孟慶影

摘要：分析了氮磷對水體環(huán)境的影響以及水體中氮磷的主要來源，就我國當(dāng)前污水處理廠脫氮除磷現(xiàn)狀進行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對脫氮除磷工藝在我國污水處理廠中的應(yīng)用進行了較為詳細的探討，分析了各種工藝的優(yōu)劣以及在我國污水處理廠的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：脫氮除磷；污水處理；水體污染

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2015）17021002

生活及工業(yè)污水的排放，對水體環(huán)境的好壞具有重要的影響。其中，污水中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的超標排放是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因之一。水體富營養(yǎng)化造成了浮游藻類的迅速、大量繁殖，易形成藻類大面積爆發(fā)成災(zāi)事件。

有鑒于我國水環(huán)境污染的嚴重性，我國對于城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)力度不斷加強。有關(guān)污染物排放標準對于氮磷的排放要求也越來越嚴格。新建的污水處理廠需要考慮對氮磷的排放控制，而已建的污水處理廠則需要進行升級改造，增強或強化脫氮除磷的功能。

1氮磷對于水體環(huán)境的影響

適量的氮磷對于促進水生植物及微生物的生長具有重要作用，對保持水環(huán)境的平衡也具有一定的作用，但過量氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)進入水體中，則會使水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化，使水體中的浮游藻類大量繁殖，甚至是爆發(fā)性繁殖，產(chǎn)生“水華”現(xiàn)象。“水華”現(xiàn)象即是水污染的明顯表現(xiàn)，同時也會進一步加劇水體的污染。藻類的大量或爆發(fā)性繁殖，會在水面形成或厚或薄的覆蓋性藻類漂浮物，造成水體缺氧，引起水生動物窒息而死。有些藻類還會產(chǎn)生有害毒素，使水生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，造成生物多樣性的減少。

水體富營養(yǎng)的指標三類，營養(yǎng)因子、環(huán)境因子與生物因子，其中，營養(yǎng)因子是水體富營養(yǎng)化的根本原因，而在營養(yǎng)因子中，氮磷則是最為關(guān)鍵的存在。因此，控制進入水體的氮磷含量，對于解決水體富營養(yǎng)化問題至關(guān)重要。

2水體中氮磷的主要來源

我國水體中的氮磷污染主要來自生活污染、農(nóng)業(yè)污染以及工業(yè)污染源。

生活污染源主要是指來自城市中的污染物，如人的排泄物、食品廢物以及各種合成洗滌劑。在此類廢物中，含有大量的氮磷物質(zhì)，若未經(jīng)處理或處理不嚴格進入自然水體，則會成為水體中的氮磷污染源。

農(nóng)業(yè)污染主要是指化肥的大量或是過量使用，流失率過高造成的污染。眾所周知，化肥的主要成份就是氮磷，農(nóng)業(yè)中不經(jīng)控制大量或過量使用化肥，造成化肥的流失率極大，進入水體后極易成為水體氮磷污染源。

工業(yè)污染主要是指食品加工業(yè)、化肥生產(chǎn)企業(yè)形成的工業(yè)廢水，其中含有大量的氮磷，若未經(jīng)處理或是處理不當(dāng)直接排入水體中，對于水體的氮磷污染具有重大的影響。

3我國污水處理廠脫氮除磷現(xiàn)狀

我國對于城市污水處理廠的建設(shè)始于上世紀20年代的上海，新中國成立后的70-80年代我國開始進行大規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)。在初期建設(shè)的城鎮(zhèn)污水處理廠，其處理工藝均采用了活性污泥法技術(shù)，主要是處理的是城市污水中的有機污染物及懸浮物，對于污水中氮磷的處理能力比較弱，去除率較低。之后在20世紀80年代初，一些污水處理的新工藝開始在污水處理廠中得到應(yīng)用，但整體上來說，這一階段我國污水處理廠在脫氮除磷工藝上還處于較低的水準。

進入20世紀90年代，隨著我國水體環(huán)境污染的不斷加劇，在污染治理上開始加大力度，先后出臺了《地下水水質(zhì)標準》、《地表水水質(zhì)標準》以及《海水水質(zhì)標準》等，對于水體中氮磷標準值提出了明確的要求。這一時期，我國在污水處理廠的建設(shè)上，對于脫氮除磷的工藝要求也越來越嚴格，新建污水處理廠必須考慮對氮磷的控制，而已經(jīng)建成運行的污水處理廠，則需要進行相應(yīng)的脫氮除磷工藝改造。

4脫氮除磷工藝在我國污水處理廠中的應(yīng)用

4.1氧化溝工藝

氧化溝工藝是具有工藝流程簡單、運行穩(wěn)定、管理方便等特點，而且處理費用較低，與其它工藝相較，具有較強的耐沖擊負荷能力、出水水質(zhì)好、剩余污泥少、構(gòu)筑物少等優(yōu)勢。在我國，氧化溝工藝應(yīng)用較多的有卡魯塞爾（Carrousel）氧化溝、奧貝爾（Orbal）氧化溝、三溝式氧化溝以及DE型氧化溝等。

卡魯塞爾（Carrousel）氧化溝是1967年由荷蘭的DHV公司開發(fā)研制的，具有投資省、處理效率高、可靠性好、管理方便和運行維護費用低等優(yōu)點，在世界各國都得到廣泛的應(yīng)用。我國的昆明第一污水處理廠、珠海香洲污水處理廠、中山污水處理廠以及重慶北碚污水處理廠都采用了此種工藝。

奧貝爾（Orbal）氧化溝工藝是美國USFilter Envirex公司開發(fā)并擁有的工藝技術(shù)，該工藝非常適用于污水常規(guī)二級生物處理，目前，我國已經(jīng)實現(xiàn)了該種工藝的自行設(shè)計與設(shè)備的國產(chǎn)化，北戴河西部污水處理廠以及溫州中心區(qū)污水處理廠均應(yīng)用了該種工藝。

三溝式氧化溝又稱為T型氧化溝，是一種典型的氧化溝構(gòu)造形式，這種工藝具有流程簡單、建設(shè)投資小、運行費用低的特點，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上不需要另設(shè)一次、二次沉淀池和污泥回流裝置，在一定程度上避免了氧化溝工藝占地面積大的弊端。我國邯鄲東郊污水處理廠、蘇州新區(qū)污水處理廠、深圳濱河污水處理廠以及羅芳污水處理廠二期都采用了這種工藝設(shè)計。

DE型氧化溝工藝是一種雙溝系統(tǒng)，與三溝系統(tǒng)類似，不同之處在于DE型氧化溝系統(tǒng)有獨立的污泥回流系統(tǒng)。西安北石橋污水處理廠就是采用了該種工藝。

氧化溝技術(shù)從問世以來就得到了廣泛的關(guān)注，歐洲目前約有上千座氧化溝污水處理廠在運行，我國從上世紀八十年代開始引進國外氧化溝技術(shù)，消化吸收發(fā)展至今，氧化溝工藝已成為我國城市污水處理的主要工藝之一。

4.2A/O工藝的應(yīng)用

A/O工藝具有較好的脫氮除磷效果，在20世紀80-90年代是城市污水處理中脫氮除磷的主流工藝。A/O工藝包括了A/O除磷工藝與A/O脫氮工藝，通常除磷效果可達到90%以上，脫氮效果在80%以上。該工藝不需外加碳源脫氮，又能充分實現(xiàn)反硝化且易于控制污泥膨脹，投資和運行費用較低，在我國早期的污水處理廠中具有廣泛的應(yīng)用。如天津東郊污水處理廠、北京高碑店污水處理廠以及杭州四堡污水處理廠、沈陽西郊污水處理廠等。

A/O工藝在污泥沉降和磷的去除上具有明顯的效果，但因其工藝控制有限，在發(fā)生硝化作用時會降低除磷效果。此外，A/O工藝的溫度及進水負荷低時，微生物的代謝能力會減弱，污泥生長會變慢，對于除磷效果具有較大影響。

4.3A2/O及其改進工藝的應(yīng)用

A2/O工藝是我國常用的同步脫氮除磷工藝，其在只有除磷功能的A/O工藝中加了一個缺氧池，實現(xiàn)了脫氮除磷的同步進行，操作簡單、費用低廉，因此在我國的污水處理廠中得到了廣泛的應(yīng)用。昆明第二污水處理廠、廣州大坦沙污水處理廠、西安鄧家村污水處理廠都應(yīng)用了該工藝。但采用此種工藝不能實現(xiàn)同時高效的脫氮除磷，其工藝本身存在的缺陷，即硝化菌、反硝化菌以及聚磷菌在有機負荷、碳源需求上存在著矛盾與競爭，很難在同一系統(tǒng)中實現(xiàn)氮磷的同時高效去除。

為解決A2/O工藝固有的缺陷，很多研究者們進行了多方面的研究對該工藝進行升級改進，其中，我國取得了兩項專利技術(shù)，即倒置A2/O工藝與A-A2/O工藝。

倒置A2/O工藝是針對A2/O工藝缺氧池與厭氧池的排列位置而言，將其工藝位置倒置，將缺氧池置于厭氧池之前。倒置A2/0工藝在有沒有硝酸鹽回流條件下均可運行，工藝環(huán)境有利于微生物形成更強的吸磷動力，所有污泥都將經(jīng)歷完整的釋磷和吸磷過程使除磷能力得到增強。該工藝應(yīng)用效果較好的有江蘇常州清潭污水處理廠、常州北城污水處理廠、青島李村河污水處理廠等。

A-A2/O工藝是在厭氧池前增設(shè)缺氧池，原A2/O工藝通過分隔厭氧池與原污水，可以很容易的改造為A-A2/O工藝。A-A2/O工藝充足的回流污泥停留時間保證了RAS中硝酸鹽的徹底反硝化，又能夠保證足夠的碳源，厭氧池中最低限度的硝酸鹽含量使得除磷效果得到了加強。山東泰安污水處理廠、青島團島污水處理廠應(yīng)用該工藝取得了良好的脫氮除磷效果。

4.4SBR工藝及其改進型的應(yīng)用

SBR工藝是通過自動控制程序，在時間序列上形成A2/O系統(tǒng)，具有經(jīng)濟高效、控制靈活的特點，在脫氮除磷方面效果良好，適用于中小水量的污水處理廠。

典型SBR工藝存在一定的技術(shù)問題，首先，間歇進水、間歇曝氣方式，鼓風(fēng)曝氣機由于間歇運轉(zhuǎn)，頻繁啟停，使得整個工藝的運行穩(wěn)定性受到較大的影響，曝氣階段反應(yīng)池的利用率也比較低；其次，由于間歇進水的原因，自控系統(tǒng)的設(shè)計與順序進水閘閥的安裝變得較為復(fù)雜，當(dāng)進水量較大時，需要并聯(lián)運行多套反應(yīng)池，系統(tǒng)整體復(fù)雜性增大；第三，對于一些具有較高濃度的難降解有機廢水反應(yīng)時間比較長。為了解決以上問題，眾多研究者們進行了對典型SBR工藝的改進變型，比較成熟的工藝有ICEAS工藝、DAT-IAT工藝、CASS工藝等。

ICEAS工藝最大的特點是在反應(yīng)器的進水端加了一個預(yù)反應(yīng)區(qū)，運行方式為連續(xù)進水、間歇排水，預(yù)反應(yīng)區(qū)可起調(diào)節(jié)水流的作用，主反應(yīng)區(qū)是曝氣、沉淀的主體。ICEAS工藝也可看作是連續(xù)進水、間歇排水的SBR工藝。昆明第三污水處理廠便采用了此種工藝，運行效果良好。

DAT-IAT工藝在同一個反應(yīng)池中設(shè)置DAT池和IAT池，以導(dǎo)流墻相隔。DAT池連續(xù)進水并連續(xù)曝氣，保持了系統(tǒng)的水力均衡，有效提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且連續(xù)曝氣加強了對難降解有機物的降解，縮短了對高濃度有機廢水的處理時間，相應(yīng)也縮短了鼓風(fēng)曝氣機的運行時間；此外，DAT池的連續(xù)進水，利用普通的污水泵就能實現(xiàn)該操作，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。該工藝在天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠以及撫順三寶屯污水處理廠取得到較好的應(yīng)用效果。

CASS工藝做為SBR工藝的改進型，是在SBR池內(nèi)進水端增加了一個生物選擇區(qū)，也就是預(yù)反應(yīng)區(qū)，實現(xiàn)了連續(xù)進水，間歇排水。整個工藝的曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)。北京航天城污水處理廠采用了此工藝。

5結(jié)束語

隨著我國環(huán)境問題的日益突出，我國對于水體環(huán)境的治理也在不斷加強，對于污水處理廠脫氮除磷的要求也越來越嚴格，也些早期建設(shè)的污水處理廠也面臨著脫氮除磷功能的改造問題。綜合對目前污水處理廠脫氮除磷工藝的應(yīng)用狀況，A2/O工藝及其改進型、氧化溝工藝、SBR工藝及其改進型是目前應(yīng)用范圍廣且應(yīng)用效果比較好的選擇。

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