污水處理技術：脫氮除磷工藝方法詳解

生活污水及工業污水的排放，對水體環境的好壞具有重要的影響。其中，污水中氮磷等營養物質的超標排放是造成水體富營養化的主要原因之一。水體富營養化造成了浮游藻類的迅速、大量繁殖，易形成藻類大面積爆發成災事件。

有鑒于我國水環境污染的嚴重性，我國對于城鎮污水處理廠的建設力度不斷加強。有關污染物排放標準對于氮磷的排放要求也越來越嚴格。新建的污水處理廠需要考慮對氮磷的排放控制，而已建的污水處理廠則需要進行升級改造，增強或強化脫氮除磷的功能。

1氮磷對于水體環境的影響

適量的氮磷對于促進水生植物及微生物的生長具有重要作用，對保持水環境的平衡也具有一定的作用，但過量氮磷等營養物質進入水體中，則會使水體產生富營養化，使水體中的浮游藻類大量繁殖，甚至是爆發性繁殖，產生“水華”現象。“水華”現象即是水污染的明顯表現，同時也會進一步加劇水體的污染。藻類的大量或爆發性繁殖，會在水面形成或厚或薄的覆蓋性藻類漂浮物，造成水體缺氧，引起水生動物窒息而死。有些藻類還會產生有害毒素，使水生態系統受到破壞，造成生物多樣性的減少。

水體富營養的指標三類，營養因子、環境因子與生物因子，其中，營養因子是水體富營養化的根本原因，而在營養因子中，氮磷則是最為關鍵的存在。因此，控制進入水體的氮磷含量，對于解決水體富營養化問題至關重要。

2水體中氮磷的主要來源

我國水體中的氮磷污染主要來自生活污染、農業污染以及工業污染源。

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

農業污染主要是指化肥的大量或是過量使用，流失率過高造成的污染。眾所周知，化肥的主要成份就是氮磷，農業中不經控制大量或過量使用化肥，造成化肥的流失率極大，進入水體后極易成為水體氮磷污染源。

工業污染主要是指食品加工業、化肥生產企業形成的工業廢水，其中含有大量的氮磷，若未經處理或是處理不當直接排入水體中，對于水體的氮磷污染具有重大的影響。

3我國污水處理廠脫氮除磷現狀

我國對于城市污水處理廠的建設始于上世紀20年代的上海，新中國成立后的70-80年代我國開始進行大規模的城鎮污水處理廠的建設。在初期建設的城鎮污水處理廠，其處理工藝均采用了活性污泥法技術，主要是處理的是城市污水中的有機污染物及懸浮物，對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80年代初，一些污水處理的差殲唯新工藝開始在污水處理廠中得到應用，但整體上來說，這一階段我國污水處理廠在脫氮除磷工藝上還處于較低的水準。

進入20世紀90年代，隨著我國水體環境污染的不斷加劇，在污染治理上開始加大力度，先后出臺了《地下水水質標準》、改亂《地表水水質標準》以及《海水水質標準》等，對于水體中氮磷標準值提出了明確的要求。這一時期，我國在污水處理廠的建設上，對于脫氮除磷的工藝要求也越來越嚴格，新建污水處理廠必須考慮對氮磷的控制，而已經建成運行的污水處理廠，則需要進行相應的脫氮除磷工藝改造。

4脫氮除磷工藝在我國污水處理廠中的應用

4.1氧化溝工藝

氧化溝工藝是具有工藝流程簡單、運行穩定、管理方便等特點，而且處理費用較低，與其它工藝相較，具有較強的耐沖擊負荷能力、出水水質好、剩余污泥少、構筑物少等優勢。在我國，氧化溝工藝應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（Carousel)氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開發研制虛培的，具有投資省、處理效率高、可靠性好、管理方便和運行維護費用低等優點，在世界各國都得到廣泛的應用。我國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USFilterEn-virex公司開發并擁有的工藝技術，該工藝非常適用于污水常規二級生物處理，目前，我國已經實現了該種工藝的自行設計與設備的國產化，北戴河西部污水處理廠以及溫州中心區污水處理廠均應用了該種工藝。

三溝式氧化溝又稱為T型氧化溝，是一種典型的氧化溝構造形式，這種工藝具有流程簡單、建設投資小、運行費用低的特點，在結構設計上不需要另設一次、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。我國邯鄲東郊污水處理廠、蘇州新區污水處理廠、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計。

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

氧化溝技術從問世以來就得到了廣泛的關注，歐洲目前約有上千座氧化溝污水處理廠在運行，我國從上世紀八十年代開始引進國外氧化溝技術，消化吸收發展至今，氧化溝工藝已成為我國城市污水處理的主要工藝之一。

4.2A/O工藝的應用

A/0工藝具有較好的脫氮除磷效果，在20世紀80―90年代是城市污水處理中脫氮除磷的主流工藝。A/0工藝包括了A/0除磷工藝與A/0脫氮工藝，通常除磷效果可達到90%以上，脫氮效果在80%以上。該工藝不需外加碳源脫氮，又能充分實現反硝化且易于控制污泥膨脹，投資和運行費用較低，在我國早期的污水處理廠中具有廣泛的應用。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、沈陽西郊污水處理廠等。

A/0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，在發生硝化作用時會降低除磷效果。此外，A/0工藝的溫度及進水負荷低時，微生物的代謝能力會減弱，污泥生長會變慢，對于除磷效果具有較大影響。

4.3：A2/O及其改進工藝的應用

A2/0工藝是我國常用的同步脫氮除磷工藝，其在只有除磷功能的A/0工藝中加了一個缺氧池，實現了脫氮除磷的同步進行，操作簡單、費用低廉，因此在我國的污水處理廠中得到了廣泛的應用。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用了該工藝。但采用此種工藝不能實現同時高效的脫氮除磷，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負荷、碳源需求上存在著矛盾與競爭，很難在同一系統中實現氮磷的同時高效去除。

為解決A2/0工藝固有的缺陷，很多研究者們進行了多方面的研究對該工藝進行升級改進，其中，我國取得了兩項專利技術，即倒置A2/0工藝與A―A2/0工藝。

倒置A2/0工藝是針對A2/0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工藝在有沒有硝酸鹽回流條件下均可運行，工藝環境有利于微生物形成更強的吸磷動力，所有污泥都將經歷完整的釋磷和吸磷過程使除磷能力得到增強。該工藝應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―A2/0工藝是在厭氧池前增設缺氧池，原A2/0工藝通過分隔厭氧池與原污水，可以很容易的改造為A―A2/0工藝。A―A2/0工藝充足的回流污泥停留時間保證了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。山東泰安污水處理廠、青島團島污水處理廠應用該工藝取得了良好的脫氮除磷效果。

4.4：SBR工藝及其改進型的應用

SBR工藝是通過自動控制程序，在時間序列上形成A2/0系統，具有經濟高效、控制靈活的特點，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問題，首先，間歇進水、間歇曝氣方式，鼓風曝氣機由于間歇運轉，頻繁啟停，使得整個工藝的運行穩定性受到較大的影響，曝氣階段反應池的利用率也比較低；其次，由于間歇進水的原因，自控系統的設計與順序進水閘閥的安裝變得較為復雜，當進水量較大時，需要并聯運行多套反應池，系統整體復雜性增大；第三，對于一些具有較高濃度的難降解有機廢水反應時間比較長。為了解決以上問題，眾多研究者們進行了對典型SBR工藝的改進變型，比較成熟的工藝有ICEAS工藝、DAT―IAT工藝、CASS工藝等。

ICEAS工藝最大的特點是在反應器的進水端加了一個預反應區，運行方式為連續進水、間歇排水，預反應區可起調節水流的作用，主反應區是曝氣、沉淀的主體。ICEAS工藝也可看作是連續進水、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，運行效果良好。

DAT―IAT工藝在同一個反應池中設置DAT池和IAT池，以導流墻相隔。DAT池連續進水并連續曝氣，保持了系統的水力均衡，有效提高了系統運行的穩定性，而且連續曝氣加強了對難降解有機物的降解，縮短了對高濃度有機廢水的處理時間，相應也縮短了鼓風曝氣機的運行時間；此外，DAT池的連續進水，利用普通的污水泵就能實現該操作，大大降低了系統的復雜性。該工藝在天津經濟技術開發區污水處理廠以及撫順三寶屯污水處理廠取得到較好的應用效果。

CASS工藝做為SBR工藝的改進型，是在SBR池內進水端增加了一個生物選擇區，也就是預反應區，實現了連續進水，間歇排水。整個工藝的曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內周期循環運行，省去了常規活性污泥法的二沉池和污泥回流系統。北京航天城污水處理廠采用了此工藝。

5結束語

隨著我國環境問題的日益突出，我國對于水體環境的治理也在不斷加強，對于污水處理廠脫氮除磷的要求也越來越嚴格，也些早期建設的污水處理廠也面臨著脫氮除磷功能的改造問題。綜合對目前污水處理廠脫氮除磷工藝的應用狀況，A2/0工藝及其改進型、氧化溝工藝、SBR工藝及其改進型是目前應用范圍廣且應用效果比較好的選擇。

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