新型污水生物脱氮除磷工艺研究进展

新型污水生物脱氮除磷工艺研究进展

马潇然

广东环科院环境科技有限公司 广东广州 511045

摘要：近些年来，伴随城镇规模的扩大，城镇生活污染源占比急剧上升，而污水收集系统的建设推进相对缓慢，污水处理技术滞后于当前的社会发展需求，导致水体富营养化日益严峻，其中以氮、磷为主要的水资源富营养化因素。传统脱氮除磷污水处理工艺难以满足日趋严重的污水处理需求开发适宜的脱氮除磷新型污水处理工艺技术拥有很大的市场前景。基于此，本文探讨了研究生物脱氮除磷处理污水新工艺的意义，介绍了关于生物脱氮除磷新型污水工艺的整体研究进展，仅供参考。

关键词：新型工艺；污水处理；生物脱氮除磷

近年来，我国富营养化水体占比超过80％[1]，排入水中的氮、磷等物质给藻类植物提供了充足的生长条件，导致水体溶解氧下降，限制水生生物的生存环境，严重危害了自然水生态系统，带给野生动植物、家畜、人类巨大的影响和危害。很多国家均严格限制了氮磷排放标准，并循环利用水资源，以防水体继续恶化，我国排水质量评价体系也从单一考核氨氮、磷酸盐向总氮总磷转变。当前，国内应用型污水处理技术依旧较为落后，以至于出水中的氮磷难以较好地被去除，无法达到A级标准。下一步，需要积极研究、改进脱氮除磷工艺，尤其应关注污水生物脱氮除磷新型工艺的国内外研究进展，推动新技术的应用落地。

一、生物脱氮除磷处理污水新工艺的研究意义

人类为了存活下来并不断向前发展，则必须依赖水这种很重要的资源。随着工农业不断向前发展、民众生活品质的稳步提高工业废水以及城镇生活污水的总体排放量都在急剧增大。然而，生活及工业污水处理设施的巨大缺口使得国内水环境污染愈加严重，大量没有处理达标的高氮磷污水直接排入水体引起了严峻的水体富营养化现状问题部分水系难以发挥正常功能并且带来了严重的经济损失。近年来逐步增加的污水处理能力从一定程度上改善了水体污染现象但是却远远跟不上水污染防治的需求以至于水环境质量每况愈下[2]。而相较于传统化学、物理脱氮除磷工艺而言，生物脱氮除磷新型工艺能够明显提高出水水质与脱氮除磷效率，有效减少运行费用、降低能源消耗。为此，我国明确提出要结合经济现状积极开发经济高效的脱氮除磷新型污水处理专业技术、设备从源头上改善国民的生活品质、提升水环境质量。考虑到不同类型的脱氮除磷工艺往往在进水水水质、处理效果、成本支出上面存在差别，处理厂在实际选用处理污水的方法工艺时，还应注意全面考量后才能科学做出筛选，以充分发挥生物脱氮除磷处理污水新工艺的优势作用，在国内经济、城镇化建设飞速发展的同时也可以满足不断提高的水资源保护需求。

二、新型污水生物脱氮除磷工艺研究进展

1、SBR改良新工艺

当前，SBR工艺常用于对污水进行脱氮，能够全面除去存在于水中的大量氮元素，并且达到处理污水目标。而SBR工艺应用环节的间歇排水步骤仅存很短暂的排水时长，且在具体排水的环节还不可以进一步搅动污泥，而应配备专用系列的排水设备。而就深度处理而言，对SBR工艺设备则提出了很高的要求，要求设备的体积较大，并提升了基建费用[3]。现阶段，存在一些改良、优化SBR工艺的常见工艺：UNITANK、CASS、ICEAS、MSBR，且MSBR工艺获得了极为广泛的推广应用。这项工艺完美地继承了关于SBR工艺方面的特点，并且省去了初沉、二沉污水的池子，在液位保持恒定的状态下实现了连续进水运行。在有效控制脱氮效果的过程中，MSBR工艺还大幅度地减少了基建、运行费用。

据有关改良SBR的研究显示，综合运用ABR、MSBR的工艺，对于畜禽养殖系列废水展现出很理想的处理效果。其中，沉淀时间、回流比、水力停留时间、循环周期可以大幅影响改良SBR工艺用于处理各种畜禽养殖废水的整体效率。从一定程度上看，伴随回流比、沉淀时间、水力停留时间的不断提高，氨氮去除率也会显著性提高。在回流比达到200%，循环周期组曝气、沉淀、水力停留的时间依次是175min、60min、8h时，有关改良SBR工艺呈现出最大的畜禽养殖废水氨氮去除率，除去氨氮的比率可达74.02%。

2、A/A/O倒置工艺

当前，A/A/O倒置工艺是很常见的一类A/A/O改造工艺，并且在城市污水处理设施中推广应用（图1显示工艺流程图）。在前置缺氧池中，被处理的污水会进行反硝化反应，通过反硝化细菌，可以结合水中存在的有机物，来进一步生成氮气，并且排放至大气之中。然后，入到厌氧池后的污水，则会通过聚磷微生物吸纳降解很容易的COD，再生成磷酸盐。对于好氧池中的污水，则可以将磷元素吸收，并让水中BOD浓度下降。与A/A/O工艺相比而言，好氧池中的硝化反应所释放出来的硝态氮，可以直接往缺氧池回流。其中，反硝化细菌则可以污水有机物为反应碳源来进行反硝化，阻止在厌氧池通过降解有机物而弱化反硝化成效。而污水先到缺氧池里面发生反硝化，并大幅度降解硝态氮，则很好地弱化了硝态氮带给磷释放过程的干扰和影响。

图1A/A/O倒置工艺流程图

据李易寰等对某污水厂的数据信息进行了研究，并且分析了关于CAST、A/A/O的区别和差距[4]。从研究结果中发现，通过A/A/O倒置工艺将污水处理以后，呈现的出水效果远优于CAST工艺的现象。在进水中的氨氮浓度为25mg·L-1、总氮35mg·L-1、COD600mg·L-1时，通过CAST工艺难以很好地除去水中存在的污染物，最终出水效果只能达到一级B标准，其中出水总氮、氨氮、总磷均存在超标风险。经过升级改造该污水厂后，A/A/O倒置工艺的出水浓度可达到一级A标准，且显著性提高了脱氮除磷效果。即便进水氨氮质量浓度达32mg·L-1、总氮40mg·L-1、COD400mg·L-1，通过A/A/O倒置工艺来处理后，出水中氨氮平均浓度不到0.445mg·L-1、总氮低于7.69mg·L-1、COD低于26.1mg·L-1。另外，李易寰等还从研究中发现在冬季温度较低时，A/A/O倒置工艺在没有额外加入有机碳源、减少曝气池末端DO含量的情况下，只适当地增大二沉池回流污泥量，仍然可以很好地除去水中污染物，并控制出水水质。综上所述，A/A/O倒置工艺既可以改善出水效果、减轻低温抑制微生物的作用，也可以减少运行费用、能耗量。徐波等也从实验研究发现相较于A/A/O常规工艺，A/A/O倒置工艺可以更有效地用于处理猪场环境消化液。在进水COD浓度达到1520mg·L-1、氨氮为625mg·L-1时，A/A/O常规工艺、A/A/O倒置工艺的出水COD浓度分别为359mg·L-1、288mg·L-1，氨氮浓度分别为127mg·L-1、97mg·L-1；在总HRT设置为124h、回流消化液与污泥的体积比是300%、50%的一致条件下，A/A/O倒置工艺对于除去猪场消化液中的COD、氮较常规工艺高出约8.16%、10.83%左右[5]。另外，在无需外加碳源时，A/A/O倒置工艺可以达到0.34g·g-1·d-1的反硝化速率，并要较常规工艺提高反硝化速率54.54%。

3、A/A/O改良工艺

与A/A/O传统工艺相比而言，经过改良后的A/A/O工艺将在预缺氧池增设在了厌氧池位置以前（图2是A/A/O改良工艺流程图）。然后，污水可以先入这个预缺氧池，来通过反硝化预先大量除去氮元素，处理后污水才会流入厌氧池并进一步释放出来磷元素，并反硝化让剩余氮元素化为氮气，最后再在好氧池吸收污水中存在的磷元素。与A/A/O常规工艺相比，A/A/O改良工艺可以更有效地除去水中氮元素。另外，A/A/O常规工艺中的好氧池需要加入碱度以控制系统pH值，对于缺氧池也要求加入甲醇等有机碳源来促进厌氧微生物进行生长繁殖；而在A/A/O改良工艺中，不必额外加入有机碳源、碱度，明显减少了运行费用及能源消耗。

图2A/A/O改良工艺流程图

赵蓉等结合AO（SDAO）工艺处理生活污水，升级改造原SDAO主体工艺为A/A/O改良工艺，研究了该工艺的具体处理效果。在进水温度为12.2±0.5℃时，进水CODCr质量浓度为200mg·L-1、总氮35.9mg·L-1、总磷3.05mg·L-1，经过A/A/O改良工艺处理污水后，出水CODCr质量浓度降至11.8mg·L-1、总氮至1.34mg·L-1、总磷至0.17mg·L-1。相较于原AO（SDAO）工艺而言，A/A/O改良工艺更适应低温环境，总氮、总磷去除率分别提升至96.3%、94.3%。柯浪文等也研究了在亚热带季风环境下，A/A/O改良工艺不额外添加碳源时关于处理低碳源污水过程的效果情况。在A/A/O改良工艺下，通过进出水COD、氨氮、总氮浓度分析发现，A/A/O改良工艺可以有效去除水中污染物。

三、结语

综上所述，当前的研究进展表明，在生活污水、畜禽养殖废水等不同类型的污水治理中，相较于传统的脱氮除磷工艺，新型工艺提高了污水处理效率、减少了低温环境带来的影响，还大幅降低运行成本，让污水处理工艺朝着可持续发展的方向进步。下一步，需继续深入研究改良污水脱氮除磷工艺，逐步降低水体富营养化对环境造成的影响。

参考文献

[1]李清哲，边德军，聂泽兵，等.序批式AOA同步脱氮除磷工艺研究综述[J].净水技术，2020，39（11）：79-85.

[2]钟惠苗，许丹丹，李秋毅，等.生活污水处理工艺分析及性能比较[J].科技创新与应用，2020（36）：89-93.

[3]孟庆松.改良SBR生化工艺在工业废水处理中的应用[J].山西化工，2020，40（5）：183-185.

[4]李易寰，旻张慧，王艳红，等.不同水处理工艺在污水处理厂中的应用[J].水处理技术，2020，46（8）：135-140.

[5]赵忠洋，夏涛，徐新，等.生活污水处理厂CASS工艺改造MBBR工艺设计-施工一体化施工工艺[J].工程建设与设计，2020（16）：132-133.