城鎮(zhèn)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(zhèn)化進程的不斷發(fā)展和新技術的廣泛應用，城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴大，城鎮(zhèn)人口不斷增加，城鎮(zhèn)發(fā)展進程中居民生活污水和工業(yè)廢水的排放量也在不斷增加。此時，如果未經(jīng)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(tài)環(huán)境造成污染。污染的城鎮(zhèn)水環(huán)境將對人們的生活和水生態(tài)造成極大的負面影響，其影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面會導致城鎮(zhèn)的地下水污染和河流污染，對城鎮(zhèn)居民的生活飲用水安全和工業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生較大的影響；另一方面，下河污水會對水中生物、植物構(gòu)成巨大的威脅和破壞。

目前，公認的氮、磷超標是造成城鎮(zhèn)水體富營養(yǎng)化，水中藻類過度生長繁殖，致使城鎮(zhèn)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(zhèn)污水處理中一個比較重要的關注點，現(xiàn)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(zhèn)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(zhèn)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(tǒng)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(tǒng)生物處理工藝相結(jié)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(qū)，各自發(fā)揮自己的分區(qū)功能。可根據(jù)進水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求，控制總回流比（內(nèi)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(shù)一般在100以下，正是在這樣的環(huán)境中可有效抑制絲狀菌繁殖，發(fā)生污泥膨脹的概率低，泥水分離效果較好。由于各區(qū)（厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)）是有明顯的分隔，有利于不同環(huán)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(qū)，可以實現(xiàn)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(yè)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(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后缺氧區(qū)和后好氧區(qū)組成。采用分段進水，一部分（約10%）進入預缺氧區(qū)，另一部分（約90%）進入?yún)捬鯀^(qū)。同時，可根據(jù)進水水質(zhì)實際情況，分配各區(qū)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(qū)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(huán)境下發(fā)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(qū)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(tài)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(qū)的溶解氧帶入，消耗進水中有限的碳源。

另外，在好氧區(qū)回流點前設置消/低氧區(qū)，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(tǒng)尤為顯著。同時，設置低氧過渡區(qū)，有利于第二缺氧區(qū)反硝化。

3 、MSBR系列工藝

MSBR技術起源于80年代，是連續(xù)流反應器，其本質(zhì)是A2/O工藝+ SBR工藝。該工藝可利用SBR工藝的優(yōu)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(tǒng)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(qū)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(huán)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(qū)，下層污泥至預缺氧區(qū)，消除硝酸鹽的影響后至厭氧區(qū)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(huán)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(huán)流動，其流態(tài)呈完全混合和推流相結(jié)合的狀態(tài)。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(guī)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(fā)展限制。近來由于曝氣裝置的更新?lián)Q代及控制系統(tǒng)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(zhuǎn)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(jù)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(jīng)過預處理的污水經(jīng)過膜組件內(nèi)部，形成錯流過濾，可有效避免膜污染的發(fā)生。經(jīng)過膜組件的污水分成濃水和淡水兩部分，淡水即為系統(tǒng)出水，大量大分子物質(zhì)被截留在濃水中。其特點是：出水水質(zhì)穩(wěn)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(zhì)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(xiàn)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(zhuǎn)來實現(xiàn)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(zhì)截留在污水中，并在池內(nèi)進行曝氣，使得污水在池內(nèi)呈紊流狀態(tài)，實現(xiàn)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(yōu)點。另外，MBR易于從現(xiàn)有的傳統(tǒng)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(zhì)效果較好，可同時實現(xiàn)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(xiàn)更高要求的水處理。

MBR工藝具有出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、可高效去除氨氮及難降解有機物等優(yōu)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(xiàn)，會縮短膜組件壽命，一般3～5年就需更換，能耗高等。

三、結(jié)語

隨著經(jīng)濟和技術的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)污水處理生物脫氮除磷新理論和新技術也在不斷出現(xiàn)，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(zhèn)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(fā)，經(jīng)過經(jīng)濟和技術分析比較確定。同時，應借鑒經(jīng)過實踐檢驗和大規(guī)模應用的成功案例。這樣才能有效的解決城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的水環(huán)境污染問題，從而有效實現(xiàn)長期、穩(wěn)定的共贏局面。