外碳源進行投加的形式，盡管能夠取得理想的效果，使生物脫氮除磷的效果有所強化，但是也會受到各種限制，如甲醇等碳源有著很大的生物毒性，如帶來水體pH變化影響出水水質，并且在運輸、存儲、投加的過程中會產生許多困難等。此外，由于碳源投加量較大、單價又較高，因此，對于該項方式的應用，還會大大提高藥劑費用，大幅提高總體生產成本，所以一般不會選擇投加補充碳源。

1.2 進水方式的優化

很多碳源在好氧段，依然利用以往的進水形式，這樣的方式會導致碳源成為二氧化碳，以至于在缺氧反硝化階段產生了沒有碳源可以應用的情況。通常情況下，將進水的方式進行優化，為把原來污水當中含有的一些有機碳在反硝化的過程中進行應用，這樣可將脫氮的效果進行提升，其中應用的主要方式為：其一為分段進行進水；其二為周期性對進水的方向進行改變[2]。其中，優化進行的形式為借助后置缺氧UCT分段進行進水的工藝，以便氮磷去除的效率能夠有所穩定，大概在75%左右。對于周期性的改變進水方向，只需要串聯兩個相同的反應器，之后將其作為定期進水的反應裝置，便能夠對每個反應器的周期性功能進行改變。

前置反硝化也能夠最大限度地利用源水中的碳源參與反硝化過程，減少外加碳源投加量。

1.3 取消化糞池

化糞池的結構圖如圖1所示。化糞池在逐步應用和發展的過程中，逐步體現出了弊端和問題，其中主要的問題包括：其一，通常沒有良好的運營管理，如只有在發生堵塞問題之后才對其進行處理，對四周的環境造成了非常大的影響；其二，化糞池內部的裝置，會占用土地面積，對一些管線的布置產生了影響；其三，化糞池會將一部分有機物進行分解，將之前污水當中的有機碳源進行了降低，這樣便對污水廠的脫氮除磷產生了一定的影響。所以，對于統一納管進入污水處理廠的生活污水，建議取消化糞池，可最大限度保留污水中可利用的有機碳源，以便將脫氮除磷的效果進行提高。

圖1 化糞池的結構圖

1.4 磷回收

在污水中，對于磷的回收，可使磷變廢為寶。通常情況下，對于磷的回收應用的工藝為抽取工藝當中的厭氧池上清液，利用結晶、化學沉淀以及離子交換等相關技術，將清液當中的磷進行分離，剩下的上清液，便可將其回流到處理構筑物當中[3]。這樣，不但可以減少污水當中的磷負荷，還能將磷元素應用在生產化肥當中。

2 新技術的應用

2.1 厭氧氨氧化技術

在厭氧的環境當中，氨氮和亞硝酸氮，屬于電子接受體直接被氧化到氮氣的一種過程。厭氧氨氧化菌屬于自養菌，并不需要對氧氣進行供應，也不需要有機碳源。二氧化碳便可為其提供相應的無機碳源；厭氧氨氧化菌的生長比較緩慢，沒有較高的差率，產生的剩余污泥量也比較少[4]。但是，厭氧氨氧化菌培養的時間會比較長，系統的啟動會比較慢，需要在比較高的溫度中工作，如30～43 ℃的溫度，這些也是該項技術的應用缺陷，正是因為有了這些缺陷，才影響了該項技術的進一步發展。

李亞峰等學者，針對碳源對厭氧氨氧化脫氮性能的影響進行了研究，開展了一系列的實驗，其中發現，無機碳源對其產生的影響主要是對碳源的提供以及調節反應器pH的具體應用。濃度比較高的COD會對厭氧氨氧化反應產生一定的抑制作用。吳鮮梅學者在一定的環境下，具體實驗條件如表1所示，對厭氧氨氧氣化污泥進行了接種，成功啟動了厭氧膨脹顆粒污泥。

表1 實驗環境

2.2 SHARON技術

SHARON技術（Single reactor High activity Ammonia Romoval Over Nitrite）是指短程硝化反硝化過程。一般的反硝化過程，需先將氨氮氧化為亞硝氮，進一步氧化使其成為硝酸氮，再之后在反硝化菌的作用下開展反硝化過程，最終實現了脫氮。SHARON技術中，在同一個反應器內，先在有氧條件下利用亞硝化菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽，然后在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝酸鹽直接反硝化，生成氮氣，實現脫氮過程。SHARON技術應用的是溫度相對較高（30～40 ℃），這項工藝與厭氧氨氧技術之間的結合，非常適合對高濃度氨氮以及高溫廢水的處理，如污泥消化液。鐘瓊等學者，在進水pH值等于7.6、氨氮濃度在750 mg/L的環境下，對SHARON進行了成功啟動，并與厭氧氨氧化工藝進行了匹配，并且反應運行非常穩定[5]。

2.3 CANON工藝

CANON工藝為生物膜當中的亞硝酸菌，在好氧的情況下，使氨氧化成為亞硝酸鹽。厭氧氨氧化菌處于厭氧的環境下時，可以把氨以及亞硝酸鹽進行轉化，使其成為氮氣。應用亞硝酸細菌以及厭氨氧化菌共同產生的作用，可將氨氧化成氮氣。對于該項工藝的應用，同樣不需要大量有機碳源，可以在完全無機的環境中實施，這樣可有效節省了外碳源，以及2/3的供氣量。劉濤等相關學者在對生物膜內自養脫氮工藝進行研究的過程中，在常溫低氮氨基質環境下，探究分析了宏觀運行效能，并深入分析了微觀生物系統。利用對曝氣量進行的調節，借助水利停留的時間，可使該項工藝在各個進水氨氮濃度下穩定的運行。

3 展望

對于低碳源污水脫氮除磷技術的探究，相關的學者以及水處理專家對其給予了高度的重視，使得污水排放符合標準，對水體起到了一定的保護作用。尤其是當前對于綠色環保理念的深入應用，大力倡導低碳能耗，所以，需要對污水處理廠的不合理之處相應的改進，其中，對于厭氧氨氧化技術、SHARON技術、CANON工藝的應用起到了良好的處理效果，是未來需要重點應用和發展的新技術。但是，無論對哪種技術進行應用，都需要對低碳源污水脫氮除磷技術進行強化應用，對相關的工藝進行把控，以便將這些新工藝的加之作用進行有效發揮。

4 結語

總之，隨著國家大力推進城鎮發展，城市和鄉鎮人口增加，生活用水量隨之增加，污水集中排放量也有所增加，其中低碳源污水便是污水的重要構成部分，需要對其強化實施相應的脫磷除氮處理。其中，各個專家學者，為了處理效果進行提升，降低處理的成本，保障污水的排放達標，對新技術進行了深入的研究，使得污水處理工藝原理和設計水平都有所提高，最終污水處理效果有了明顯的提升，并符合綠色環保的發展特點，對環境進行了保護。