廢水生物脫氮除磷工藝研究進展

高世江

摘 要：該論文系統地分析了廢水生物脫氮除磷工藝的研究進展。比較了傳統活性污泥法、A/O法、A2O工藝、氧化溝工藝、SBR法、CASS法和A2O-SBR組合工藝的優點和缺點，為選擇合適的脫氮除磷工藝提供一定理論依據。

關鍵詞：脫氮 除磷 廢水生物處理 研究進展

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（a）-0051-02

隨著人口的增加和工農業生產的快速發展，氮和磷對環境污染日益嚴重，導致水體富營養化的環境問題。為了改善水環境質量，研究經濟、高效、低能耗的生物脫氮除磷技術已經成為人們廣泛關注的問題。因此，該論文對目前廢水脫氮除磷工藝的情況進行了概括和總結。

1 傳統活性污泥工藝

活性污泥法是利用活性污泥中微生物的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中溶解性和膠體狀態的可生化降解有機物、能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他物質，以及部分氮磷。傳統活性污泥工藝只有好氧段，缺少脫氮除磷必需的厭氧段和缺氧段，無法進行深度脫氮除磷反應，不能滿足當前嚴格的出水排放標準要求。

2 A/O工藝

A/O法稱為缺氧/好氧（Anoxic/Oxic）工藝，在缺氧段進行反硝化脫氮，好氧段降解有機物同時進行硝化反應，并提供硝化液回流至缺氧段；后者是在厭氧段進行厭氧釋磷，好氧段進行有機物降解和好氧吸磷，并回流部分污泥至厭氧段。A/O工藝流程簡單，處理效率較高，但由于只具備單一的脫氮/除磷功能，綜合處理效果較差。在A/O工藝的硝化階段，溶解氧（DO）濃度直接影響系統的脫氮效果，在曝氣量不變的條件下，進水負荷增加會造成系統的DO濃度降低，硝化速率降低，出水氨氮濃度增加。通過對曝氣量大小的調節間接控制A/O脫氮工藝的硝化反應速率，可以改善出水水質。A/O工藝的脫氮除磷性能受多種因素影響，硝化反應需要低有機物濃度，高DO，而反硝化反應需要高有機物濃度和低DO，硝化液回流則會對厭氧釋磷產生抑制，該工藝已難以滿足目前較高的脫氮除磷標準。

3 A2O工藝

A2O工藝（Anaerobic-Anoxic-Oxic），稱為厭氧—缺氧—好氧工藝，污水首先進入厭氧段，發生氨化反應和厭氧釋磷，后進入缺氧段進行反硝化，最后在好氧降解有機物，并進行硝化反應和好氧吸磷，部分硝化液回流至缺氧段，部分污泥回流至厭氧段。A2O工藝中的污水經過完整的厭氧—缺氧—好氧流程，脫氮除磷效果較好，水力停留時間短，污泥膨脹率較小；但由于硝化、反硝化、釋磷和吸磷等多個生化反應在一個系統同時進行，對微生物的組成、基質類型和環境條件的要求各有區別，系統中存在著污泥齡、碳源和硝化液回流三大矛盾，脫氮和除磷的效果難以同時保證。A2O系統的脫氮除磷效果受到溫度、DO、C/N和回流比等多方面因素影響，DO過低會造成除磷效率下降，過高則會影響反硝化效果。而C/N較低時系統對TP的去除率會降低，需要加大回流比來增強除磷效果，同時較高的C/N也會促進反硝化反應的進行，從而提高系統的脫氮效果。調整回流比是降低系統出水TN濃度的另一種方法，混合液回流比為200%時效果較好。為解決A2O系統的存在的不足，提出了缺氧—厭氧—好氧模式的倒置A2O工藝，省去硝化液回流環節，使缺氧段碳源充足，脫氮性能得到加強；而厭氧段不再受回流液攜帶的DO影響，厭氧環境更加完善；聚磷菌從厭氧段直接進入好氧段，具有充足的吸磷動力，除磷效果更佳。

4 氧化溝工藝

氧化溝工藝采用封閉的循環式溝渠型曝氣池，間歇進水反應和沉淀出水。溶解氧濃度從曝氣裝置開始由高變低，將氧化溝劃分為好氧區和缺氧區并分別進行硝化和反硝化。溶解氧在氧化溝內形成濃度梯度，同時具備好氧、缺氧、厭氧條件，但池內混合液流程較長，攪拌與曝氣相沖突，污泥沉降性較差，對溶解氧需求也比較大，供氧能耗偏高。氧化溝內缺氧段沒有形成時，TN去除率隨溫度變化較小；形成缺氧段之后，TN去除率隨著溫度變化顯著。提高TP的去除效果需要在系統內額外添加厭氧池，沒設厭氧池的氧化溝的除磷效果受SRT影響較大，SRT延長會降低除磷效果。系統內加入厭氧池后，厭氧池內進行除磷反應，磷的去除效果受SRT的影響變小。通過調節轉刷的淹沒深度來控制充氧量可形成缺氧段。缺氧段占總容積45%～55%時，TN去除率大于90%；高于55%，反硝化完全，硝化不完全；低于45%，則硝化完全，反硝化不完全。氧化溝工藝獲得較好的脫氮效果，需要嚴格控制溶解氧濃度，保證硝化和反硝化反應的效果，同時由于系統內缺少厭氧環境，除磷效果受到一定限制。

5 SBR法

SBR法是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，其主要特征是污水處理的整個過程全部在同一個反應器中進行，SBR工藝一般包含5個工序：進水、攪拌、沉淀、出水和靜置。攪拌過程中進行釋磷反應，曝氣過程中完成吸磷、硝化和BOD5去除。SBR法布局緊湊，占地面積較少，脫氮除磷效果良好，污泥沉降性好；但是反應器容積利用率低，峰值需氧量大，整個系統氧利用率低，且無法連續運行。SBR系統脫氮除磷效果受系統DO的影響，高DO可以提高系統硝化反應速率，但同時會對系統污泥的沉降性造成影響。此外低溫成SBR系統的SRT變長，間接導致脫氮除磷效率下降，并且溫度降低對除磷效果的影響要高于脫氮效果。

6 CASS法

CASS（Cyclic Activated Sludge System）法，全稱周期循環活性污泥法，也稱為CAST（Cyclic Activated Sludge Technology），循環活性污泥法，是SBR法的改良工藝。CASS反應器一般分為生物選擇區、厭氧區和好氧曝氣主反應區3個部分，選擇區接收回流污泥進行反硝化，厭氧區利用聚磷菌進行釋磷，好氧曝氣反應區對有機物進行降解硝化。CASS工藝污泥沉淀效果好，剩余污泥少且不易發生污泥膨脹；但由于異養菌和硝化菌競爭生長，造成硝化菌生長受到抑制，硝化反應效果降低，選擇區的厭氧釋磷受回流硝化液影響，除磷性能較差。溫度為12 ℃時，反硝化效果明顯變差，但是硝化效果影響不大。溫度為10 ℃時，硝化反應進行不完全。在主反應區中引入獨立的攪拌段并延長回流時間使原水中的碳源得到充分利用，加強系統反硝化效果，TN去除率提高。CASS工藝的脫氮除磷效果會隨著溫度的降低而下降，可通過提高回流比加以改善。C/N的提高能夠增強系統除磷性能，而脫氮效果隨C/N的增加先上升后下降，可以延長HRT使去除效果升高。

7 A2O-SBR組合工藝

缺氧-厭氧-好氧-序批式活性污泥組合工藝（簡稱為A2O-SBR工藝）是在SBR工藝基礎上，結合A2O工藝研發的一種新型污水處理系統，可以實現連續進出水不間斷運行，且無需二沉池，是一種節省空間，運行可靠，易于調控的復合型污水處理新工藝。作為一種脫氮除磷性能優異的新型組合工藝，當進水碳源不足時，出水的總氮和總磷濃度會有上升；A2O-SBR系統的脫氮效果受溫度條件影響，冬季氣溫低于15 ℃時，氨氮的去除率不足50%，而溫度在12 ℃以下時，系統對氨氮幾乎無去除效果，主要原因是溫度過低造成硝化菌的活性降低。SRT范圍在10～20 d內，系統運行穩定，去除效果未出現大的變化，當SRT為15 d時，綜合效果最佳。A2O-SBR系統除磷的影響因素重要性依次為COD/P>污泥回流比R>COD/N。TP去除率隨著R的增大先升高后降低，R為0.6時TP去除率最佳。在回流比為0.3時，回流污泥量不能維持厭氧池內的污泥濃度。

參考文獻

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