污水處理廠二級出水深度脫氮除磷技術研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0097-05

中圖分類號：X703文獻標志碼：B

Research on Deep Denitrification and Phosphorus Removal Technology for Secondary Wastewater Treatment Plant

Yin Xiaomei

（ShanghaiEmperorofCleaningHigh-Tech.Co.，Ltd.，Shanghai2OO437，China）

Abstract：ThestudyusedtheexpandedbeddenitrficationbiofiltertechnologytotreattheefluentfromthesecondstageCassbio chemicaltank.Theefuentwasintroducedintoadownflowsuspendedfiltercolumnthroughawaterpumpandadosingpump，andsodiumacetateandureaereddedascarbonandnitrogensourcestocompletedenitrificationandfloculation.Thestudyusedfragmented rigidsuspendedpackingtoformafilm，andaddedfourcoagulants：ironsulfate，calciumchloride，calciumoxide，ndaluminumulfate. Thedetectionofwaterualityparametersincudestotalpospous，totalntrogenmmonarogenndeicaloyeneandThe experimentalresultsshowthataluminumsulfatehastheestphosphorusremovalefect，significantlyimprovingphosphorusemovaland CODremovalratesakingintoaccoutetrogeandospousmoaleiencsellsCODmoalate，carbotgen ratioof3.5istimalTheexpadedbdenitrificationbiologicalfilerebitsexcelntsecondryfuentdepenitrificationd phosphorus removal performance，achieving eficient water purification.

Keywordssewagetreatmentplant；secondaryefluent；expandedbeddenitrificationbiofilter；deepdenitrificationandposphorus removal；denitrification

前言

污水處理廠作為城市水環境管理的核心，出水水質直接關系到地表水、地下水及生態環境的品質。近年來，氮、磷的超標排放已成為水體富營養化的主要誘因[1]。因此，對污水處理廠二級出水進行深度脫氮除磷處理，以提升水質，保障水生態系統安全，成為水處理領域的重要課題。

在國內，隨著環保政策趨嚴和公眾環保意識提升，對污水處理廠的出水水質要求也不斷提高。因此，研究人員正積極尋找高效、經濟的深度脫氮除磷技術。硫自養反硝化技術在脫氮處理中得到廣泛應用，而高效的除磷填料也備受關注。此外，優化填料組成和工藝條件也是提升處理效果的重要手段。國際上，污水處理廠二級出水深度脫氮除磷技術同樣備受矚目。歐美等發達國家憑借豐富的污水處理經驗和技術儲備，在脫氮方面，除了傳統的生物方法外，還開發厭氧氨氧化、短程硝化反硝化等新型技術，這些技術脫氮效率高、能耗低，為污水處理廠的升級改造提供了有力支持。在除磷方面，國外研究人員探索化學沉淀法、吸附法、生物除磷等多種高效方法。為進一步提升污水處理廠出水水質，促進水資源可持續利用和生態環境保護，需深入探究污水處理廠二級出水深度脫氮除磷技術。

1 試驗研究

1. 1 污水處理廠概況

研究所選的試驗污水處理廠位于某大型城市的工業區附近，日處理污水量達到5萬噸。該污水處理廠采用傳統的活性污泥法處理工藝處理來自周邊工業企業和居民區的混合污水。經過一級和二級處理后，出水水質基本滿足國家和地方排放標準，但仍含有一定量的氮、磷等營養物質。

1.2 工藝流程

在試驗探索中，采用膨脹床反硝化生物濾池技術，以二期Cass生化池出水為濾池進水，經水泵與加藥泵處理，在懸浮濾料濾柱內完成反硝化和絮凝，最終出水排人廠區后續系統。

在膨脹床反硝化生物濾池技術中，選取合適碳源與氮源至關重要。鑒于進水基質濃度低，特別是碳素可能不足，需外源補充。乙酸鈉（ CH₃COONa ）作為高效易降解碳源，能迅速被反硝化細菌利用，加速硝酸鹽還原[2]。同時，選用尿素（ CO（NH₂）₂， 作為補充氮源，溫和特性在微生物作用下穩步分解為氨氮及二氧化碳，為微生物提供持續氮素滋養，促進氮循環與去除。這種雙營養補給策略優化了濾池運行環境，提升了脫氮性能[3]

該技術采用破碎狀剛性懸浮填料，因濕態密度略輕于水，在降流過濾中形成微膨脹濾床。進水采用降流式，絮凝劑預先投加實現初步微絮凝，污水穿過濾網流入濾床，實現高效集成處理[4]。由于填料粒徑大，接觸絮凝的床深可達 1m～2m ，從而避免泥膜形成。

試驗核心裝置為逆向流動設計的6米高、直徑0.2米的圓柱形反硝化生物濾池，外層鋼柱結構，內嵌透明有機玻璃便于觀察。內部填充3.5米厚的3～6 毫米粒徑填料，上下設濾網板，底部有膜孔氣沖洗管用于清理[5]

試驗用水為污水處理廠Cass工藝二級出水，底物濃度低，采用投加活性污泥接種啟動掛膜。清洗填料后，使用同一廠二沉池活性污泥（MLSS3500mg/L ）接種，適度反沖洗防止懸浮物積聚，強度需控制避免生物膜脫落。COD去除率 60% 、TN去除率 50% 時視為掛膜成功[6。破碎狀填料表面粗糙多孔，利于生物膜附著，實現反硝化脫氮。磷的去除結合生物與化學法，聚磷菌攝取含磷污染物并排出，化學絮凝劑則與磷反應形成沉淀[7]，通過沉淀分離去除，實現高效除磷。

投加的化學絮凝劑共四種，具體如下：

（1）硫酸鐵

含鐵量 ：21.0%～23.0% ；分子量：399.87；化學純： C.P 。

（2）氯化鈣

Ca含量：不少于 95% ；分子量：11.12；化學純：C.P。

（3）氧化鈣

Ca含量：不少于 97.0% ；分子量：56.08；化學純：C.P。

（4）硫酸鋁

含量：不少于 99.0% ；分子量：666.14；化學純：C.P。

1.3 測試項目

試驗中的水質參數檢測項目包括總磷、氨氮、化學需氧量、總氮。

總磷定量檢測采用鉬酸銨分光光度法，對樣品進行預處理：采用過硫酸鉀作為消解劑，取 25ml 水樣至比色管，加 4ml 過硫酸鉀溶液，密封后高壓蒸汽消解 （1.1kg/cm² ， 120^°C ，30分鐘），冷卻后加水至刻度。再加入 1ml 抗壞血酸和 2ml 鉬酸鹽溶液，搖勻靜置15分鐘，確保反應完全。使用 30mm 光程比色皿，在 700nm 波長下測吸光度，從各樣品吸光度值中扣除空白對照實驗的相應值，根據標準曲線讀取磷濃度。

構建標準曲線操作：準備7只密封管，分別0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0 及 15.0ml 的的磷酸鹽標準溶液，加水至 25ml 。按樣品處理流程操作后，測量各標準溶液的吸光度，扣除空白吸光度后，將吸光度與磷濃度數據繪制成曲線，用于快速查定樣品磷含量。

總磷含量通過式（1）計算：

式（1）中， ε 是指測定用試樣體積；δ是指試樣測得含磷量。

氨氮含量的測定采取鈉氏試劑比色法。取處理水樣入比色管，加 1ml 酒石酸鉀鈉和 1.5ml 鈉氏試劑，搖勻靜置10分鐘。用 420nm 分光光度計和20mm 比色皿，以純水為參比，測定水樣吸光度值。然后繪制標準曲線，空白試驗則以純水代替樣品，按標準曲線步驟操作，得到空白吸光度值。

最終，將水樣吸光度與空白試驗的吸光度相減，依據差值在標準曲線上尋找所對應的氨氮量，通過式（2）計算：

式（2）中， γ 是指水樣體積； φ 是指由標準曲線查得的氨氮量。接著，采用消解方法將所有形態的氮轉化為硝酸鹽氮，再通過測定硝酸鹽氮來間接計算總氮含量。

在測定化學需氧量（COD）時，使用重鉻酸鉀法。取 20ml 樣本于 250ml 回流錐形瓶中，加 10ml 0.025mol/L 重鉻酸鉀標準溶液和玻璃珠，接回流冷凝管，注入 30ml 硫酸－硫酸銀混合液。加熱2小時，冷卻后沖洗冷凝管，加試亞鐵靈指示劑3滴，用0.01mol/L 硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至紅褐色，記錄消耗體積。確保溶液體積不少于 140ml

為了獲得準確的測試結果，需實施一項空白實驗作為對照。具體操作是取 20ml 蒸餾水，按照與上述水樣測試完全相同的步驟來操作，并記錄空白實驗中硫酸亞鐵銨標準溶液的消耗量，依據式（3）實施溶液COD含量的計算：

式（3）中， η 是指硫酸亞鐵銨標準溶液濃度； ι 是指滴定空白時溶液所消耗的體積： ：μ 是指水樣體積；κ 是指滴定樣品時溶液所消耗的體積。

分別測定進水與出水的總磷、氨氮、化學需氧量、總氮，觀察總磷、氨氮、化學需氧量、總氮去除效果。

2深度脫氮除磷效果分析

2.1不同化學絮凝劑下的總磷、化學需氧量去除效果

當不加入碳源與補充氮源，投入四種不同的化學絮凝劑后，分別測試膨脹床反硝化生物濾池對于總磷、化學需氧量的去除效果，見圖1。

數據表明，硫酸鋁在總磷去除上表現最優，驗證了其強絮凝能力和與磷酸根的高效反應。硫酸鐵次之，氯化鈣和氧化鈣去除率較低。在COD去除方面，硫酸鋁同樣最佳，因絮凝同時吸附或共沉淀有機物。硫酸鐵去除率也較高，而氯化鈣和氧化鈣較低。因此，建議膨脹床反硝化生物濾池優先使用硫酸鋁作為化學除磷劑。同時，應繼續優化生物除磷環節，提升聚磷菌活性和數量，以增強整體除磷效果。這些措施有助于提升水質凈化效率。

2.2不同碳氮比下的脫氮除磷效果

碳氮比的選擇也是十分關鍵的。本試驗添加的碳源是 CH₃COONa ，補充氮源是CO（ NH₂）₂ ，探究二者的最優比值。

當選用的化學絮凝劑為硫酸鋁，將碳氮比定為1.5、2.5、3.5，分別測試膨脹床反硝化生物濾池的脫氮除磷效果，測試結果見圖2。

如圖2所示，隨著碳氮比增加，總磷、氨氮、COD及總氮去除率均逐漸提高，表明碳源對生物濾池處理效能至關重要。乙酸鈉作為高效碳源，尿素作為補充氮源，均驗證了有效性?？偭兹コ侍嵘容^小，說明磷的去除受到多種因素的共同影響。氨氮、總氮去除率顯著提升，表明充足碳源對氮的氧化和硝酸鹽還原都關鍵。COD去除率提高，顯示碳源促進異養微生物生長和活動。綜合考慮去除效果和經濟性，碳氮比3.5效果佳，但2.5更為合理，既保證良好去除效果又減少碳源投入。

3 結束語

通過試驗探究，發現膨脹床反硝化生物濾池以獨特的結構設計和優異的生物活性，有效克服了傳統脫氮除磷方法中的諸多局限，實現了氮、磷污染物的高效去除。實驗顯示，硫酸鋁在除磷及提升COD去除率方面表現最佳。綜合考慮氮磷去除及C0D去除率，碳氮比3.5為較優選擇。研究證實了該技術在實際應用中的可行性和有效性。隨著碳氮比增加，總磷、氨氮、COD及總氮的去除率均有所提升，凸顯碳源對生物濾池處理效果的關鍵作用。乙酸鈉作為高效碳源，尿素作為補充氮源，均表現有效。通過優化工藝參數和操作條件，研究進一步提高了處理效率，降低了成本，為污水處理廠提標改造提供了技術支持，也為全球水環境保護做出了貢獻。

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