城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺的选择分析

姜均达 吴勇远

桂林市排水工程管理处

城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺的选择分析

姜均达 吴勇远

桂林市排水工程管理处

现代社会工业发展迅速，导致城市污水增多，严重危害着居民的日常生活。因此，选择一种快速有效的处理城市污水的环保办法是解决居民生活与城市发展矛盾的途径。同步生物脱氮除磷工艺的诞生为上述矛盾的解决提供了较为可靠的选项。本文首先概述了工业污水的危害以及水体富营养化的后果；分析了污水脱氮技术以及污水脱磷技术的原理；在以上的基础上比较了同步脱氮除磷工艺；最后得出了MUTC工艺同步生物脱氮除磷方案能够发挥其最大的效果，实现污水处理能力的提高的结论。为今后污水处理提供技术参考。

污水处理；脱氮技术；除磷技术；同步脱氮除磷工艺

1 概述

当今经济社会的快速发展，在促进了工农业的飞速进步及人口急剧增长的同时，赖以生存发展的水资源正在经受着各种各样的污染。由此，工农业生产所排出的废水对水资源的污染越来越受到人们的关注，尤其是氮磷等元素对水资源的污染。氮磷是作为生物体的重要营养元素随污水进入水体后会引发水体富营养化。

水体富营养化会造成的后果有藻类的过度生长繁殖，同时造成水中的溶解氧的急剧降低，导致在一定时间内水体严重缺氧，严重影响着鱼类的生存生长；同时藻类在生长过程中向水体内排放有毒物质（比如藻青脘、不定腔球藻等），影响鱼类的生存。如果人蓄不慎饮用容易致消化道炎症。随着藻类的生长，它们在水体中占据的空间会逐渐增大，占据大量的水体空间、阻塞水道，鱼类的活动空间随之减少，严重影响着鱼类的生存生长。而沉于水底的死亡藻类在缺氧状态下腐化、分解使水体变黑、变臭。因此污废水中氮、磷的处理已成为当前废水处理中急需解决的问题。

利用生物除氮是根据好氧和厌氧的不同状况，在好氧条件下，水中的氮元素在硝化菌作用下变成硝酸盐氮，随后在缺氧条件下，硝酸盐氮在反硝化菌的作用变成氮气逸出；利用生物除磷就是利用聚磷菌类的细菌的特点，在厌氧的状态释放磷，在好氧状态从污水中摄取磷，并将磷元素以聚合的形态贮藏在体内，形成高磷污泥排出，以达到除磷的效果。根据以前污水处理的经验的情况探讨该厂生物脱氮除磷的可行性。

2 生物脱氮的基本原理

根据传统的生物脱氮理论，可以将生物脱氮的过程分为三个阶段，这三个阶段分别是：氨化阶段、硝化阶段和反硝化阶段。其中氨化阶段的主要内容是好氧或异养型微生物将污水中一些富含氮质的有机物氧化并分解为氨氮；硝化阶段的主要内容是硝化菌将氨化阶段产生的氨氮转化为N和N（即硝化反应）。反硝化阶段的主要内容是反硝化菌将硝化阶段产生的N和N还原为N2（即反硝化反应）。生物脱氮的主要工艺流有：传统脱氮工艺、缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统、两级活性污泥法脱氮工艺及氧化沟工艺。

1）硝化反应：分为亚硝化与硝化两个步骤进行，其中亚硝化是由自养型亚硝酸盐细菌完成，硝化是由自养型硝酸盐细菌完成。由于该两种硝化菌对环境的变化都非常的敏感，这也导致其对环境的要求比较苛刻，主要如下：

A好氧条件（DO≥1mg/l），并保持一定碱度以维持稳定的PH值（适宜的PH为8.0～8.4）；

B硝化反应的适宜温度是20℃～30℃，如果温度低于15℃，则会导致硝化反应的速率下降，温度小于5℃时，硝化反应则会完全停止。

C浸入水中的有机物的浓度要适宜；

D污泥龄（硝化菌在反应器内的停留时间）必须大于它的最小世代时间（一般为3～10天）

2）反硝化反应

A碳源：污水中的碳源主要有两个一是污水中的有机物，二是外加碳源。当污水中的C/N大于3～5时，可认为是碳源充足，无需再外加碳源，如果碳源不充足则多采用外加甲醇；

B酸碱值：适宜的PH是6.5—7.5，PH值高于8或者低于6，则会大大影响反硝酸的效率;

C溶解氧:反硝化菌在缺氧条件下会发生反硝化作用，因此溶解氧应控制在0.5mg/l以下；

D温度：最适宜温度为20～40℃。低于15℃其反应速率会大大降低。

3 生物除磷的基本原理

生物除磷的关键要素是聚磷菌的超量吸磷现象：在厌氧条件下，聚磷菌能够将内部的有机磷转化成为无机磷并且加以释放，同时利用在这一过程中产生的能量从污水中摄取有机基质合成PHB颗粒；在好氧情况下，聚磷菌则会将PHB降解以获得摄取磷元素所需的能量，从而完成聚磷的整个过程。由此可知，生物除磷是污泥在厌氧-好氧交替运行的条件下通过磷的释放及对磷的摄取，最终通过剩余污泥的排放而完成的。

生物除磷的工艺的优点是运行成本低，污泥量少等，现逐渐在污水除磷的工艺中得到普及。根据生物除磷的机理可以将其处理工艺分为厌氧释磷和好氧摄磷两基本组成部分。A/O工艺钧存在生物除磷与生物脱氮中，但两工艺中的A段存在着明显额区别，生物除磷的A段属厌氧阶段，而生物脱氮的A段属缺氧。此外，在工艺运行方式上，生物脱氮的O段要有保证硝化的足够长度，并且要达到满足回流硝化氮的需要；而生物除磷的O段相对要短，以保证较高的污泥负荷也就是相对较短的泥龄，才能通过排除较多的剩余污泥以到达除磷的目的。

4 工艺方案比较

4.1 A2/O工艺

A2/O工艺是目前应用最普遍的同时脱氮除磷工艺，其基本工艺流程如图1所示。

图1：A2/O工艺图

厌氧池的污泥回流量是影响生物除磷效果的主要因素之一。传统的A2/O工艺中，从沉淀池回流到厌氧池的污泥会掺杂着一定量的NOX-，如果污泥的回流量大，导致的结果是带入的NOX-过多，抑制了厌氧池中的聚磷菌对磷的释放，从而影响整个系统的除磷效果；但是如果污泥回流量过小，进入厌氧池的聚磷菌就会相应减少，这同样会影响着系统的除磷能力。因此，这就需要在这个工艺中严格控制污泥回流量，国内通常将污泥回流量控制在进入流量的0.5～1.0倍内。

4.2 UTC工艺

与A2/O工艺相比，UTC工艺在A2/O工艺基础上，通过把沉淀池污泥回流到缺氧区，开发出了UTC工艺。其具体的工艺流程如图2所示。

图2：UTC工艺图

与A2/O工艺相比，UTC工艺在适当的COD/TKN比例下，在缺氧区的反硝化作用下，能使厌氧区回流到污泥中，但硝酸盐的含量接近于0。如果COD/TKN的比例较低时，缺氧区是无法实现完全脱氮，这就导致部分硝酸盐进入厌氧区，根据这种弊端下改进的UTC工艺，产生了新的UTC工艺。

4.3 MUTC工艺

MUTC工艺，即是改进的UTC工艺。该工艺需要两个缺氧池，第一个缺氧池接收二沉池的回流污泥；第二个缺氧池接收好氧区硝化混合液，这就能够使污泥的脱氮与混合液的脱氮有效的分开，从而进一步降低硝酸盐进入厌氧区的可能。

图3：MUTC工艺图

5 工艺方案的确定

对于以上三种同步生物脱氮除磷的工艺分析来看，每种工艺既有优点同时也存在一定的弊端，但均可实现同步污水脱氮除磷的处理目的。本论文所要处理的污水主要来源是工业废水，经过周密的工艺对比以及经济比较，作者认为改进的UTC工艺（即MUTC工艺）污水处理效果最佳，技术先进成熟，运转的方式灵活，运行稳妥可靠，动力效率高，动行成本低。

6 结束语

综上所述，在人民生活水平日益提高的大背景下居民对环境的要求越来越高，特别是对水资源的要求越来越严格。因此，国家以及各级地方政府正逐步加大在环保方面投入力度，提高污水处理能力将是关系国计民生的大事，而同步生物脱氮除磷工艺已成为污水治理工程的关键拓展领域，同时也为新时期提高我国污水治理水平提供了前提条件。在污水处理的过程中，同步生物脱氮除磷工艺可以提高污水处理效率及质量，减少有害物的排放量，避免了对城市环境的再次污染。还能在一定优化高新环保技术的基础上，减少人工劳动量同时降低劳动强度，降低污水处理成本，具有较好的“经济、社会、生态”效益。

[1]高廷耀,夏四清.城市污水生物脱氮除磷工艺评述[J].环境科学,1999，20(1)：110～112.

[2]王岽,刘德华,郦和生.限氧条件下的活性污泥脱氮过程研究[J].三峡环境与生态,2008,1(2)：30～33.

[3]张平.生物脱氮技术的研究进展[J].环境污染与防治,1997,19(4)：25-28.

姜均达（1986—），男，本科，江苏赣榆人，现工作于桂林市排水工程管理处，主要从事污水处理、自动监控设施运行维护管理方面的工作。