污水處理廠脫氮除磷工藝應(yīng)用研究

孟慶影

摘要：分析了氮磷對(duì)水體環(huán)境的影響以及水體中氮磷的主要來(lái)源，就我國(guó)當(dāng)前污水處理廠脫氮除磷現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對(duì)脫氮除磷工藝在我國(guó)污水處理廠中的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討，分析了各種工藝的優(yōu)劣以及在我國(guó)污水處理廠的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：脫氮除磷；污水處理；水體污染

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）17021002

生活及工業(yè)污水的排放，對(duì)水體環(huán)境的好壞具有重要的影響。其中，污水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的超標(biāo)排放是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一。水體富營(yíng)養(yǎng)化造成了浮游藻類(lèi)的迅速、大量繁殖，易形成藻類(lèi)大面積爆發(fā)成災(zāi)事件。

有鑒于我國(guó)水環(huán)境污染的嚴(yán)重性，我國(guó)對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)力度不斷加強(qiáng)。有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于氮磷的排放要求也越來(lái)越嚴(yán)格。新建的污水處理廠需要考慮對(duì)氮磷的排放控制，而已建的污水處理廠則需要進(jìn)行升級(jí)改造，增強(qiáng)或強(qiáng)化脫氮除磷的功能。

1氮磷對(duì)于水體環(huán)境的影響

適量的氮磷對(duì)于促進(jìn)水生植物及微生物的生長(zhǎng)具有重要作用，對(duì)保持水環(huán)境的平衡也具有一定的作用，但過(guò)量氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體中，則會(huì)使水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化，使水體中的浮游藻類(lèi)大量繁殖，甚至是爆發(fā)性繁殖，產(chǎn)生“水華”現(xiàn)象?！八A”現(xiàn)象即是水污染的明顯表現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步加劇水體的污染。藻類(lèi)的大量或爆發(fā)性繁殖，會(huì)在水面形成或厚或薄的覆蓋性藻類(lèi)漂浮物，造成水體缺氧，引起水生動(dòng)物窒息而死。有些藻類(lèi)還會(huì)產(chǎn)生有害毒素，使水生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，造成生物多樣性的減少。

水體富營(yíng)養(yǎng)的指標(biāo)三類(lèi)，營(yíng)養(yǎng)因子、環(huán)境因子與生物因子，其中，營(yíng)養(yǎng)因子是水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本原因，而在營(yíng)養(yǎng)因子中，氮磷則是最為關(guān)鍵的存在。因此，控制進(jìn)入水體的氮磷含量，對(duì)于解決水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題至關(guān)重要。

2水體中氮磷的主要來(lái)源

我國(guó)水體中的氮磷污染主要來(lái)自生活污染、農(nóng)業(yè)污染以及工業(yè)污染源。

生活污染源主要是指來(lái)自城市中的污染物，如人的排泄物、食品廢物以及各種合成洗滌劑。在此類(lèi)廢物中，含有大量的氮磷物質(zhì)，若未經(jīng)處理或處理不嚴(yán)格進(jìn)入自然水體，則會(huì)成為水體中的氮磷污染源。

農(nóng)業(yè)污染主要是指化肥的大量或是過(guò)量使用，流失率過(guò)高造成的污染。眾所周知，化肥的主要成份就是氮磷，農(nóng)業(yè)中不經(jīng)控制大量或過(guò)量使用化肥，造成化肥的流失率極大，進(jìn)入水體后極易成為水體氮磷污染源。

工業(yè)污染主要是指食品加工業(yè)、化肥生產(chǎn)企業(yè)形成的工業(yè)廢水，其中含有大量的氮磷，若未經(jīng)處理或是處理不當(dāng)直接排入水體中，對(duì)于水體的氮磷污染具有重大的影響。

3我國(guó)污水處理廠脫氮除磷現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)于城市污水處理廠的建設(shè)始于上世紀(jì)20年代的上海，新中國(guó)成立后的70-80年代我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)。在初期建設(shè)的城鎮(zhèn)污水處理廠，其處理工藝均采用了活性污泥法技術(shù)，主要是處理的是城市污水中的有機(jī)污染物及懸浮物，對(duì)于污水中氮磷的處理能力比較弱，去除率較低。之后在20世紀(jì)80年代初，一些污水處理的新工藝開(kāi)始在污水處理廠中得到應(yīng)用，但整體上來(lái)說(shuō)，這一階段我國(guó)污水處理廠在脫氮除磷工藝上還處于較低的水準(zhǔn)。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)水體環(huán)境污染的不斷加劇，在污染治理上開(kāi)始加大力度，先后出臺(tái)了《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》以及《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》等，對(duì)于水體中氮磷標(biāo)準(zhǔn)值提出了明確的要求。這一時(shí)期，我國(guó)在污水處理廠的建設(shè)上，對(duì)于脫氮除磷的工藝要求也越來(lái)越嚴(yán)格，新建污水處理廠必須考慮對(duì)氮磷的控制，而已經(jīng)建成運(yùn)行的污水處理廠，則需要進(jìn)行相應(yīng)的脫氮除磷工藝改造。

4脫氮除磷工藝在我國(guó)污水處理廠中的應(yīng)用

4.1氧化溝工藝

氧化溝工藝是具有工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便等特點(diǎn)，而且處理費(fèi)用較低，與其它工藝相較，具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力、出水水質(zhì)好、剩余污泥少、構(gòu)筑物少等優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)，氧化溝工藝應(yīng)用較多的有卡魯塞爾（Carrousel）氧化溝、奧貝爾（Orbal）氧化溝、三溝式氧化溝以及DE型氧化溝等。

卡魯塞爾（Carrousel）氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開(kāi)發(fā)研制的，具有投資省、處理效率高、可靠性好、管理方便和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在世界各國(guó)都得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的昆明第一污水處理廠、珠海香洲污水處理廠、中山污水處理廠以及重慶北碚污水處理廠都采用了此種工藝。

奧貝爾（Orbal）氧化溝工藝是美國(guó)USFilter Envirex公司開(kāi)發(fā)并擁有的工藝技術(shù)，該工藝非常適用于污水常規(guī)二級(jí)生物處理，目前，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該種工藝的自行設(shè)計(jì)與設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，北戴河西部污水處理廠以及溫州中心區(qū)污水處理廠均應(yīng)用了該種工藝。

三溝式氧化溝又稱(chēng)為T(mén)型氧化溝，是一種典型的氧化溝構(gòu)造形式，這種工藝具有流程簡(jiǎn)單、建設(shè)投資小、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不需要另設(shè)一次、二次沉淀池和污泥回流裝置，在一定程度上避免了氧化溝工藝占地面積大的弊端。我國(guó)邯鄲東郊污水處理廠、蘇州新區(qū)污水處理廠、深圳濱河污水處理廠以及羅芳污水處理廠二期都采用了這種工藝設(shè)計(jì)。

DE型氧化溝工藝是一種雙溝系統(tǒng)，與三溝系統(tǒng)類(lèi)似，不同之處在于DE型氧化溝系統(tǒng)有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。西安北石橋污水處理廠就是采用了該種工藝。

氧化溝技術(shù)從問(wèn)世以來(lái)就得到了廣泛的關(guān)注，歐洲目前約有上千座氧化溝污水處理廠在運(yùn)行，我國(guó)從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外氧化溝技術(shù)，消化吸收發(fā)展至今，氧化溝工藝已成為我國(guó)城市污水處理的主要工藝之一。

4.2A/O工藝的應(yīng)用

A/O工藝具有較好的脫氮除磷效果，在20世紀(jì)80-90年代是城市污水處理中脫氮除磷的主流工藝。A/O工藝包括了A/O除磷工藝與A/O脫氮工藝，通常除磷效果可達(dá)到90%以上，脫氮效果在80%以上。該工藝不需外加碳源脫氮，又能充分實(shí)現(xiàn)反硝化且易于控制污泥膨脹，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，在我國(guó)早期的污水處理廠中具有廣泛的應(yīng)用。如天津東郊污水處理廠、北京高碑店污水處理廠以及杭州四堡污水處理廠、沈陽(yáng)西郊污水處理廠等。

A/O工藝在污泥沉降和磷的去除上具有明顯的效果，但因其工藝控制有限，在發(fā)生硝化作用時(shí)會(huì)降低除磷效果。此外，A/O工藝的溫度及進(jìn)水負(fù)荷低時(shí)，微生物的代謝能力會(huì)減弱，污泥生長(zhǎng)會(huì)變慢，對(duì)于除磷效果具有較大影響。

4.3A2/O及其改進(jìn)工藝的應(yīng)用

A2/O工藝是我國(guó)常用的同步脫氮除磷工藝，其在只有除磷功能的A/O工藝中加了一個(gè)缺氧池，實(shí)現(xiàn)了脫氮除磷的同步進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉，因此在我國(guó)的污水處理廠中得到了廣泛的應(yīng)用。昆明第二污水處理廠、廣州大坦沙污水處理廠、西安鄧家村污水處理廠都應(yīng)用了該工藝。但采用此種工藝不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)高效的脫氮除磷，其工藝本身存在的缺陷，即硝化菌、反硝化菌以及聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、碳源需求上存在著矛盾與競(jìng)爭(zhēng)，很難在同一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)氮磷的同時(shí)高效去除。

為解決A2/O工藝固有的缺陷，很多研究者們進(jìn)行了多方面的研究對(duì)該工藝進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，其中，我國(guó)取得了兩項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，即倒置A2/O工藝與A-A2/O工藝。

倒置A2/O工藝是針對(duì)A2/O工藝缺氧池與厭氧池的排列位置而言，將其工藝位置倒置，將缺氧池置于厭氧池之前。倒置A2/0工藝在有沒(méi)有硝酸鹽回流條件下均可運(yùn)行，工藝環(huán)境有利于微生物形成更強(qiáng)的吸磷動(dòng)力，所有污泥都將經(jīng)歷完整的釋磷和吸磷過(guò)程使除磷能力得到增強(qiáng)。該工藝應(yīng)用效果較好的有江蘇常州清潭污水處理廠、常州北城污水處理廠、青島李村河污水處理廠等。

A-A2/O工藝是在厭氧池前增設(shè)缺氧池，原A2/O工藝通過(guò)分隔厭氧池與原污水，可以很容易的改造為A-A2/O工藝。A-A2/O工藝充足的回流污泥停留時(shí)間保證了RAS中硝酸鹽的徹底反硝化，又能夠保證足夠的碳源，厭氧池中最低限度的硝酸鹽含量使得除磷效果得到了加強(qiáng)。山東泰安污水處理廠、青島團(tuán)島污水處理廠應(yīng)用該工藝取得了良好的脫氮除磷效果。

4.4SBR工藝及其改進(jìn)型的應(yīng)用

SBR工藝是通過(guò)自動(dòng)控制程序，在時(shí)間序列上形成A2/O系統(tǒng)，具有經(jīng)濟(jì)高效、控制靈活的特點(diǎn)，在脫氮除磷方面效果良好，適用于中小水量的污水處理廠。

典型SBR工藝存在一定的技術(shù)問(wèn)題，首先，間歇進(jìn)水、間歇曝氣方式，鼓風(fēng)曝氣機(jī)由于間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，頻繁啟停，使得整個(gè)工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性受到較大的影響，曝氣階段反應(yīng)池的利用率也比較低；其次，由于間歇進(jìn)水的原因，自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與順序進(jìn)水閘閥的安裝變得較為復(fù)雜，當(dāng)進(jìn)水量較大時(shí)，需要并聯(lián)運(yùn)行多套反應(yīng)池，系統(tǒng)整體復(fù)雜性增大；第三，對(duì)于一些具有較高濃度的難降解有機(jī)廢水反應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)。為了解決以上問(wèn)題，眾多研究者們進(jìn)行了對(duì)典型SBR工藝的改進(jìn)變型，比較成熟的工藝有ICEAS工藝、DAT-IAT工藝、CASS工藝等。

ICEAS工藝最大的特點(diǎn)是在反應(yīng)器的進(jìn)水端加了一個(gè)預(yù)反應(yīng)區(qū)，運(yùn)行方式為連續(xù)進(jìn)水、間歇排水，預(yù)反應(yīng)區(qū)可起調(diào)節(jié)水流的作用，主反應(yīng)區(qū)是曝氣、沉淀的主體。ICEAS工藝也可看作是連續(xù)進(jìn)水、間歇排水的SBR工藝。昆明第三污水處理廠便采用了此種工藝，運(yùn)行效果良好。

DAT-IAT工藝在同一個(gè)反應(yīng)池中設(shè)置DAT池和IAT池，以導(dǎo)流墻相隔。DAT池連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)曝氣，保持了系統(tǒng)的水力均衡，有效提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且連續(xù)曝氣加強(qiáng)了對(duì)難降解有機(jī)物的降解，縮短了對(duì)高濃度有機(jī)廢水的處理時(shí)間，相應(yīng)也縮短了鼓風(fēng)曝氣機(jī)的運(yùn)行時(shí)間；此外，DAT池的連續(xù)進(jìn)水，利用普通的污水泵就能實(shí)現(xiàn)該操作，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。該工藝在天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠以及撫順三寶屯污水處理廠取得到較好的應(yīng)用效果。

CASS工藝做為SBR工藝的改進(jìn)型，是在SBR池內(nèi)進(jìn)水端增加了一個(gè)生物選擇區(qū)，也就是預(yù)反應(yīng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水，間歇排水。整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、排水等過(guò)程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)。北京航天城污水處理廠采用了此工藝。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)環(huán)境問(wèn)題的日益突出，我國(guó)對(duì)于水體環(huán)境的治理也在不斷加強(qiáng)，對(duì)于污水處理廠脫氮除磷的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，也些早期建設(shè)的污水處理廠也面臨著脫氮除磷功能的改造問(wèn)題。綜合對(duì)目前污水處理廠脫氮除磷工藝的應(yīng)用狀況，A2/O工藝及其改進(jìn)型、氧化溝工藝、SBR工藝及其改進(jìn)型是目前應(yīng)用范圍廣且應(yīng)用效果比較好的選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]汪昆平，鄧榮森，李偉民等.氧化溝脫氮除磷強(qiáng)化途徑[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（06）：7983.

[2]包少可，羅丹，李正陽(yáng).A2/O脫氮除磷工藝及其變型工藝比較分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2011，（06）：6265.

[3]馮少茹.SBR脫氮除磷工藝分析及研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，（34）：27.