污水生物脱氮除磷改良技术

赵维妍 骆康 王天阳 寇长春 刘秉涛

摘 要：随着科技的发展，节能降耗的改良的脱氮除磷技术在国内外迅速发展。文章阐述了污水生物脱氮除磷的改良的技术，介绍了UCT技术、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、SBR改良工艺及CASS工艺等脱氮除磷技术，这些工艺运行灵活、费用低，解决因碳源不足、含NO2-或NO3-污泥回流等问题而影响脱氮除磷效果的新型技术，是今后污水脱氮除磷发展的方向。

关键词：生物脱氮除磷；同步硝化反硝化；短程硝化反硝化；改良

中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0168-03

Abstract： With the development of science and technology， the improved nitrogen and phosphorus removal technology of saving energy and reducing consumption is developing rapidly at home and abroad. In this paper， the improved technologies of biological nitrogen and phosphorus removal from wastewater are introduced， such as UCT technology， simultaneous nitrification and denitrification， short-cut nitrification and denitrification， improved SBR process and CASS process. These processes are flexible in operation and low in cost， able to solve problems such as insufficient carbon source and NO2- or NO3- sludge backflow， which impact the effect of nitrogen and phosphorus removal， therefore it is the development direction of wastewater nitrogen and phosphorus removal in the future.

Keywords： biological nitrogen and phosphorus removal； simultaneous nitrification and denitrification； Short-cut nitrification and denitrification； improvement

近年来我国水环境遭受了不同程度的污染，其中水体富营养化现象最为严重。造成水体富营养化的主要原因是氮、磷元素的超标排放，氮、磷元素主要来自未经处理或处理不完全的工业废水、城市生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥。氮、磷是水中生物的重要营养元素，但超过生物所需时，就会使水体中的藻类及浮游生物过量繁殖，大量消耗水体中溶解氧（DO），使水体中鱼类及其他水生生物因缺氧而大量死亡，生物多样性降低，水的透明度下降，水质恶化[1]。与化学法和物理化学法相比，具有脱氮除磷功能的生物污水处理工艺因对有机物、氮和磷均有较高的去除效率、其运行费用低、污泥沉降性能良好等优点而广泛受到污水处理工程界的重视和青睐，特别是20世纪90年代以来，生物脱氮、除磷技术有了重大的发展。在传统生物脱氮除磷工艺，如A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺的基础上，间歇曝气、节省能耗的改良的脱氮除磷技术在国内外迅速发展。

1 UCT工艺（MUCT工艺）

UCT工艺是A2/O工艺的一种改造，是南非开普敦大学研究提出的脱氮除磷工艺，为了防止二沉池中的NO2-或NO3-进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷效率，该工艺将二沉池污泥回流到缺氧区而不是回流到厌氧池，同时增加从缺氧池到厌氧池的缺氧池混合液回流。由于缺氧池中反硝化作用已经降低了NO2-或NO3-浓度，进而缺氧池混合液不会破坏厌氧池的厌氧状态。许文峰等采用UCT工艺处理高浓度氨氮生活污水，稳定运行时，脱氮除磷效果较好，出水水质基本达到GB 18918-2002中的一级A排放标准[2]；韩琪等采用UCT工艺处理城镇污水，试验结果表明，稳定运行时，COD去除率大于80 %，NH3-N去除率大于90%，出水水质达到城镇污水处理厂一级B排放标准，同时具有良好的脱氮除磷效果[3]。

MUCT工艺是在UCT工艺的基础上，在厌氧池和好氧池之间又填加一个缺氧池，第一个缺氧池接受二沉池回流污泥，第二个缺氧池接受好氧池硝化的混合液，使污泥的脱氮与硝化混合液的脱氮分开去除，以减少NO2-或NO3-进入到厌氧区的可能性。

2 同步硝化反硝化工艺

同步硝化反硝化（SND）是指硝化反應和反硝化反应在同一反应器进行，从而达到生物脱氮的目的[4-5]。同步硝化反硝化现象有两种说法：第一种是物理学，是DO在传递过程中，由于微生物细胞结构的原因，使DO呈浓度梯度，造成好氧和缺氧状态，从而实现了同步硝化反硝化；第二种是生物学，好氧条件下，存在异氧硝化微生物和好氧反硝化微生物，从而使硝化反应和反硝化反应在同一反应器进行。与传统的生物脱氮工艺相比，同步硝化反硝化可以在同一反应器发生，使硝化反应产生的物质可以成为反硝化反应的底物，加快硝化反应速率；而且，反硝化反应中产生的碱度可以中和硝化反应中所消耗的碱度，不需要向反应器中另加物质，来调节pH值。

好氧条件下反生同步硝化反硝化现象存在各种不同的生物处理系统中，如于静洁等在氧化沟工艺应用研究进展中，阐明氧化沟可以发生同步硝化反硝化反应[6]；Liu等在氧化沟内，通过优化DO浓度等运行参数，稳定运行时，实现了同步硝化反硝化[7]。

3 短程硝化反硝化

短程硝化反硝化是利用亚硝化菌和硝化菌在动力学上的差异，将氨氮硝化反应控制生成NO2-，然后将NO2-直接反硝化生成N2，从反应系统中去除。短程硝化反硝化优于传统的生物脱氮在于：NH3直接氧化到NO2-，没有进一步氧化，消耗的O2低，节省能耗；NO2-生成速率比较快，反应迅速，可以减少反应时间[8]。由于NO2--N不稳定，很难累积，所以为了实现短程硝化反硝化，王淑莹等通过使pH控制在7.7-8.0之间，同时缩短曝气时间实现了亚硝态氮积累[9]。但由于控制过程比较繁琐，操作要求严格，所以很难在实际污水处理厂中应用。

4 SBR工艺及其改良工艺

SBR工艺是20世纪70年代初由美国Notre dame大学R. L. Irvine教授等初次提出的 [10]，是传统活性污泥的一种变形，不同于传统污水处理工艺，该工艺将生物降解、生化反应、沉降、排水集于一个反应器，属于间歇式运行，通过调控运行时间实现脱氮除磷。SBR工艺具有如下特点：（1）SBR工艺将生物降解、生化反应、沉降、排水集于一个反应器，节省构建物，费用低；（2）SBR工艺运行灵活，可以根据水质调整各个阶段的反应时间及条件状况；（3）反应池内厌氧、好氧处于交替状态，处理效果好；（4）污水在反应器内属于静止状态下沉淀，所需时间短，处理效率高，出水水质好；（5）耐冲击负荷，反应池内，在排水阶段时，有剩余的清水用来进行下一次进水的稀释，对污水有緩冲的作用，有效的抵抗污水中有机物的冲击；（6）反应池内存在DO浓度梯度，有效防止活性污泥膨胀。

SBR工艺由于其独特的优点而被广泛应用和研究，但该工艺也存在一定的局限性。比如，SBR工艺适用于间歇式的进出水处理系统，若需处理连续流的进水，SBR工艺就不再适用；若对出水水质要求严格或有特殊要求，如需要脱氮除磷则需要对SBR工艺进行适当的改进；若进水流量大，则需要调整反应系统，从而增大投资费用。传统或经典的SBR工艺逐渐衍生出各种新的变形，以解决如上述的不足。如， ICEAS工艺：该工艺是将SBR反应器进水端增加一个预反应区，起到调节水流的作用，后面为主反应区，主要是曝气和沉淀。该工艺是采用连续进水的运行方式，反应阶段、沉淀和滗水阶段均进水。污水进入预反应区，通过隔墙底部的连接口以平流流态进入主反应区，在主反应区中进行间歇曝气和沉淀滗水，成为连续进水、间歇出水的SBR反应池，使配水大大简化，运行更加灵活。刘杰等对城市住宅区生活污水处理工程采用ICEAS工艺作技术说明。得出，ICEAS工艺适用于污水流量变化大，短时间有机负荷和水力负荷冲击较大，水质的均匀性较差的城市住宅区生活污水[11-12]。

5 CASS（CAST）工艺

CASS工艺或CAST工艺，又称循环活性污泥工艺。该工艺在进水端增加一个预反应区，后面是主反应区，但该工艺的预反应区是生物选择器。在预反应区内，反应器的微生物通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、pH和有毒有害物质起到较好的缓冲作

用，同时抑制丝状菌的生长，有效防止污泥膨胀。

黄瑾针对处理城市污水的研究，选择采用CASS工艺处理城市污水，通过优化CASS工艺的操作参数，观察其处理效果。运行结果显示，CASS工艺可以有效去除有机物，通过硝化和反硝化作用，可以去除大量的氮，同时也能去除磷，出水氮、磷浓度都比较低；同时发现曝气阶段结束后，NH3、NO2-和NO3-浓度较低，说明该工艺具有同步硝化反硝化功能[13]。他的研究也为今后类似工艺设计与优化运行提供了新的模式。CASS工艺适用范围比较广，可应用于大型、中型及小型污水处理工程。

生物脱氮除磷过程中，影响生物脱氮除磷效率的因素众多，通过选取几个关键影响因素，在不同因素的范围内，观察生物脱氮除磷的效率，选取生物脱氮除磷效果最佳的因素范围，借助分子生物学技术，研究生物脱氮除磷工艺中的微生物群落结构及功能变化，不断优化工艺运行条件，提高脱氮除磷效率。

参考文献：

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