城鎮污水處理生物脫氮除磷工藝簡述

周彪

江蘇東華市政工程設計有限公司 江蘇 南京 210000

一、概述

由于我國城鎮化進程的不斷發展和新技術的廣泛應用，城鎮規模的不斷擴大，城鎮人口不斷增加，城鎮發展進程中居民生活污水和工業廢水的排放量也在不斷增加。此時，如果未經處理的污水直接排放到周圍的河流中，勢必會對周圍水生態環境造成污染。污染的城鎮水環境將對人們的生活和水生態造成極大的負面影響，其影響主要表現在以下兩個方面：一方面會導致城鎮的地下水污染和河流污染，對城鎮居民的生活飲用水安全和工業生產用水產生較大的影響；另一方面，下河污水會對水中生物、植物構成巨大的威脅和破壞。

目前，公認的氮、磷超標是造成城鎮水體富營養化，水中藻類過度生長繁殖，致使城鎮水體污染的重要原因。因此，污水中氮、磷的有效去除并達標排放是城鎮污水處理中一個比較重要的關注點，現階段其主要去除方法有物化法和生物法。本文著重介紹以下幾種常用的城鎮污水處理生物脫氮除磷工藝。

二、污水生物脫氮除磷工藝

去除城鎮污水中的氮磷多采用A/O、A2/O工藝及其改良工藝、SBR工藝（包括其變種工藝）、氧化溝工藝等，上述工藝均以傳統生物脫氮除磷理論為基礎。除此之外，還包括由膜分離技術和傳統生物處理工藝相結合而成的MBR（Membrane Bio-Reacator）膜生物反應器工藝。

1 、A2/O工藝

A2/O既ANAEROBIC（厭氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）。A2/O工藝是目前應用較廣的污水生物脫氮除磷工藝，其特點是厭氧段、缺氧段和好氧段嚴格分區，各自發揮自己的分區功能。可根據進水水質和出水水質要求，控制總回流比（內回流比+外回流比），在充足的碳源前提下，最大脫氮率可達80%。

圖1 A2/O工藝流程圖

A2/O生物脫氮除磷工藝是在不同含氧量的水體中交替運行，污泥指數一般在100以下，正是在這樣的環境中可有效抑制絲狀菌繁殖，發生污泥膨脹的概率低，泥水分離效果較好。由于各區（厭氧區、缺氧區和好氧區）是有明顯的分隔，有利于不同環境條件下，相應微生物種群的增值。基于以上原因，該工藝生物脫氮除磷效果好，目前應用較為廣泛。

2 、改良A2/O工藝

改良A2/O工藝通過在A2/O工藝基礎上增加不同的分區，可以實現高效的生物脫氮除磷，并且可通過精準投加碳源，提高碳源的利用效率。目前，改良A2/O工藝在處理市政污水及部分類型的工業廢水中得到了較多的應用。

圖2 改良A2/O工藝流程圖

由其工藝流程可知，該工藝生物反應池主要由預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區、后缺氧區和后好氧區組成。采用分段進水，一部分（約10%）進入預缺氧區，另一部分（約90%）進入厭氧區。同時，可根據進水水質實際情況，分配各區進水量。另外，為消除回流污泥中硝酸鹽對厭氧除磷的影響，回流污泥先進入預缺氧區與進水混合，利用進水中的碳源進行反硝化，去除部分硝酸鹽。硝化液回流至缺氧池，后好氧池無需回流。后缺氧段的設置主要是提高脫氮率，后好氧段的設置一方面是消耗后缺氧段投加的碳源；另一方面是保證出水中含一定的溶解氧，避免二沉池在缺氧環境下發生反硝化，造成二沉池污泥上浮。為了提高脫氮率，滿足出水TN達標，常在后缺氧區投加乙酸、乙酸鈉、葡萄糖等碳源，從而進行反硝化反應去除硝態氮。

為了提高反硝化對TN的去除效果，須嚴格控制混合液回流比，回流比低，則NO3-不能完全的去除；回流比過高，則容易將好氧區的溶解氧帶入，消耗進水中有限的碳源。

另外，在好氧區回流點前設置消/低氧區，將回流混合液DO降低至0.5 mg/L以下，該技術措施對高回流比系統尤為顯著。同時，設置低氧過渡區，有利于第二缺氧區反硝化。

3 、MSBR系列工藝

MSBR技術起源于80年代，是連續流反應器，其本質是A2/O工藝+ SBR工藝。該工藝可利用SBR工藝的優點，無需設置二沉池，同時，操作控制較為靈活，可滿足不同工況下的運行要求。

MSBR系統的運行原理如下：污水進入MSBR反應池的厭氧池與預缺氧池的回流污泥混合，聚磷菌在厭氧池的厭氧條件下進行釋磷反應，缺氧池主要是反硝化細菌在缺氧條件下利用碳源和好氧區回流的硝化液進行反硝化作用去除TN。好氧池主要是在好氧條件下進行有機物降解、氨化反應、硝化反應和聚磷菌在好氧條件下進行磷的過量吸收。其后的SBRI池作為沉淀池，SBRII池可在好氧。缺氧的環境下交替運行。SBRII池的混合液回流至SBRI池，進行泥水分離，上層清液至缺氧區，下層污泥至預缺氧區，消除硝酸鹽的影響后至厭氧區進行反應。

4 、氧化溝工藝

氧化溝的主要形式有：卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、雙溝（DE型）或三溝式（T型）氧化溝。

顧名思義，氧化溝其實就是一個循環的溝渠，污水與污泥的混合液在動力設備的推動下，在其中不斷的循環流動，其流態呈完全混合和推流相結合的狀態。具有很好的生物脫氮除磷效果。由于氧化溝采用的曝氣裝置為表面曝氣裝置，因其充氧能力有限，所以水深受到限制，因此相同規模的情況下，使得占地較大，基建費用較大，因而受到了一定發展限制。近來由于曝氣裝置的更新換代及控制系統的升級，該工藝目前仍是生物脫氮除磷的主流工藝。

由于雙溝式（DE型）氧化溝和三溝式（T型）氧化溝需要的自動化程度高，采用轉刷曝氣池深較淺，占地面積大，設備配置多，使一次性設備投資較大；奧貝爾氧化溝池深較淺，一般為4.3m左右，占地面積較大，因為池型為橢圓型，對地塊的有效利用較差；卡魯塞爾氧化溝水深可根據設備逐漸加大，雖然一定程度克服了氧化溝原有的占地大的缺點，但總體仍是占地偏大。

5 、膜生物反應器技術（MBR）工藝

膜生物反應器可分為分置式膜生物反應器和一體式膜生物反應器。

分置式膜生物反應器的原理是在外部高壓作用下，使經過預處理的污水經過膜組件內部，形成錯流過濾，可有效避免膜污染的發生。經過膜組件的污水分成濃水和淡水兩部分，淡水即為系統出水，大量大分子物質被截留在濃水中。其特點是：出水水質穩定，操作管理簡便，但運行能耗較高。

一體式膜生物反應器是將膜組件置于污水中，通過動力設備的負壓抽吸，使得小分子及水通過膜，而污泥及大分子物質仍截留在污水中。一體式MBR利用曝氣時氣液向上的剪切力來實現膜面的錯流效果，也有采用在一體式膜組件附近進行葉輪攪拌和膜組件自身的旋轉來實現膜面錯流效應的。常用的膜組件有管式膜、中空纖維膜、卷式膜和陶瓷膜等。膜生物反應器工藝可以直接將污泥及大分子物質截留在污水中，并在池內進行曝氣，使得污水在池內呈紊流狀態，實現膜組件表面的錯流沖刷和清洗，可有效避免膜污染，延長使用壽命。與分置式膜生物反應器相比，一體式膜生物反應器所需占地小，能耗省等優點。另外，MBR易于從現有的傳統活性污泥工藝進行改造，其在污水處理與中水回用中的技術研究倍受關注。

膜生物反應器的工作機理主要是以下幾個方面：

（1）截留作用；

（2）吸附作用；

（3）架橋作用。

膜生物反應器常用微濾（MF）和超濾（UF）工藝，其膜孔徑一般為微米級，對截留活性污泥及大分子物質效果較好，可同時實現沉淀和過濾的功能，故其后可不設二沉池和濾池，該工藝可與反滲透（RO）工藝連用，實現更高要求的水處理。

MBR工藝具有出水水質優質穩定、占地面積小、可高效去除氨氮及難降解有機物等優點；膜生物反應器也存在一些不足，如膜造價高，膜污染容易出現，會縮短膜組件壽命，一般3～5年就需更換，能耗高等。

三、結語

隨著經濟和技術的不斷發展，城鎮污水處理生物脫氮除磷新理論和新技術也在不斷出現，同時，隨著相關領域研究的深入，將有更多、更有效的新技術得到實際應用。城鎮污水處理生物脫氮除磷工藝的選擇應從自身實際情況出發，經過經濟和技術分析比較確定。同時，應借鑒經過實踐檢驗和大規模應用的成功案例。這樣才能有效的解決城鎮化發展帶來的水環境污染問題，從而有效實現長期、穩定的共贏局面。