城镇污水处理生物脱氮除磷工艺简述

周彪

江苏东华市政工程设计有限公司 江苏 南京 210000

一、概述

由于我国城镇化进程的不断发展和新技术的广泛应用，城镇规模的不断扩大，城镇人口不断增加，城镇发展进程中居民生活污水和工业废水的排放量也在不断增加。此时，如果未经处理的污水直接排放到周围的河流中，势必会对周围水生态环境造成污染。污染的城镇水环境将对人们的生活和水生态造成极大的负面影响，其影响主要表现在以下两个方面：一方面会导致城镇的地下水污染和河流污染，对城镇居民的生活饮用水安全和工业生产用水产生较大的影响；另一方面，下河污水会对水中生物、植物构成巨大的威胁和破坏。

目前，公认的氮、磷超标是造成城镇水体富营养化，水中藻类过度生长繁殖，致使城镇水体污染的重要原因。因此，污水中氮、磷的有效去除并达标排放是城镇污水处理中一个比较重要的关注点，现阶段其主要去除方法有物化法和生物法。本文着重介绍以下几种常用的城镇污水处理生物脱氮除磷工艺。

二、污水生物脱氮除磷工艺

去除城镇污水中的氮磷多采用A/O、A2/O工艺及其改良工艺、SBR工艺（包括其变种工艺）、氧化沟工艺等，上述工艺均以传统生物脱氮除磷理论为基础。除此之外，还包括由膜分离技术和传统生物处理工艺相结合而成的MBR（Membrane Bio-Reacator）膜生物反应器工艺。

1 、A2/O工艺

A2/O既ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）。A2/O工艺是目前应用较广的污水生物脱氮除磷工艺，其特点是厌氧段、缺氧段和好氧段严格分区，各自发挥自己的分区功能。可根据进水水质和出水水质要求，控制总回流比（内回流比+外回流比），在充足的碳源前提下，最大脱氮率可达80%。

图1 A2/O工艺流程图

A2/O生物脱氮除磷工艺是在不同含氧量的水体中交替运行，污泥指数一般在100以下，正是在这样的环境中可有效抑制丝状菌繁殖，发生污泥膨胀的概率低，泥水分离效果较好。由于各区（厌氧区、缺氧区和好氧区）是有明显的分隔，有利于不同环境条件下，相应微生物种群的增值。基于以上原因，该工艺生物脱氮除磷效果好，目前应用较为广泛。

2 、改良A2/O工艺

改良A2/O工艺通过在A2/O工艺基础上增加不同的分区，可以实现高效的生物脱氮除磷，并且可通过精准投加碳源，提高碳源的利用效率。目前，改良A2/O工艺在处理市政污水及部分类型的工业废水中得到了较多的应用。

图2 改良A2/O工艺流程图

由其工艺流程可知，该工艺生物反应池主要由预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区、后缺氧区和后好氧区组成。采用分段进水，一部分（约10%）进入预缺氧区，另一部分（约90%）进入厌氧区。同时，可根据进水水质实际情况，分配各区进水量。另外，为消除回流污泥中硝酸盐对厌氧除磷的影响，回流污泥先进入预缺氧区与进水混合，利用进水中的碳源进行反硝化，去除部分硝酸盐。硝化液回流至缺氧池，后好氧池无需回流。后缺氧段的设置主要是提高脱氮率，后好氧段的设置一方面是消耗后缺氧段投加的碳源；另一方面是保证出水中含一定的溶解氧，避免二沉池在缺氧环境下发生反硝化，造成二沉池污泥上浮。为了提高脱氮率，满足出水TN达标，常在后缺氧区投加乙酸、乙酸钠、葡萄糖等碳源，从而进行反硝化反应去除硝态氮。

为了提高反硝化对TN的去除效果，须严格控制混合液回流比，回流比低，则NO3-不能完全的去除；回流比过高，则容易将好氧区的溶解氧带入，消耗进水中有限的碳源。

另外，在好氧区回流点前设置消/低氧区，将回流混合液DO降低至0.5 mg/L以下，该技术措施对高回流比系统尤为显著。同时，设置低氧过渡区，有利于第二缺氧区反硝化。

3 、MSBR系列工艺

MSBR技术起源于80年代，是连续流反应器，其本质是A2/O工艺+ SBR工艺。该工艺可利用SBR工艺的优点，无需设置二沉池，同时，操作控制较为灵活，可满足不同工况下的运行要求。

MSBR系统的运行原理如下：污水进入MSBR反应池的厌氧池与预缺氧池的回流污泥混合，聚磷菌在厌氧池的厌氧条件下进行释磷反应，缺氧池主要是反硝化细菌在缺氧条件下利用碳源和好氧区回流的硝化液进行反硝化作用去除TN。好氧池主要是在好氧条件下进行有机物降解、氨化反应、硝化反应和聚磷菌在好氧条件下进行磷的过量吸收。其后的SBRI池作为沉淀池，SBRII池可在好氧。缺氧的环境下交替运行。SBRII池的混合液回流至SBRI池，进行泥水分离，上层清液至缺氧区，下层污泥至预缺氧区，消除硝酸盐的影响后至厌氧区进行反应。

4 、氧化沟工艺

氧化沟的主要形式有：卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、双沟（DE型）或三沟式（T型）氧化沟。

顾名思义，氧化沟其实就是一个循环的沟渠，污水与污泥的混合液在动力设备的推动下，在其中不断的循环流动，其流态呈完全混合和推流相结合的状态。具有很好的生物脱氮除磷效果。由于氧化沟采用的曝气装置为表面曝气装置，因其充氧能力有限，所以水深受到限制，因此相同规模的情况下，使得占地较大，基建费用较大，因而受到了一定发展限制。近来由于曝气装置的更新换代及控制系统的升级，该工艺目前仍是生物脱氮除磷的主流工艺。

由于双沟式（DE型）氧化沟和三沟式（T型）氧化沟需要的自动化程度高，采用转刷曝气池深较浅，占地面积大，设备配置多，使一次性设备投资较大；奥贝尔氧化沟池深较浅，一般为4.3m左右，占地面积较大，因为池型为椭圆型，对地块的有效利用较差；卡鲁塞尔氧化沟水深可根据设备逐渐加大，虽然一定程度克服了氧化沟原有的占地大的缺点，但总体仍是占地偏大。

5 、膜生物反应器技术（MBR）工艺

膜生物反应器可分为分置式膜生物反应器和一体式膜生物反应器。

分置式膜生物反应器的原理是在外部高压作用下，使经过预处理的污水经过膜组件内部，形成错流过滤，可有效避免膜污染的发生。经过膜组件的污水分成浓水和淡水两部分，淡水即为系统出水，大量大分子物质被截留在浓水中。其特点是：出水水质稳定，操作管理简便，但运行能耗较高。

一体式膜生物反应器是将膜组件置于污水中，通过动力设备的负压抽吸，使得小分子及水通过膜，而污泥及大分子物质仍截留在污水中。一体式MBR利用曝气时气液向上的剪切力来实现膜面的错流效果，也有采用在一体式膜组件附近进行叶轮搅拌和膜组件自身的旋转来实现膜面错流效应的。常用的膜组件有管式膜、中空纤维膜、卷式膜和陶瓷膜等。膜生物反应器工艺可以直接将污泥及大分子物质截留在污水中，并在池内进行曝气，使得污水在池内呈紊流状态，实现膜组件表面的错流冲刷和清洗，可有效避免膜污染，延长使用寿命。与分置式膜生物反应器相比，一体式膜生物反应器所需占地小，能耗省等优点。另外，MBR易于从现有的传统活性污泥工艺进行改造，其在污水处理与中水回用中的技术研究倍受关注。

膜生物反应器的工作机理主要是以下几个方面：

（1）截留作用；

（2）吸附作用；

（3）架桥作用。

膜生物反应器常用微滤（MF）和超滤（UF）工艺，其膜孔径一般为微米级，对截留活性污泥及大分子物质效果较好，可同时实现沉淀和过滤的功能，故其后可不设二沉池和滤池，该工艺可与反渗透（RO）工艺连用，实现更高要求的水处理。

MBR工艺具有出水水质优质稳定、占地面积小、可高效去除氨氮及难降解有机物等优点；膜生物反应器也存在一些不足，如膜造价高，膜污染容易出现，会缩短膜组件寿命，一般3～5年就需更换，能耗高等。

三、结语

随着经济和技术的不断发展，城镇污水处理生物脱氮除磷新理论和新技术也在不断出现，同时，随着相关领域研究的深入，将有更多、更有效的新技术得到实际应用。城镇污水处理生物脱氮除磷工艺的选择应从自身实际情况出发，经过经济和技术分析比较确定。同时，应借鉴经过实践检验和大规模应用的成功案例。这样才能有效的解决城镇化发展带来的水环境污染问题，从而有效实现长期、稳定的共赢局面。