污水生物脫氮除磷工藝研究

劉萬琦 曲紅 艾勝書 張才望 李金龍 陳思農 蘇曉萌

摘? 要：近年來，隨著脫氮除磷工藝的不斷發展，產生了很多新工藝。這些工藝在處理效果上都優于傳統的脫氮除磷工藝。文章通過總結分析傳統生物脫氮除磷工藝研究與應用現狀，以及對新型污水生物脫氮除磷工藝的技術需求，介紹了一種具有在同一個反應器內部，能夠同時完成污染物、氮磷去除的一種新型污水生物處理工藝及其研究進展，為后期污水生物處理提供新的技術支持。

關鍵詞：脫氮除磷;微壓內循環;新工藝

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）22-0047-02

Abstract： In recent years， with the continuous development of nitrogen removal and phosphorus process， a lot of new processes have been produced. These processes are better than the traditional denitrification and phosphorus removal process in terms of treatment. By summarizing and analyzing the research and application of traditional biological denitrification and phosphorus removal process， as well as the technical demand for the new sewage biological denitrification process， this paper introduces a new type of sewage biological treatment process within the same reactor that can simultaneously complete the removal of pollutants and nitrogen phosphorus and its research progress， and provides new technical support for post-sewage biological treatment.

Keywords： denitrogen removal and phosphorus; micro-pressure inner circulation; new process

當今社會水資源短缺是可持續發展面臨的主要挑戰之一。隨著國民經濟持續健康穩定的發展，氣候條件的不斷變化，人類對水資源的需求量逐漸增大的同時水污染現象也日益嚴重[1]。污水處理、水資源再生是目前研究的熱點。現行城市污水處理工藝有傳統活性污泥法、SBR工藝、AB工藝、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝等，都能達到較好的處理效果[2]，有機物污染得到了遏制，但氮、磷超標排放使中國66.2%的主要水體污染很嚴重，導致富營養化問題日益嚴重、更加普遍。脫氮除磷已成為當今城市污水處理廠亟待解決的問題。本文在分析了國內生物脫氮除磷工藝的研究進展及存在的問題，介紹了一種新型污水生物處理技術微壓內循環多生物相工藝的研究進展。

1 傳統生物脫氮除磷工藝的研究進展及存在的問題

我國污水處理廠應用較多的污水處理工藝有A/O工藝、A2/O工藝、改良A2/O、UCT、改良UCT、五段Bardenpho，Phostrip、氧化溝工藝、TETRA 深度脫氮、SBR等，去除有機物、氮、磷的效果都很好。A2/O工藝分為厭氧-缺氧-好氧三個階段，在好氧區進行硝化反應污染物在硝化菌的作用下將有機氮轉化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，然后回流到缺氧池進行反硝化反應，在反硝化菌的作用下，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮被還原成氮氣排入到大氣中。沉淀池部分污泥回流到缺氧池中進行磷的釋放。

A2/O工藝具有結構簡單，去除效果好，水力停留時間短，操作管理方便，抑制絲狀菌生長等優點，但需要內外回流加大了能量的消耗;需要及時排泥，否則將會導致聚磷菌進行內源呼吸，將細胞消耗殆盡，對厭氧區造成影響。

倒置A2/O工藝是將缺氧池和厭氧池的位置相互調換，解決A2/O工藝硝酸鹽氮濃度過高對系統的除磷效果以及厭氧池的厭氧環境會造成影響的問題。但在缺氧池進行反硝化需要進行外投加碳源，對厭氧釋磷不利，降低除磷效率[3]。

改良的UCT工藝由厭氧池、兩個缺氧池、好氧池、沉淀池組成。缺氧1池只接受沉淀池的回流污泥，同時缺氧1池有混合液回流至厭氧池，以補充厭氧池中污泥的流失。回流污泥攜帶的硝態氮在缺氧1池中經反硝化被完全去除。在缺氧2池中接受來自好氧池的混合液回流，同時進行反硝化，缺氧1池出水中的NO3-N帶進厭氧池使之保持較為嚴格的厭氧環境，從而提高系統的除磷效率[4]。

SBR工藝是在同一單體內進行硝化和反硝化，通過控制不同的操作參數，實現厭氧區、缺氧區、好氧區，初沉池、二沉池、生物降解于一體。緩解水質、水量波動帶來去除效率低等問題。但也存在由于交替運行使生物菌群不能達到良好的生存環境，呈現出一種生物快速增長另幾種生物受到抑制的現象[5]。

雖然各工藝都有各自的特點，但也存在結構復雜，管理要求高，工藝流程長，能耗高，運行效果不穩定等缺點。

2 生物脫氮除磷新工藝的發展趨勢

針對城市污水處理工藝構筑物占地面積大、需要外加碳源、脫氮除磷效果不理想、污泥回流耗能等缺點，國內外學者對生物脫氮除磷技術進行深入研究，在SBR工藝的基礎上研發了一種將活性污泥法與生物膜有機結合的復合式生物膜反應器（SBBR工藝）[6]，該工藝對污水有很好的處理效果，抗沖擊負荷能力強;在傳統A2O工藝的基礎上，增加后置缺氧段并與膜生物反應器相結合研發了AAOA-MBR工藝，通過多點進水優化了內源配置，節約了碳源，強化了脫氮效果[7];AAO-BAF工藝，實現了氮、磷的同步高效去除[8]。

脫氮除磷新工藝的研發主要是利用短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等脫氮理論相互耦合，實現低能耗，高去除率的目標。降低能耗、無外加碳源、去除效率高的工藝仍是國內外學者研究的重點。

3 微壓內循環多生物相處理技術

微壓內循環多生物相生物處理技術是一種新型污水處理技術[9]，實現在同一反應器內形成厭氧區、缺氧區、好氧區并存，多生物相協同生長的微壓內循環多生物相反應器（MPR），為多種脫氮機制提供穩定各自適宜的環境，節省了硝化液回流設備的同時，減少了污泥回流量;反應器內溶解氧梯度的變化，解決了脫氮除磷的泥齡矛盾問題。常溫條件下，MPR 反應器利用短程同時硝化反硝化脫氮，低溫條件下，利用全程硝化反硝化脫氮[10]。

藍君等[11]通過對微壓內循環反應器和傳統推流式反應器的初步調試，發現由于微壓內循環反應器的內部特殊結構以及曝氣方式可以有效解決傳統推流式反應器存在的泡沫堆積問題。王帆[12]基于微壓內循環多生物相處理技術，通過改變反應器內部增設半包圍導流板設計出微壓豎向雙循環反應器，經過小試實驗研究，得出結論：雙循環反應器對有機物、氮磷的去除優于傳統SBR，內部微生物種類豐富，相同運行條件下具有節能降耗的優勢。

微壓內循環多生物相反應器可以有效地去除城市污水中的有機物、氮、磷，其出水水質遠遠優于傳統的城市污水處理方法。這些水可以作為多種水源，如冷卻、綠化、景觀用水等，甚至可以通過進一步深度處理，可以作為飲用水的補充水源。這樣，城市污水不但不會污染環境，反而會解決我國日益嚴重的水資源短缺問題，有效的為城市提供二次水源。

4 結束語

目前，我國污水氮、磷的超標排放，使水體嚴重富營養化，嚴重破壞了生態環境，污水的生物脫氮除磷技術仍是研究的熱點問題。研究出一套低能耗，處理效率高，運行管理簡單，經濟合理的工藝是未來發展的趨勢，也適合我國的基本國情。微壓內循環多生物相污水處理技術作為一種新型污水生物脫氮除磷工藝，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]黎新，武艷如，吳楠.污水處理脫氮除磷新工藝研究現狀[J].建材與裝飾，2017（48）：157-158.

[2]田曦，萬立國，邊德軍.多菌群污水處理方法處理城市污水的理論研究[J].環境科學與技術，2010，33（S1）：374-375.

[3]王辰辰.A2/O工藝處理城鎮污水的脫氮除磷性能研究[D].河北工程大學，2019.

[4]沈耀良，王寶貞.LINPOR廢水生物處理工藝及其應用[J].環境工程，1999（05）：7-11.

[5]簡耀先，何慧，李嬌.SBR工藝除總氮總結[J].氮肥技術，2019，40（03）：46-48.

[6]劉麗，白玥萌.新型廢水生物處理工藝-SBBR的研究與應用[J].遼寧化工，2014，43（05）：601-603+612.

[7]周元，金臘華，張一凡，等.AAOA-MBR工藝污水脫氮特性及脫氮機制[J].環境工程學報，2015，9（08）：3739-3744.

[8]彭永臻，潘聰，孫事昊，等.進水碳氮比對中試AAO-BAF系統脫氮除磷性能的影響[J].北京工業大學學報，2019，45（09）：904-910.

[9]邊德軍.微壓內循環多生物相反應器研制及性能研究[D].東北師范大學，2015.

[10]Bian Dejun， Zhou Dandan， Huo Mingxin， et al. Improving oxygen dissolution and distribution in a bioreactor with enhanced simultaneous COD and nitrogen removal by simply introducing micro-pressure and swirl，2015，99（20）：8741-9.

[11]藍君，任慶凱，艾勝書，等.曝氣池結構及曝氣方式對泡沫去除的探析[J].長春工程學院學報（自然科學版），2015，16（04）：54-56.

[12]王帆.城市污水生物處理單元工藝改進及效能研究[D].長春工程學院，2015.