城市污水處理廠生物脫氮除磷工藝的選擇分析

摘 要 隨著我國工業(yè)化建設(shè)腳步的加快，城市污染越來越嚴(yán)重，水污染就是其中最典型的問題之一，因此，如何通過有效的方法處理污水是保障城市居民健康生活與穩(wěn)健發(fā)展的關(guān)鍵。本文介紹了生物脫氮除磷工藝技術(shù)，詳細(xì)描述了污水產(chǎn)生的原因以及危害。然后分析了污水處理的關(guān)鍵，對生物脫氮除磷工藝處理污水的原理和過程進(jìn)行詳細(xì)闡述，對當(dāng)下應(yīng)用最廣泛的三種生物脫氮除磷工藝的優(yōu)劣勢進(jìn)行分析與比較，最后從經(jīng)濟(jì)成本和處理效率的角度，選擇了MUTC工藝來對城市污水進(jìn)行處理，具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 污水處理;脫氮技術(shù);除磷技術(shù);脫氮除磷工藝

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度突飛猛進(jìn)，社會工業(yè)的發(fā)展得到了推動，但是也產(chǎn)生了一些問題。近幾年來，工業(yè)的發(fā)展引起的城市污水，嚴(yán)重影響了城市居民的健康生活，因?yàn)榈自厥呛芏嗌锏闹匾獱I養(yǎng)元素，也是導(dǎo)致水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的關(guān)鍵性元素，從而引起水體生物大量死亡。因此，解決水污染的問題需要從源頭，也即是處理氮磷等元素入手。

1生物脫氮除磷工藝簡介

生物脫氮除磷工藝分別采用了生物除氮與生物除磷的技術(shù)工藝來脫離出氮和磷元素。生物除氮是在不同的條件下對氮氧化物進(jìn)行氮元素的處理，也即是通過釋放氮?dú)獾男问绞沟玫孛撾x。當(dāng)水體中的氮元素與硝化菌作用時，會生成含氮的硝酸鹽，然后與反硝化菌作用，生成氮?dú)忉尫懦鰜韀1]。生物除磷是根據(jù)細(xì)菌的特點(diǎn)來對氮元素進(jìn)行處理，也即是生成沉淀物使得磷元素得到處理。當(dāng)水體中的含磷菌類生物厭氧時，就能從污水中提取出磷元素，形成含磷的沉淀物而使得磷元素脫離。

2生物脫氮的過程與原理

生物脫氮的過程根據(jù)理論來看包括氨化階段、硝化階段和反硝化階段。首先，氨化階段是通過好氧或厭氧生物將污水中含有氮元素的物質(zhì)進(jìn)行氧化，然后將氧化物進(jìn)行分解，生成氨氮。然后是硝化階段，通過硝化菌的作用將前一個階段的產(chǎn)物氨氮轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的含氮的硝化物NO2–和NO3–，這個過程被稱為硝化反應(yīng)。最后是反硝化階段，通過反硝化菌的作用將前一個階段的硝化物NO2–和NO3–進(jìn)行還原反應(yīng)生成N2，這個過程被稱為反硝化反應(yīng)。生物脫氮的技術(shù)工藝包括一般性脫氮工藝、好氧與缺氧除污泥脫氮工藝、活性除污泥法脫氮工藝與氧化法脫氮工藝。

2.1 硝化反應(yīng)的步驟

硝化反應(yīng)包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個步驟：在亞硝酸鹽細(xì)菌的參與下發(fā)生的反應(yīng)是亞硝化反應(yīng);在硝酸鹽細(xì)菌的參與下發(fā)生的反應(yīng)是硝化反應(yīng)。因?yàn)橄趸?xì)菌會受到環(huán)境的影響，因此，這兩種反應(yīng)對環(huán)境的要求都非常高[2]。對環(huán)境的具體要求如下：

（1）好氧環(huán)境（DO≥1mg/l），水質(zhì)環(huán)境要呈現(xiàn)堿性，其pH要維持在8.0-8.4;

（2）硝化反應(yīng)的溫度維持在20℃至30℃，因?yàn)樵摲磻?yīng)的速度會受溫度影響，當(dāng)溫度低于15℃時會降低硝化反應(yīng)的速度，當(dāng)?shù)陀?℃時會使得反應(yīng)完全停止;

（3）水質(zhì)中的有機(jī)物的濃度大小要合適;

（4）維持參與反應(yīng)的硝化菌停留在反應(yīng)器中的時間超過3天，一般而言是3-10天。

2.2 反硝化反應(yīng)的步驟

在反硝化細(xì)菌的參與下，NO2?和NO3?可以通過同化硝化反應(yīng)和異化硝化反應(yīng)來進(jìn)行脫氮。通過同化硝化反應(yīng)后的氮元素在有機(jī)氮化物中，也是細(xì)菌的組成成分之一;通過異化硝化反應(yīng)后的氮元素在有機(jī)氮?dú)庵校聪趸磻?yīng)對環(huán)境的具體要求如下：

（1）對碳源的要求：污水中要有足夠量的碳元素，只有碳氮比例超過3∶5時，碳源才足夠參加反應(yīng)，當(dāng)碳源的量不夠時，要進(jìn)行外加碳源，一般而言，外加碳源是加入甲醇。

（2）水質(zhì)的酸堿度：總體的pH要維持在6.5～7.5之間，不能超過8，也不能低于6，否則影響反硝化的反應(yīng)效果。

（3）對氧濃度的要求：當(dāng)環(huán)境缺氧時，反硝化細(xì)菌就會發(fā)生硝化作用，所以，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下;

（4）對環(huán)境溫度：保持在20℃至40℃，環(huán)境溫度不能低于15℃，否則會降低反硝化反應(yīng)的速度。

3生物除磷的基本原理

生物除磷的核心是通過聚磷菌對磷元素進(jìn)行吸收，其基本原理是：在厭氧的情況下，聚磷菌通過有機(jī)磷向無機(jī)磷的轉(zhuǎn)化而釋放出磷元素，然后在污水中與有機(jī)質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而生成PHB顆粒。然后再通過好氧的環(huán)境，使得聚磷菌將生成的顆粒PHB進(jìn)行分解從而獲得能量來提取磷元素，然后將磷元素聚集起來[3]。由此可以看出，生物除磷的整個過程是通過在厭氧與好氧的兩種環(huán)境中進(jìn)行磷的釋放與提取，最后排放污泥以完成整個生物除磷的過程。

生物除磷工藝的處理成本較低而在除磷工藝中得到了廣泛的運(yùn)用。根據(jù)上面生物除磷的基本原理我們可以將除磷的過程分為厭氧過程和好氧過程對磷元素進(jìn)行處理[4]。另外，在生物脫氮的過程中，也有A/O技術(shù)工藝的運(yùn)用，只是與生物除磷有所不同。生物脫氮的過程在A階段的時候是缺氧的狀態(tài)，而在生物除磷的過程中在A階段的時候是厭氧的狀態(tài)。生物脫氮過程在O階段的時候要足量，使得硝化氮能夠完全反應(yīng);生物除磷的過程中在O階段時間要短，才能盡可能地排除掉多余的污泥，從而除掉磷。

4工藝方案的分析與比較

4.1 A?/O工藝

A?/O工藝是當(dāng)下最常用的用于生物脫氮除磷的方法，而污泥的處理是生物除磷最關(guān)鍵的一環(huán)。在厭氧池中，常常會出現(xiàn)污泥回流的現(xiàn)象，使得污泥從沉淀池回流到厭氧池中，這期間會伴有NOx–的滲入。如果污泥回流多，則滲入的NOx–就多，就會造成聚磷菌釋放磷的過程被抑制，加大了生物除磷的難度;但如果污泥回流少，相應(yīng)的聚磷菌就會減少，也會影響到除磷的能力[5]。所以，在整個A?/O工藝中，關(guān)鍵是控制好污泥的回流量，我國在這方面一般是使得污泥回流量在進(jìn)入量的0.5至1倍之間。

4.2 UTC工藝

UTC工藝原理是將沉淀池中的污泥回流至缺氧區(qū)。當(dāng)污泥回流至缺氧區(qū)時，加入一定比例的COD與TKN進(jìn)行反硝化的作用，使得厭氧區(qū)回流。但是，COD與TKN的比例不能過小，否則脫氮不能完全實(shí)現(xiàn)，會使得未參與反應(yīng)與反應(yīng)不完全的硝酸鹽進(jìn)入到厭氧區(qū)。為了解決這個問題，需要對UTC工藝?yán)^續(xù)改進(jìn)。

4.3 MUTC工藝

對UTC工藝進(jìn)行改進(jìn)后的工藝就是MUTC工藝，MUTC工藝增加了厭氧池，一個厭氧池用于對回流的污泥進(jìn)行接收與處理，另一個厭氧池用于好氧區(qū)的硝化混合液的接收與處理[6]。通過這種方法，將回流的污泥與混合液進(jìn)行分開處理而有效地脫氮，減少了進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽的量。

5確定工藝方案

通過以上分析，A?/O工藝、UTC工藝和MUTC工藝這三種工藝都能實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷的效果，但是又各自有優(yōu)缺點(diǎn)。因此，要根據(jù)具體情況來選擇工藝方案，而本文所研究的對城市污水的處理需要考慮到經(jīng)濟(jì)成本與處理效果，經(jīng)過比較后，最終選擇MUTC工藝更符合需求。

6結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化腳步的加快，人們生活水平在不斷提高的，同時也伴隨著大量污染的產(chǎn)生，而水污染是影響最大的污染之一，必須對其進(jìn)行有效的處理才能保障人們的生活與長遠(yuǎn)發(fā)展。這幾年來，國家與政府投入了大量的人力與物力對污水進(jìn)行處理，而對污水處理的關(guān)鍵在于氮磷化物的處理，于是誕生了大量的生物脫氮除磷工藝。本文通過對生物脫氮除磷工藝進(jìn)行研究，分別闡述了脫氮和除磷過程的基本原理以及這個過程中所涉及的具體的生物化學(xué)反應(yīng)。然后分析了當(dāng)下應(yīng)用最廣泛的A?/O工藝、UTC工藝和MUTC工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。最后根據(jù)具體的需要，從經(jīng)濟(jì)和處理效率的角度出發(fā)，綜合考慮選用MUTC工藝來對城市污水進(jìn)行處理，有效降低了處理污水的成本，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[3] 崔萌，馬瑞芬.污水處理廠冬季運(yùn)行中生物脫氮除磷效果的分析[J].中國給水排水，2016，（4）：72-76.

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作者簡介

劉東（1985-），男，四川成都人;學(xué)歷：本科，助理工程師，現(xiàn)就職單位：成都天源水務(wù)有限責(zé)任公司，研究方向：污水處理運(yùn)行。