城市污水處理廠生物脫氮除磷工藝的選擇分析

摘 要 隨著我國工業(yè)化建設腳步的加快，城市污染越來越嚴重，水污染就是其中最典型的問題之一，因此，如何通過有效的方法處理污水是保障城市居民健康生活與穩(wěn)健發(fā)展的關鍵。本文介紹了生物脫氮除磷工藝技術，詳細描述了污水產生的原因以及危害。然后分析了污水處理的關鍵，對生物脫氮除磷工藝處理污水的原理和過程進行詳細闡述，對當下應用最廣泛的三種生物脫氮除磷工藝的優(yōu)劣勢進行分析與比較，最后從經濟成本和處理效率的角度，選擇了MUTC工藝來對城市污水進行處理，具有一定的參考價值和現(xiàn)實意義。

關鍵詞 污水處理;脫氮技術;除磷技術;脫氮除磷工藝

隨著我國經濟建設速度突飛猛進，社會工業(yè)的發(fā)展得到了推動，但是也產生了一些問題。近幾年來，工業(yè)的發(fā)展引起的城市污水，嚴重影響了城市居民的健康生活，因為氮磷元素是很多生物的重要營養(yǎng)元素，也是導致水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的關鍵性元素，從而引起水體生物大量死亡。因此，解決水污染的問題需要從源頭，也即是處理氮磷等元素入手。

1生物脫氮除磷工藝簡介

生物脫氮除磷工藝分別采用了生物除氮與生物除磷的技術工藝來脫離出氮和磷元素。生物除氮是在不同的條件下對氮氧化物進行氮元素的處理，也即是通過釋放氮氣的形式使得氮元素脫離。當水體中的氮元素與硝化菌作用時，會生成含氮的硝酸鹽，然后與反硝化菌作用，生成氮氣釋放出來[1]。生物除磷是根據細菌的特點來對氮元素進行處理，也即是生成沉淀物使得磷元素得到處理。當水體中的含磷菌類生物厭氧時，就能從污水中提取出磷元素，形成含磷的沉淀物而使得磷元素脫離。

2生物脫氮的過程與原理

生物脫氮的過程根據理論來看包括氨化階段、硝化階段和反硝化階段。首先，氨化階段是通過好氧或厭氧生物將污水中含有氮元素的物質進行氧化，然后將氧化物進行分解，生成氨氮。然后是硝化階段，通過硝化菌的作用將前一個階段的產物氨氮轉化成相應的含氮的硝化物NO2–和NO3–，這個過程被稱為硝化反應。最后是反硝化階段，通過反硝化菌的作用將前一個階段的硝化物NO2–和NO3–進行還原反應生成N2，這個過程被稱為反硝化反應。生物脫氮的技術工藝包括一般性脫氮工藝、好氧與缺氧除污泥脫氮工藝、活性除污泥法脫氮工藝與氧化法脫氮工藝。

2.1 硝化反應的步驟

硝化反應包括亞硝化反應和硝化反應兩個步驟：在亞硝酸鹽細菌的參與下發(fā)生的反應是亞硝化反應;在硝酸鹽細菌的參與下發(fā)生的反應是硝化反應。因為硝化細菌會受到環(huán)境的影響，因此，這兩種反應對環(huán)境的要求都非常高[2]。對環(huán)境的具體要求如下：

（1）好氧環(huán)境（DO≥1mg/l），水質環(huán)境要呈現(xiàn)堿性，其pH要維持在8.0-8.4;

（2）硝化反應的溫度維持在20℃至30℃，因為該反應的速度會受溫度影響，當溫度低于15℃時會降低硝化反應的速度，當?shù)陀?℃時會使得反應完全停止;

（3）水質中的有機物的濃度大小要合適;

（4）維持參與反應的硝化菌停留在反應器中的時間超過3天，一般而言是3-10天。

2.2 反硝化反應的步驟

在反硝化細菌的參與下，NO2?和NO3?可以通過同化硝化反應和異化硝化反應來進行脫氮。通過同化硝化反應后的氮元素在有機氮化物中，也是細菌的組成成分之一;通過異化硝化反應后的氮元素在有機氮氣中，反硝化反應對環(huán)境的具體要求如下：

（1）對碳源的要求：污水中要有足夠量的碳元素，只有碳氮比例超過3∶5時，碳源才足夠參加反應，當碳源的量不夠時，要進行外加碳源，一般而言，外加碳源是加入甲醇。

（2）水質的酸堿度：總體的pH要維持在6.5～7.5之間，不能超過8，也不能低于6，否則影響反硝化的反應效果。

（3）對氧濃度的要求：當環(huán)境缺氧時，反硝化細菌就會發(fā)生硝化作用，所以，溶解氧應控制在0.5mg/l以下;

（4）對環(huán)境溫度：保持在20℃至40℃，環(huán)境溫度不能低于15℃，否則會降低反硝化反應的速度。

3生物除磷的基本原理

生物除磷的核心是通過聚磷菌對磷元素進行吸收，其基本原理是：在厭氧的情況下，聚磷菌通過有機磷向無機磷的轉化而釋放出磷元素，然后在污水中與有機質發(fā)生反應，從而生成PHB顆粒。然后再通過好氧的環(huán)境，使得聚磷菌將生成的顆粒PHB進行分解從而獲得能量來提取磷元素，然后將磷元素聚集起來[3]。由此可以看出，生物除磷的整個過程是通過在厭氧與好氧的兩種環(huán)境中進行磷的釋放與提取，最后排放污泥以完成整個生物除磷的過程。

生物除磷工藝的處理成本較低而在除磷工藝中得到了廣泛的運用。根據上面生物除磷的基本原理我們可以將除磷的過程分為厭氧過程和好氧過程對磷元素進行處理[4]。另外，在生物脫氮的過程中，也有A/O技術工藝的運用，只是與生物除磷有所不同。生物脫氮的過程在A階段的時候是缺氧的狀態(tài)，而在生物除磷的過程中在A階段的時候是厭氧的狀態(tài)。生物脫氮過程在O階段的時候要足量，使得硝化氮能夠完全反應;生物除磷的過程中在O階段時間要短，才能盡可能地排除掉多余的污泥，從而除掉磷。

4工藝方案的分析與比較

4.1 A?/O工藝

A?/O工藝是當下最常用的用于生物脫氮除磷的方法，而污泥的處理是生物除磷最關鍵的一環(huán)。在厭氧池中，常常會出現(xiàn)污泥回流的現(xiàn)象，使得污泥從沉淀池回流到厭氧池中，這期間會伴有NOx–的滲入。如果污泥回流多，則滲入的NOx–就多，就會造成聚磷菌釋放磷的過程被抑制，加大了生物除磷的難度;但如果污泥回流少，相應的聚磷菌就會減少，也會影響到除磷的能力[5]。所以，在整個A?/O工藝中，關鍵是控制好污泥的回流量，我國在這方面一般是使得污泥回流量在進入量的0.5至1倍之間。

4.2 UTC工藝

UTC工藝原理是將沉淀池中的污泥回流至缺氧區(qū)。當污泥回流至缺氧區(qū)時，加入一定比例的COD與TKN進行反硝化的作用，使得厭氧區(qū)回流。但是，COD與TKN的比例不能過小，否則脫氮不能完全實現(xiàn)，會使得未參與反應與反應不完全的硝酸鹽進入到厭氧區(qū)。為了解決這個問題，需要對UTC工藝繼續(xù)改進。

4.3 MUTC工藝

對UTC工藝進行改進后的工藝就是MUTC工藝，MUTC工藝增加了厭氧池，一個厭氧池用于對回流的污泥進行接收與處理，另一個厭氧池用于好氧區(qū)的硝化混合液的接收與處理[6]。通過這種方法，將回流的污泥與混合液進行分開處理而有效地脫氮，減少了進入厭氧區(qū)的硝酸鹽的量。

5確定工藝方案

通過以上分析，A?/O工藝、UTC工藝和MUTC工藝這三種工藝都能實現(xiàn)生物脫氮除磷的效果，但是又各自有優(yōu)缺點。因此，要根據具體情況來選擇工藝方案，而本文所研究的對城市污水的處理需要考慮到經濟成本與處理效果，經過比較后，最終選擇MUTC工藝更符合需求。

6結束語

隨著我國經濟的發(fā)展，工業(yè)化腳步的加快，人們生活水平在不斷提高的，同時也伴隨著大量污染的產生，而水污染是影響最大的污染之一，必須對其進行有效的處理才能保障人們的生活與長遠發(fā)展。這幾年來，國家與政府投入了大量的人力與物力對污水進行處理，而對污水處理的關鍵在于氮磷化物的處理，于是誕生了大量的生物脫氮除磷工藝。本文通過對生物脫氮除磷工藝進行研究，分別闡述了脫氮和除磷過程的基本原理以及這個過程中所涉及的具體的生物化學反應。然后分析了當下應用最廣泛的A?/O工藝、UTC工藝和MUTC工藝的優(yōu)缺點。最后根據具體的需要，從經濟和處理效率的角度出發(fā)，綜合考慮選用MUTC工藝來對城市污水進行處理，有效降低了處理污水的成本，具有良好的社會經濟效益。

參考文獻

[1] 高凱，孟凡瑞.污水脫氮除磷新工藝的研究[J].低碳世界，2019，（9）： 5-6.

[2] 潘軍.城市污水處理廠污水處理工藝對VOCs揮發(fā)特征影響的分析[J].江西化工，2018，（3）：72-73.

[3] 崔萌，馬瑞芬.污水處理廠冬季運行中生物脫氮除磷效果的分析[J].中國給水排水，2016，（4）：72-76.

[4] 王逸飛，吉芳英，許曉毅，等.重慶城鎮(zhèn)污水處理廠生物脫氮優(yōu)化調控措施[J].中國給水排水，2019，（15）：3699-3705.

[5] 蔡奎芳.淺析污水處理生物脫氮除磷工藝[J].科學家，2016，4（2）： 19-20.

[6] 楊素欽.工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率提升策略研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經濟和信息化，2019，9（7）：47-48.

作者簡介

劉東（1985-），男，四川成都人;學歷：本科，助理工程師，現(xiàn)就職單位：成都天源水務有限責任公司，研究方向：污水處理運行。