城市污水处理脱氮除磷新工艺特性探讨

荆建刚，张金鸿，李震海，周永纯

（1．天津市环境保护科学研究院，天津 300191；2．天津市市容环卫建设发展有限公司，天津 300192；3．云南城投碧水源水务科技有限责任公司，云南 昆明 650106）

城市污水处理脱氮除磷新工艺特性探讨

荆建刚1，张金鸿1，李震海2，周永纯3

（1．天津市环境保护科学研究院，天津 300191；2．天津市市容环卫建设发展有限公司，天津 300192；3．云南城投碧水源水务科技有限责任公司，云南 昆明 650106）

阐述了4种城市污水处理脱氮除磷新工艺的原理及其工艺流程特点，通过其与传统工艺的比较，对新工艺的特性进行了探讨；指出随着设备的开发及工程化应用，新工艺将较好解决传统脱氮除磷中存在的不足，提高城市污水处理系统的氮磷去除率。

城市污水；脱氮除磷；新工艺

近年来，随着经济发展的不断加快，城市排放的污水中氮和磷的含量日益升高，造成了水体富营养化问题越来越严重，导致环境污染问题愈显突出。排放标准对氮磷的排放要求愈来愈严格，常规污水处理的活性污泥法对于废水中氮和磷的去除率却只有10%～30%，处理后的出水氮磷含量与国家及地方的排放标准相差甚远。开发高效、经济的新型脱氮除磷工艺，成为了目前水污染控制领域的重点研究对象和研究热点。

1 脱氮除磷工艺原理

脱氮除磷工艺方法主要包括物化法和生物法。物化法是利用氮磷自身的化学特性及高效除氮、磷药剂与水中的氮、磷发生物理化学反应并形成化合物，去除污水中的氮、磷的方法。生物法脱氮除磷工艺主要是指利用微生物本身具有对氮磷生物代谢的特性，使不同形态的氮磷在水、污泥、大气之间的迁移转化过程，对污水中的氮磷进行有效去除的方法。

1.1 生物脱氮机理

生物脱氮的基本原理主要包括含氮有机物碳化作用、硝化作用和反硝化作用3个生物作用过程。污水生化处理过程中，有机物碳化生成水和二氧化碳，同时有机氮转化成无机氨态氮；氨态氮在好氧状态下，由硝化细菌和亚硝化细菌协同作用，将氨态氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在缺氧状态下，由反硝化细菌作用，将硝态氮还原成氮气，释放到大气中。以上的作用过程完成了水中氮元素迁出的过程，达到污水脱氮的目的

1.2 生物除磷原理

生物除磷过程主要包括厌氧环境磷释放过程和好氧环境聚磷过程。污水生物处理过程中，在厌氧条件下，聚磷菌的生长受到抑制，在菌体代谢有机基质所需能量时，释放出细胞中的聚磷酸盐，完成磷释放过程；进入好氧环境后，菌体活力得到充分的恢复，利用有机基质合成细胞能量从污水中摄取大量的溶解态正磷酸盐，完成聚磷过程。这些微生物菌体作为系统的剩余污泥排除即达到了污水除磷的目的。

2 脱氮除磷新工艺

传统的生物处理工艺如SBR工艺、CAST工艺、MSBR工艺、A2O工艺及立体循环一体化氧化沟工艺等都具有一定的脱氮除磷功能。城市污水处理脱氮除磷新工艺是在传统生物脱氮除磷工艺的基础上，突出发挥传统工艺的脱氮除磷优势并超越传统工艺方法开发的组合新工艺。新工艺是对传统工艺方法的提升，提高了生物处理的氮磷去除率，其将在今后的城市污水处理的脱氮除磷方面发挥重要作用。

2.1 双污泥-诱导结晶工艺

双污泥-诱导结晶工艺是使用双污泥系统，利用化学结晶进行磷的回收，把诱导结晶和生物脱氮除磷相互结合。在厌氧的条件下，通过生物方法产生富磷上清液，并利用化学结晶法进行上清液中磷的回收［1］。这是与传统除磷工艺的不同之处。通过生物方法和化学方法之间的相互补充，从而提高污水脱氮除磷的效率，同时进行资源回收，达到节约能耗的目的。双污泥-诱导结晶工艺流程示意见图1。

图1 双污泥—诱导结晶工艺

双污泥-诱导结晶工艺的特性是脱氮除磷效果极佳，对总氮、总磷和氨氮的去除率达到了71．2%、95．7%和85．1%，城市污水处理的出水基本达到了《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》中的一级A标准。在厌氧池的处理工艺中，碳源被反硝化聚磷菌以PHB的形式固定在了胞内，而中沉池1进行了污泥超越系统的设置，反硝化聚磷菌就越过了好氧段直接进入到了缺氧池中，被反硝化聚磷菌固定的PHB几乎被全部用于反硝化吸磷，从而降低了碳源的损耗。双污泥回流系统的设置，让反硝化聚磷菌和硝化菌都得到了合适的生长环境，进一步解决了在传统同步脱氮除磷工艺中的泥龄矛盾。对于污水中所含磷的去除主要是依靠化学结晶法，与传统的排放含磷污泥有着很大的区别。设置了测流系统，既保证污水中磷的高效结晶，又让生物处理系统得以正常地运行，中沉池1排出的污水一部分在进入诱导结晶反应器时，通过测流系统进行调节，对于N和P比例变化大的污水有着很强的适应能力。

2.2 CDPR-BAF工艺

CDPR-BAF工艺是把活性污泥法和BAF生物膜法相互结合，理论基础是反硝化聚磷菌缺氧吸磷的理论，在这个工艺中进行了双污泥系统的设置，将硝化作用段与除磷作用段分装置运行。将硝化菌保持在生物载体上，提高了硝化菌的生物量和硝化效率；同时将厌氧污泥进行超越，直接进入缺氧段，强化了脱氮除磷效果。该工艺的流程示意见图2。

图2 CDPR—BAF工艺

CDPR-BAF工艺的特性是能够很大程度地去除COD、总磷、总氮和氨氮，效率分别达到了90．5%、92．3%、81%和89%。在进入厌氧区的污水当中，超过了1/2的COD会被反硝化聚磷菌以PHB的形式封闭到胞内，这就为缺氧的反硝化吸磷过程提供了充足的碳源。BAF生物膜具有良好的硝化性能［2］，因为超越污泥系统的设置，进入污水中的异养微生物和碳源的量比较少，从而让属于自养型的硝化菌有着良好的生长环境，也为后续的反硝化吸磷过程提供了良好的环境。同时，因为后曝气池的设置，能够让出水的水质质量更加稳定。但是，这个工艺脱氮除磷的效果受到缺氧池中N和P比例的影响较大，因此如何做好缺氧池中N和P的比例控制还需进一步研究。

2.3 SHARON-ANAMMOX联合工艺

SHARON工艺的基本原理是硝化-反硝化作用的原理，由荷兰Delft工业大学开发的脱氮新工艺。这种工艺是把氨氮氧化过程控制在亚硝化阶段，然后开始反硝化过程的进行。这个工艺的核心是利用硝化细菌以及亚硝化细菌之间存在的生长速率的不同，在30～35℃下进行操作，亚硝化细菌的生长速率相比硝化细菌要高出很多［3］，而在停留时间上亚硝化细菌却明显要小于硝化细菌的特性，再通过控制系统让水力停留时间介于亚硝化细菌和硝化细菌的最小停留时间之间，从反应器中把硝化细菌淘汰出去，让亚硝化细菌在反应器中占据绝对的优势，从而把氨氮的氧化过程控制在了亚硝化阶段，同时再利用缺氧环境，进行反硝化过程。ANAMMOX工艺的基本原理是在厌氧的条件下，微生物直接用铵离子作为电子供体，用亚硝酸离子和硝酸离子作为电子的受体从而把铵离子转变成氮气的过程。这是与传统除氮工艺的不同之处。在这个过程中，因为厌氧氨氧化菌属于自养菌，因此通过有机物的添加来进行反硝化的维持。厌氧氨氧化优点：①能够让硝化反应中的充氧能耗大幅度降低；②在反硝化反应的过程中不需要外加碳源；③能够有效地节省在传统的硝化和反硝化反应中用到的中和试剂；④产泥量少。SHARON-ANAMMOX联合工艺，其工艺示意见图3。

图3 SHARON-ANAMMOX联合工艺

通过以上设备实现硝化-反硝化过程。SHARON工艺在反硝化的过程中，需要有机碳源的消耗，并且在出水中拥有较高的亚硝酸盐浓度，这个工艺就作为了硝化反应器。用ANAMMOX工艺作为反硝化反应器，进行两相组合。污水中一定浓度的亚硝酸离子与铵离子相互作用，产生氮气从水中溢出，有效地提高了污水中的脱氮效率。SHARON-ANAMMOX联合工艺的特性，比较适合进行高浓度氨氮废水的处理，而且在处理过程中不需要添加碳源。与传统的脱氮工艺原理不同，能够节约50%的耗氧量，同时能够有效地减少排放的CO2。污泥产量比较小，能够有效地减少对于环境的污染，拥有良好的应用前景。据报道在垃圾渗沥液处理中已经得到应用［4］。

2.4 接触氧化-强化混凝组合工艺

此工艺将生物接触氧化法和化学混凝法进行了有机的结合。生物接触氧化法具有很高的生物膜活性，有很好的抗冲击能力，同时操作方便，处理后所剩的污泥也较少。而化学混凝法则有很高的处理效率，可以通过开发新型、高效的混凝剂进行常规药剂的改变，避免常规药剂中的缺点。工艺开发者研制出的混凝药剂是1种铝铁/高锰酸钾复配药剂，具有吸附、氧化和混凝等功能，改变了以前使用传统混凝药剂时出现的用量大、剩余大量污泥的缺点。通过与强化混凝法的相互结合也让生物处理法在低水温环境下处理效果不好的问题得到了改善。

接触氧化-强化混凝组合工艺可有效降低污水中的有机物，COD含量可达到50 mg/L以下。接触氧化池出水的氨氮含量也能够达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》中的一级B标准经过化学混凝后，能够进一步的降低氨氮浓度总磷浓度，从而达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》中的一级A标准。采用新型、高效的混凝药剂，出水的浊度也能够满足污水排放的要求。此工艺对于较低氮磷浓度的废水处理也能够达到很好的氮磷去除效果。

3 结束语

污水生物脱氮除磷是当今水处理的热点与难点，正在得到人们的重视。新的脱氮除磷理论及方法的提出为脱氮除磷工艺的发展指明了方向新工艺方法的应用正在起步阶段，比传统工艺设计要复杂，设计参数有待于进一步实践和摸索普遍应用具有一定的难度。对现有污水处理设施要从实际出发，改进和创新现有的处理工艺，实现污水处理工艺的升级改造，改善出水水质，以达到排放标准的要求。

［1］李亚峰，谢新立，王欣．双污泥反硝化脱氮除磷工艺的影响因素及析［J］．水处理技术，2011（8）：19-21．

［2］赵宁宁．污水处理厂生物脱氮除磷工艺选择［J］．现代农业科技，201（21）：296-298．

［3］王海波，武周虎．膜生物反应器在脱氮除磷方面的应用研究［J］．西南排水，2009（1）：19-22．

［4］付丽霞，吴立波，宫玥，等．垃圾渗滤液中有机污染物对厌氧氨氧的影响研究［J］．水资源与水工程学报，2010（3）：25-29．

Characteristics of Nitrogen and Phosphorus Removal Technologies in Municipal Wastewater Treatment

Jing Jiangang1,Zhang Jinhong1,Li Zhenhai2,Zhou Yongchun3
（1．Tianjin Academy of Environmental Sciences,Tianjin 300191;2．Tianjin City Appearance and Environmental Sanitation Construction Development Co．,Ltd,Tianjin 300192;3．Yunnan Origin Water and Water Industry Technology Co．,Ltd,Kunming Yunnan 650106）

The principles and process characteristics of four technologies of nitrogen and phosphorus removal i municipal wastewater treatment were expounded．Comparing with traditional technology,the characteristics of the ne technologies were discussed．With equipment development and their engineering applications,the new technologies can solv the defects of traditional technology for nitrogen and phosphorus removal,improve removal rate of nitrogen and phosphorus i municipal wastewater treatment system．

municipal wastewater；nitrogen and phosphorus removal；new technology

X703．5

B

1005-8206（2012）03-0043-03

2012-03-20

荆建刚（1974—），工程师，主要从事水污染控制技术研究。E-mail：jingjg900@sohu．com。

（责任编辑：张艺