脫氮除磷新工藝在污水處理中的應用研究

王 君

(山西新紀元環境設計研究院有限公司，山西 太原 030024)

引 言

水被稱為“生命之源”，直接關系到人類的生存，我國是一個人均水資源極其匱乏的國家，隨著經濟社會的發展，水體污染現象不斷增加，特別是隨著工業廢水排放量的不斷增加，導致水體富營養化嚴重，各處頻繁出現“赤潮”等水質惡化情況，給人類的生產生活造成了極大的影響。特別是城市污水處理廠，由于水體富營養凈化處理技術的滯后，采用傳統水體凈化方案存在著凈化效率低下、成本高的缺陷，給污水處理帶來了極大的影響，因此，迫切需要針對性地開發一種新的水體富營養凈化處理技術，提高其對富營養化水體的凈化效率和凈化經濟性。經過長期研究，本文提出了一種新的脫氮除磷技術方案，

根據在污水凈化中的實際應用，表明該方案具有穩定性高、經濟性好的優點，極大地提升了對富營養化水體的凈化效率，具有極大的應用推廣價值。

1 同步硝化反硝化(SND)除磷工藝

SND除磷工藝[1]屬于反硝化除磷工藝的一種，其主要是利用富氧水體內的硝化細菌的活性比聚磷細菌的活性強，在進行充分硝化的過程中需要長時間與氧氣進行接觸，在此過程中，聚磷細菌的炭源反過來會被自身所利用，無法有效地進行除磷，而反硝化除磷則利用聚磷細菌在厭氧環境中的厭氧釋磷特性，將體內的磷元素釋放，從而由硝化細菌進行脫氮除磷，其工藝流程如圖1所示[2]。

圖1 脫氮除磷工藝原理示意圖

由圖1可知，在該脫氮除磷工藝中，其設置了3組污水污泥回流系統，利用在硝化脫氮過程中污泥的回流來補償硝化池內的污泥量，利用終沉池聚磷污泥回流來補充厭氧池內的污泥量。

SND處理工藝主要是指將污水處理過程中的硝化反應和反硝化反應在同一反應池內進行富養水體脫氮除磷的過程，該處理工藝應用的前提是在污染水體處理的前期，水體一般處在缺氧、碳源易降解同時水體中存在著大量的反硝化菌群的情況。其處理的優點主要在于能夠將反應池內的酸堿環境保持穩定，能夠有效降低反應過程中的投堿量，節約氧氣用量，縮短反應時間，提高水體污染處理的經濟性。

在該工藝應用過程中需要將水體內的酸堿值維持在偏堿性的環境內[3]，這是由于，在偏堿性的環境中能夠有效地提升反應過程中的溶氧量，大幅提升對水體內溶解氧氣的利用率，加快同步硝化反硝化的工藝過程。經過實際驗證可知，當污水中溶解氧的質量濃度為0.48 mg/L的情況下，反應池內污水具有最佳的厭氧和好氧平衡狀態。此情況下水體中的亞硝化細菌的存活周期約為27 d，硝化菌的存活周期約為47 d，且會隨著反應池內污泥沉積時間的增加而逐漸增加，會進一步優化水體內的酸堿環境，加快硝化和反硝化反應過程。

通過對該除磷工藝的實際應用表明，該除磷工藝在實際應用中具有較高的穩定性，磷元素的去除率可達98%以上，脫氮的穩定性在95%左右，在應用過程中該工藝對氧氣的消耗量僅為傳統除磷工藝的46%，處理過程中的污泥產量比傳統工藝降低了約37%，污泥的沉降性能極好，工藝性、經濟性好，穩定性高。

2 脫氮工藝

脫氮的原理是利用有機菌群將水體中的有機氮元素轉換為有機氮，再利用系統中的硝化細菌在富氧狀態下將有機氮轉換為硝態氮，最后，在低濃度氧氣的狀態下利用反硝化細菌將有機氮轉換為氮氣，從而實現將富營養水體中的氮元素析出的目的。在該脫氮技術方案中，整個脫氮工藝流程包括不同環境狀態下的硝化和反硝化流程。其氨化作用是指有機氮化合物在氨化細菌作用下將其轉換為氨氮；硝化作用和反硝化作用則是在不同的氧氣條件下將氮分別轉換為氮氣、氧化氮等產物，從水體中排出，其硝化反應的總方程式可表示為式(1)[4]。

(1)

反硝化反應方程式可表示為式(2)、式(3)。

(2)

(3)

生物脫氮處理流程如圖2所示。

圖2 生物脫氮工藝流程

由分析可知，該生物脫氮工藝主要是使聚磷菌在富氧的條件下，將水體內的氧化物進行攝取并分解，然后，聚磷菌內的ATP在厭氧環境內進行水解，形成并釋放出能量，從而實現對能量的循環利用，降低在污水處理過程中的能量消耗。

3 結論

針對現有污水處理過程中對富營養水體處理工藝流程繁瑣、效率低下、經濟性差的缺陷，針對富營養水體的具體特性提出了一種新的脫氮除磷新工藝。對該工藝流程、原理進行了分析，同時，根據實際應用表明：

1) 除磷工藝在實際應用中具有較高的穩定性，磷元素的去除率可達98%以上，脫氮的穩定性在95%左右，在應用過程中該工藝對氧氣的消耗量僅為傳統除磷工藝的46%，處理過程中的污泥產量比傳統工藝降低了約37%，污泥的沉降性能極好，工藝性、經濟性好，穩定性高。

2) 脫氮的原理是利用有機菌群將水體中的有機氮元素轉換為有機氮，再利用系統中的硝化細菌在富氧的狀態下將有機氮轉換為硝態氮。整個脫氮工藝流程包括在不同環境狀態下的硝化和反硝化流程，實現對能量的循環利用，降低在污水處理過程中的能量消耗。