脫氮除磷新工藝在污水處理中的應(yīng)用研究

王 君

(山西新紀(jì)元環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024)

引 言

水被稱為“生命之源”，直接關(guān)系到人類的生存，我國(guó)是一個(gè)人均水資源極其匱乏的國(guó)家，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水體污染現(xiàn)象不斷增加，特別是隨著工業(yè)廢水排放量的不斷增加，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，各處頻繁出現(xiàn)“赤潮”等水質(zhì)惡化情況，給人類的生產(chǎn)生活造成了極大的影響。特別是城市污水處理廠，由于水體富營(yíng)養(yǎng)凈化處理技術(shù)的滯后，采用傳統(tǒng)水體凈化方案存在著凈化效率低下、成本高的缺陷，給污水處理帶來(lái)了極大的影響，因此，迫切需要針對(duì)性地開(kāi)發(fā)一種新的水體富營(yíng)養(yǎng)凈化處理技術(shù)，提高其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效率和凈化經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，本文提出了一種新的脫氮除磷技術(shù)方案，

根據(jù)在污水凈化中的實(shí)際應(yīng)用，表明該方案具有穩(wěn)定性高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，極大地提升了對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效率，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 同步硝化反硝化(SND)除磷工藝

SND除磷工藝[1]屬于反硝化除磷工藝的一種，其主要是利用富氧水體內(nèi)的硝化細(xì)菌的活性比聚磷細(xì)菌的活性強(qiáng)，在進(jìn)行充分硝化的過(guò)程中需要長(zhǎng)時(shí)間與氧氣進(jìn)行接觸，在此過(guò)程中，聚磷細(xì)菌的炭源反過(guò)來(lái)會(huì)被自身所利用，無(wú)法有效地進(jìn)行除磷，而反硝化除磷則利用聚磷細(xì)菌在厭氧環(huán)境中的厭氧釋磷特性，將體內(nèi)的磷元素釋放，從而由硝化細(xì)菌進(jìn)行脫氮除磷，其工藝流程如圖1所示[2]。

圖1 脫氮除磷工藝原理示意圖

由圖1可知，在該脫氮除磷工藝中，其設(shè)置了3組污水污泥回流系統(tǒng)，利用在硝化脫氮過(guò)程中污泥的回流來(lái)補(bǔ)償硝化池內(nèi)的污泥量，利用終沉池聚磷污泥回流來(lái)補(bǔ)充厭氧池內(nèi)的污泥量。

SND處理工藝主要是指將污水處理過(guò)程中的硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行富養(yǎng)水體脫氮除磷的過(guò)程，該處理工藝應(yīng)用的前提是在污染水體處理的前期，水體一般處在缺氧、碳源易降解同時(shí)水體中存在著大量的反硝化菌群的情況。其處理的優(yōu)點(diǎn)主要在于能夠?qū)⒎磻?yīng)池內(nèi)的酸堿環(huán)境保持穩(wěn)定，能夠有效降低反應(yīng)過(guò)程中的投堿量，節(jié)約氧氣用量，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高水體污染處理的經(jīng)濟(jì)性。

在該工藝應(yīng)用過(guò)程中需要將水體內(nèi)的酸堿值維持在偏堿性的環(huán)境內(nèi)[3]，這是由于，在偏堿性的環(huán)境中能夠有效地提升反應(yīng)過(guò)程中的溶氧量，大幅提升對(duì)水體內(nèi)溶解氧氣的利用率，加快同步硝化反硝化的工藝過(guò)程。經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證可知，當(dāng)污水中溶解氧的質(zhì)量濃度為0.48 mg/L的情況下，反應(yīng)池內(nèi)污水具有最佳的厭氧和好氧平衡狀態(tài)。此情況下水體中的亞硝化細(xì)菌的存活周期約為27 d，硝化菌的存活周期約為47 d，且會(huì)隨著反應(yīng)池內(nèi)污泥沉積時(shí)間的增加而逐漸增加，會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化水體內(nèi)的酸堿環(huán)境，加快硝化和反硝化反應(yīng)過(guò)程。

通過(guò)對(duì)該除磷工藝的實(shí)際應(yīng)用表明，該除磷工藝在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的穩(wěn)定性，磷元素的去除率可達(dá)98%以上，脫氮的穩(wěn)定性在95%左右，在應(yīng)用過(guò)程中該工藝對(duì)氧氣的消耗量?jī)H為傳統(tǒng)除磷工藝的46%，處理過(guò)程中的污泥產(chǎn)量比傳統(tǒng)工藝降低了約37%，污泥的沉降性能極好，工藝性、經(jīng)濟(jì)性好，穩(wěn)定性高。

2 脫氮工藝

脫氮的原理是利用有機(jī)菌群將水體中的有機(jī)氮元素轉(zhuǎn)換為有機(jī)氮，再利用系統(tǒng)中的硝化細(xì)菌在富氧狀態(tài)下將有機(jī)氮轉(zhuǎn)換為硝態(tài)氮，最后，在低濃度氧氣的狀態(tài)下利用反硝化細(xì)菌將有機(jī)氮轉(zhuǎn)換為氮?dú)猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)將富營(yíng)養(yǎng)水體中的氮元素析出的目的。在該脫氮技術(shù)方案中，整個(gè)脫氮工藝流程包括不同環(huán)境狀態(tài)下的硝化和反硝化流程。其氨化作用是指有機(jī)氮化合物在氨化細(xì)菌作用下將其轉(zhuǎn)換為氨氮；硝化作用和反硝化作用則是在不同的氧氣條件下將氮分別轉(zhuǎn)換為氮?dú)狻⒀趸犬a(chǎn)物，從水體中排出，其硝化反應(yīng)的總方程式可表示為式(1)[4]。

(1)

反硝化反應(yīng)方程式可表示為式(2)、式(3)。

(2)

(3)

生物脫氮處理流程如圖2所示。

圖2 生物脫氮工藝流程

由分析可知，該生物脫氮工藝主要是使聚磷菌在富氧的條件下，將水體內(nèi)的氧化物進(jìn)行攝取并分解，然后，聚磷菌內(nèi)的ATP在厭氧環(huán)境內(nèi)進(jìn)行水解，形成并釋放出能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的循環(huán)利用，降低在污水處理過(guò)程中的能量消耗。

3 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有污水處理過(guò)程中對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體處理工藝流程繁瑣、效率低下、經(jīng)濟(jì)性差的缺陷，針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體的具體特性提出了一種新的脫氮除磷新工藝。對(duì)該工藝流程、原理進(jìn)行了分析，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1) 除磷工藝在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的穩(wěn)定性，磷元素的去除率可達(dá)98%以上，脫氮的穩(wěn)定性在95%左右，在應(yīng)用過(guò)程中該工藝對(duì)氧氣的消耗量?jī)H為傳統(tǒng)除磷工藝的46%，處理過(guò)程中的污泥產(chǎn)量比傳統(tǒng)工藝降低了約37%，污泥的沉降性能極好，工藝性、經(jīng)濟(jì)性好，穩(wěn)定性高。

2) 脫氮的原理是利用有機(jī)菌群將水體中的有機(jī)氮元素轉(zhuǎn)換為有機(jī)氮，再利用系統(tǒng)中的硝化細(xì)菌在富氧的狀態(tài)下將有機(jī)氮轉(zhuǎn)換為硝態(tài)氮。整個(gè)脫氮工藝流程包括在不同環(huán)境狀態(tài)下的硝化和反硝化流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的循環(huán)利用，降低在污水處理過(guò)程中的能量消耗。