淺析強化城市污水脫氮除磷效果的途徑及發展方向

＊曾海防

（廈門綠灣環保科技有限公司 福建 361100）

隨著經濟社會快速發展和人民生活水平不斷提高，對于水環境質量要求越來越嚴格。目前我國污水處理工藝主要有活性炭吸附—生物處理工藝、混凝沉淀法、氧化溝等技術路線。由于這些方法具有投資大、運行費用高等特點，而且存在著難以降解有機物、出水不達標、二次污染嚴重等缺點。隨著經濟和社會的快速發展以及人民生活水平的提高，人們對飲用水質量提出了更高要求并逐漸意識到“健康飲水是最基本的需求之一”。因此，如何實現高效低耗地完成污水凈化已成為當今社會關注的焦點問題之一。本文以福州地區某污水廠為例，通過對該污水廠中產生的大量含有氨氮、亞硝酸鹽氮及磷酸鹽氮等污染物質的廢水進行調研，結合相關資料，對其進行系統分析與總結；在此基礎上，從源頭入手，針對性地制定出相應措施來解決實際工程中出現的難題，進而為今后類似項目提供一定的參考價值。

1.城市污水脫氮除磷工藝的研究意義

福建省在我國污水處理行業中，對于脫氮除磷工藝的應用是非常廣泛的。但是目前還沒有一個統一的標準來衡量其優劣勢和適用范圍。因此需要相關部門進行深入研究、分析、總結，制定出一套適合本地區實際情況的技術規范。通過這種方式可以使得廢水處理工作更加規范化、合理化，并且也能夠有效地提高處理效率。隨著社會經濟水平不斷提升以及人們環保意識的增強，生活用水量越來越大，所以針對于工業廢水的處理就顯得尤為重要了。而目前常用的方法就是生化處理法，它具有很強的實用性。但是由于該項技術的投資較大、運行費用高，所以會產生大量的水污染問題，不僅影響到水資源環境的保護與可持續發展，同時還會造成二次污染，增加企業生產成本，降低企業效益；另外，在對污水進行處理時，還要考慮到污水中含有多種有害物質，如果不及時將這些物質去除干凈，那么將會導致水質惡化甚至出現惡臭味等不良現象，從而威脅人類身體健康。為了保證出水水質達標排放，必須要建立完善的污水處理系統。因此，加強對污水處理工作是非常必要的，這樣才能夠使其發揮出應有的作用和價值，并且可以促進我國環境保護事業的進步和發展。通過科學合理地利用先進科學技術來提高污水處理效率，進而達到節能減耗的目的。此外，還能夠進一步提高資源回收率，避免環境污染問題發生以及污染物擴散，最終實現經濟效益和社會效益雙豐收的目標。

2.城市污水脫氮除磷效果的途徑

(1)SBR改良新工藝

如圖1，在傳統污水處理廠中，通常采用活性炭吸附工藝對氨氮進行去除。但是由于活性炭具有較強的吸水性和易老化等缺點，因此很難滿足實際應用要求；而且活性碳吸附劑需要消耗大量的能源成本以及水資源成本。為了解決上述問題，研究人員將生物膜技術引入到了污水處理當中，并取得良好的成效。生物膜是指利用微生物細胞壁作為主要材料制成的一種新型水體凈化系統，其通過引入一些特殊物質來改善水質、降低成本，從而達到高效除磷的目的。該項技術可以有效地提高廢水的可生化性，同時也能夠實現污泥減量化與無害化處理的目標，使整個系統更加穩定可靠，避免出現堵塞現象發生。此外，還可以根據不同季節的變化情況調節曝氣強度，以保證出水水質符合標準。目前常用的生物膜工藝有兩種：好氧一AAO工藝流程、厭氧一AAO工藝流程，工藝流程如圖1所示，首先在缺氧區設置好氧反應塘和厭氧反應塘來對有機污染物進行去除；然后再進入缺氧區，經過好氧段后進入厭氧區，最后進入缺氧區。

圖1 SBR改良工藝流程示意圖

(2)A/A/O倒置工藝

如圖2，該工藝是在傳統生物除磷工藝基礎上進行了優化升級而成的一種新型高效處理工藝。其主要原理為：將活性炭投加到進水中與氨化菌混合,通過反硝化細菌作用使污水中的有機物轉化為無機鹽類物質（氨氮和磷酸根等）；然后再經過好氧反硝化作用去除其中的有機污染物質。此外，還可以用于處理含磷廢水、生活污水等，并且具有較強的抗沖擊負荷能力，可實現對高濃度有機廢水處理的同時也不會造成二次污染，因此受到了廣泛應用。但是由于進水COD濃度低以及出水水質波動大等原因導致該技術應用過程中會產生一定的能耗問題，所以需要消耗大量的資金投入，這是目前大多數企業所不愿意采用的一項工藝。但是從經濟性方面考慮，實際上它是一個非常有效的解決方案。

圖2 倒置A/A/O倒置工藝示意圖

(3)A/A/O改良工藝

在該工藝中，主要采用了以下措施來實現對污水處理過程中氨氮和總磷量的去除率。首先是通過添加石灰石作為碳源、微生物菌劑以及生物膜等物質，將其轉化成無機鹽類物質并儲存起來以達到降低COD濃度的目的；然后再利用好氧活性污泥技術，將其中所含有的有機物進行分解，使得污泥得到凈化處理，從而提高整個系統對氨氮和總磷的降解效率；最后就是通過投加化學藥劑來調節水體的酸堿度，進而有效地減少水中的營養成分，實現對污水處理過程中的氮磷污染問題，同時也能夠為后續的生化處理創造良好的環境條件。此外，還可以根據實際情況適當調整進水水質、水量以及pH值等參數，以此來保證出水達標且滿足排放要求，這就為后續的穩定運行管理工作奠定了堅實的基礎。但是該方法在應用時需要注意以下兩點：①因為本法主要是依靠微生物的代謝作用而起到去除廢水中的氨氮與磷酸根等雜質的功能，所以在實際操作時會受到很多因素的影響，如溫度變化、pH值改變、濁度增加等都會導致最終出水的質量不符合要求，因此必須要做好前期的準備工作；②在整個系統運行期間，應該嚴格控制好各環節之間的關系，尤其是厭氧階段和缺氧階段。首先，通過調節曝氣池內的空氣流量，使得底部產生足夠多的氧氣氣泡，然后利用膜生物反應器將其中的有機物分解成CO2和水，并及時排出，最后再經過沉淀得到高質量的沼液[1]。這種方法不僅可以對污水處理效率進行有效提升，同時也能夠保證出水水質達標。但是由于其成本較高且占地面積較大，目前還沒有被廣泛地使用。

此外，如果采用傳統的活性污泥法來進行處理，則無法實現對污水處理過程中所出現的各種問題進行解決，從而達不到理想化的污水凈化效果。但是由于污水處理站的進水COD濃度較高且含有大量的懸浮顆粒物質，如果直接采用傳統的絮凝劑進行硝化反硝化處理則無法滿足出水要求，因此可以使用改良的A/A/O工藝來實現，工藝流程見圖3。在該工藝當中，首先通過曝氣使得底部的好氧區與缺氧區之間產生了一個相對平衡的狀態，然后利用好氧區中微生物的代謝作用將廢水中的氨氮轉化為硝酸鹽、亞硝酸鹽等無機物以及溶解性有機污染物，進而降低了污泥負荷；同時,還能夠有效提高水體的可生化性和生物降解能力，從而進一步提高了污水的凈化性能，并且還能夠減少化學需氧量的排放量，最終達到了改善水質的目的，而且也不會增加二次污染的風險[2]。

圖3 改良A/A/O工藝示意圖

3.福建省污水脫氮除磷工藝的發展方向

（1）優化進水水質。根據不同地區的實際情況和當地的經濟水平來選擇合適的處理工藝，并對出水進行嚴格控制；在設計過程中要考慮到廢水的排放標準、水量以及水體的酸堿度等因素，保證出水能夠達到國家規定要求。同時還需要注意好污水處理站的建設與維護工作，確保其穩定性，提高污水處理能力和效率，減少后續運營成本[3]。福建省某污水處理廠屬于小型企業，主要是為了滿足周邊地區居民日常生活需求而設立的，后期運行管理也比較困難，因此要想實現高效節能降耗就必須加大資金投入力度，引進先進的污水處理技術。例如,可以采用生物膜反應器法對污水進行深度處理，從而有效降低成本。另外，還可以利用活性炭吸附劑對污水中有機物進行去除。此外，還可通過添加一些化學藥劑或者微生物菌群的方法來提升污水處理質量，進而促進企業的健康發展。

（2）加強技術創新力度。要想實現污水處理效率最大化，就必須加大資金投入力度，引進先進的科學技術，不斷地提升我國污水治理技術水平，從而使得污水處理質量得到進一步提高。與此同時，相關部門應當重視對于新科技的研究，積極開展技術推廣活動，鼓勵企業將最新的技術引入污水處理當中。例如，可以采用生物膜反應器來處理生活污水，該種方式不僅具有良好的經濟效益而且也有較高的社會效益，可有效解決當前污水處理問題，為人們提供一個綠色環保的生產環境[4]。除此之外，還可以通過微生物降解技術來處理污水，這種方法主要是利用生物細胞自身的代謝作用來分解有機物，然后再把這些物質轉化成無機鹽，最后再經過沉淀過濾之后用作肥料或其他用途。在實際應用過程中需要注意以下幾點：首先要保證污水處理系統的穩定性和安全性；其次就是要定期對系統內的水體以及沉積物等進行清理工作；第三就是在運行期間必須要保持一定的水量以便于后續使用；第四就是在污水處理過程中要嚴格控制好進水濃度，并根據不同水質情況采取相應的措施進行控制，這樣才能夠更加高效合理的實現污水凈化目的，進而達到節能降耗的目的[5]。

（3）加強生物除磷技術研究與開發力度，積極探索新工藝、新材料，不斷改進現有的生化反應設備，提高處理效率。目前，國內外已經有很多學者針對生物除磷技術展開了大量的研究工作，其中最為典型的代表為美國“Aquabio”公司研發的厭氧-好氧組合工藝技術，該項技術可以有效地將廢水中的磷元素去除。在此過程中，首先通過曝氣池對有機污染物和無機營養物質充分混合后再經沉淀池進一步分離出磷源物質；其次，利用活性污泥作為載體，借助微生物自身的代謝作用來分解水樣中的有機污染物；最后，經過一系列的化學反應之后制得最終產品——磷酸鹽或硝酸鹽等。從以上分析來看，當前我國污水處理行業所使用到的一體化厭氧-缺氧聯合處理系統主要是以硝化細菌為主體的，這種方式不僅能夠高效地完成糞尿氨氧化菌的生長繁殖以及產甲烷作用，而且還具有很強的抗沖擊能力，并不會產生二次污染。目前，福建省內已建成投產了多座大型沼氣工程項目，其中包括福建某公司建設的年產30萬t/a的生物質能發電項目、福州某公司建設的年產20萬m3/h的生物質氣化站、龍巖市某公司建設的年產10萬m3/d的生物柴油加氫站、莆田市某公司建設的年產5萬噸的生物有機肥生產基地等等，這些項目都取得了較好的經濟效益，和社會效益但在實際運行過程中仍然存在著一些問題亟待解決[6]。

針對上述問題本文將對該領域的研究工作進行簡要闡述。首先，應加強相關基礎理論知識的學習與研究，特別要注重污水處理技術的創新；其次，應加大對新型污水處理設備的研發投入力度，使之更好地適應現代化污水治理要求；再次，應結合實際情況選擇合適的污水處理技術來提高污水處理效率和質量；最后，應積極探索建立以政府引導為核心，企業參與為支撐，市場驅動為主線的污水處理產業鏈,并通過“產學研用”相結合的方式，推動我國污水處理行業向著“資源節約型、環境友好型”的可持續健康發展模式邁進。

4.結論

綜上所述，通過對福建省污水處理廠運行現狀及存在問題分析可知，在當前階段應當加強對于脫氮除磷技術的研究和推廣應用。首先，針對目前我國大部分地區仍然以生物法為主導進行污水處理時所產生的大量污泥以及難以降解有機物等情況而言,可以將其作為重點解決對象；其次，由于微生物本身具有一定的抗逆性、適應能力強且代謝能力較強等特點，因此可采用人工接種或者是培養液投加方式來實現對于有機物的有效去除；最后，還應注意到硝化菌與反硝化細菌之間會形成一種協同作用，這就使得兩者之間能夠相互促進，共同提高對于污染物的降解效率并降低成本投入。同時也需要結合實際情況來進一步優化工藝流程并且提高出水水質標準，從而實現對有機污染物的有效去除。此外還要注意的是,要充分考慮到不同區域所面臨的實際環境差異性、經濟水平及其他因素影響，進而制定出科學合理的廢水處理方案，使得整個污水處理廠的運行成本得以降低，最終達到提升污水處理效率與效益的目的。