城市污水处理脱氮除磷新工艺特性探讨

第２０卷第３期　环境卫生工程　Ｖｏｌ＿２０　Ｎｏ．３　２０１２年６月　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｕｎｅ　２０１２　・４３・　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）　摘要：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。　关键词：城市污水；脱氮除磷；新工艺　中图分类号：Ｘ７０３．５　文献标识码：Ｂ文章编号：１００５—８２０６（２０１２）０３—００４３—０３　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　Ｒｅｍｏｖａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｉｎ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇａｎｇ　，Ｚｈａｎｇ　Ｊｉｎｈｏｎｇ　，Ｌｉ　Ｚｈｅｎｈａｉ　，Ｚｈｏｕ　Ｙｏｎｇｅｈｕｎ　（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）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｉｎ　ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｃａｎ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｒｅｍｏｖａｌ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｉｎ　ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｒｅｍｏｖａｌ；ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　近年来，随着经济发展的不断加快，城市排　二氧化碳，同时有机氮转化成无机氨态氮；氨态　放的污水中氮和磷的含量日益升高，造成了水体　氮在好氧状态下，由硝化细菌和亚硝化细菌协同　富营养化问题越来越严重，导致环境污染问题愈　作用，将氨态氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮；　显突出。排放标准对氮磷的排放要求愈来愈严格，　在缺氧状态下，由反硝化细菌作用，将硝态氮还　常规污水处理的活性污泥法对于废水中氮和磷的　原成氮气，释放到大气中。以上的作用过程完成　去除率却只有１０％～３０％，处理后的出水氮磷含量　了水中氮元素迁出的过程，达到污水脱氮的目的。　与国家及地方的排放标准相差甚远。开发高效、　１．２生物除磷原理　经济的新型脱氮除磷工艺，成为了目前水污染控　生物除磷过程主要包括厌氧环境磷释放过程　制领域的重点研究对象和研究热点。　和好氧环境聚磷过程。污水生物处理过程中，在　１脱氦除磷工艺原理　厌氧条件下，聚磷菌的生长受到抑制，在菌体代　脱氮除磷工艺方法主要包括物化法和生物法。　谢有机基质所需能量时，释放出细胞中的聚磷酸　物化法是利用氮磷自身的化学特性及高效除氮、　盐，完成磷释放过程；进人好氧环境后，菌体活　磷药剂与水中的氮、磷发生物理化学反应并形成　力得到充分的恢复，利用有机基质合成细胞能量，　化合物，去除污水中的氮、磷的方法。生物法脱　从污水中摄取大量的溶解态正磷酸盐，完成聚磷　氮除磷工艺主要是指利用微生物本身具有对氮磷　过程。这些微生物菌体作为系统的剩余污泥排除，　生物代谢的特性，使不同形态的氮磷在水、污泥、　即达到了污水除磷的目的。　大气之间的迁移转化过程，对污水中的氮磷进行　２脱氦除磷新工艺　有效去除的方法。　传统的生物处理工艺如ＳＢＲ工艺、ＣＡＳＴ工　１．１　生物脱氮机理　艺、ＭＳＢＲ工艺、Ａ　Ｏ工艺及立体循环一体化氧　生物脱氮的基本原理主要包括含氮有机物碳　化沟工艺等都具有一定的脱氮除磷功能。城市污　化作用、硝化作用和反硝化作用３个生物作用过　水处理脱氮除磷新工艺是在传统生物脱氮除磷工　程。污水生化处理过程中，有机物碳化生成水和　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　收稿日期：２０１２—０３—２０　是对传统工艺方法的提升，提高了生物处理的氮　・４４・　环境卫生工程　第２０卷　磷去除率，其将在今后的城市污水处理的脱氮除　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　磷方面发挥重要作用。　２．１双污泥一诱导结晶工艺　进入缺氧段，强化了脱氮除磷效果。该工艺的流　双污泥一诱导结晶工艺是使用双污泥系统，利　程示意见图２。　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…。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。双污泥一诱导结晶工艺　流程示意见图１。　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％、８ｌ％和８９％。在进人厌氧区的　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ｌ２］，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　图１双污泥一诱导结晶３－艺　为后续的反硝化吸磷过程提供了良好的环境。同　双污泥一诱导结晶工艺的特性是脱氮除磷效果　时，因为后曝气池的设置，能够让出水的水质质　极佳，对总氮、总磷和氨氮的去除率达到了７１．２％、　量更加稳定。但是，这个工艺脱氮除磷的效果受　９５．７％和８５．１％，城市污水处理的出水基本达到　到缺氧池中Ｎ和Ｐ比例的影响较大，因此如何做　　了（（城镇污水处理厂污染物综合排放标　中的　好缺氧池中Ｎ和Ｐ的比例控制还需进一步研究。级Ａ标准。在厌氧池的处理工艺中，碳源被反　２．３　ＳＨＡＲＯＮ—ＡＮＡＭＭＯＸ联合工艺　硝化聚磷菌以ＰＨＢ的形式固定在了胞内，而中沉　ＳＨＡＲＯＮ工艺的基本原理是硝化一反硝化作　池１进行了污泥超越系统的设置，反硝化聚磷菌　用的原理，由荷兰Ｄｅｌｆｔ工业大学开发的脱氮新工　一就越过了好氧段直接进人到了缺氧池中，被反硝　艺。这种工艺是把氨氮氧化过程控制在亚硝化阶　化聚磷菌固定的ＰＨＢ几乎被全部用于反硝化吸　段，然后开始反硝化过程的进行。这个工艺的核　磷，从而降低了碳源的损耗。双污泥回流系统的　心是利用硝化细菌以及亚硝化细菌之间存在的生　设置，让反硝化聚磷菌和硝化菌都得到了合适的　长速率的不同，在３０～３５　下进行操作，亚硝化　生长环境，进一步解决了在传统同步脱氮除磷工　细菌的生长速率相比硝化细菌要高出很多［　，而　艺中的泥龄矛盾。对于污水中所含磷的去除主要　在停留时间上亚硝化细菌却明显要小于硝化细菌　是依靠化学结晶法，与传统的排放含磷污泥有着　的特性，再通过控制系统让水力停留时间介于亚　很大的区别。设置了测流系统，既保证污水中磷　硝化细菌和硝化细菌的最小停留时间之间，从反　的高效结晶，又让生物处理系统得以正常地运行，　应器中把硝化细菌淘汰出去，让亚硝化细菌在反　中沉池１排出的污水一部分在进入诱导结晶反应　应器中占据绝对的优势，从而把氨氮的氧化过程　器时，通过测流系统进行调节，对于Ｎ和Ｐ比例　控制在了亚硝化阶段，同时再利用缺氧环境，进　变化大的污水有着很强的适应能力。　２．２　ＣＤＰＲ—ＢＡＦ工艺　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　ＣＤＰＲ—ＢＡＦ工艺是把活性污泥法和ＢＡＦ生物　体，用亚硝酸离子和硝酸离子作为电子的受体，　膜法相互结合，理论基础是反硝化聚磷菌缺氧吸　从而把铵离子转变成氮气的过程。这是与传统除　磷的理论，在这个工艺中进行了双污泥系统的设　氮工艺的不同之处。在这个过程中，因为厌氧氨　置，将硝化作用段与除磷作用段分装置运行。将　氧化菌属于白养菌，因此通过有机物的添加来进　第３期　荆建刚，等城市污水处理脱氮除磷新工艺特性探讨　・４５・　行反硝化的维持。厌氧氨氧化优点：①能够让硝　钾复配药剂，具有吸附、氧化和混凝等功能，改　化反应中的充氧能耗大幅度降低；②在反硝化反　变了以前使用传统混凝药剂时出现的用量大、剩　应的过程中不需要外加碳源；③能够有效地节省　余大量污泥的缺点。通过与强化混凝法的相互结　在传统的硝化和反硝化反应中用到的中和试剂；　合也让生物处理法在低水温环境下处理效果不好　④产泥量少。ＳＨＡＲＯＮ—ＡＮＡＭＭＯＸ联合工艺，　的问题得到了改善。　其工艺示意见图３。　接触氧化一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、　ＳＨＡＲ０Ｎ　ＡＮＡＭＭＯＸ　总磷浓度，从而达到《城镇污水处理厂污染物综　合排放标　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　图３　ＳＨＡＲＯＮ—ＡＮＡＭＭＯＸ联合工艺　通过以上设备实现硝化一反硝化过程。　要求。此工艺对于较低氮磷浓度的废水处理也能　ＳＨＡＲＯＮ工艺在反硝化的过程中，需要有机碳源　够达到很好的氮磷去除效果。　的消耗，并且在出水中拥有较高的亚硝酸盐浓度，　３结束语　这个工艺就作为了硝化反应器。用ＡＮＡＭＭＯＸ工　污水生物脱氮除磷是当今水处理的热点与难　艺作为反硝化反应器，进行两相组合。污水中一　点，正在得到人们的重视。新的脱氮除磷理论及　定浓度的亚硝酸离子与铵离子相互作用，产生氮　方法的提出为脱氮除磷工艺的发展指明了方向。　气从水中溢出，有效地提高了污水中的脱氮效率。　新工艺方法的应用正在起步阶段，比传统工艺设　　ＳＨＡＲ０Ｎ—ＡＮＡＭＭＯＸ联合工艺的特性，比较适　计要复杂，设计参数有待于进一步实践和摸索，合进行高浓度氨氮废水的处理，而且在处理过程　普遍应用具有一定的难度。对现有污水处理设施　中不需要添加碳源。与传统的脱氮工艺原理不同，　要从实际出发，改进和创新现有的处理工艺，实　能够节约５０％的耗氧量，同时能够有效地减少排　现污水处理工艺的升级改造，改善出水水质，以　放的ＣＯ　。污泥产量比较小，能够有效地减少对　达到排放标准的要求。　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］。　参考文献　［１］李亚峰，谢新立，王欣．双污泥反硝化脱氮除磷下艺的影响因素及分　析［Ｊ］．水处理技术，２０１　１（８）：１９—２１．　［２］赵宁宁．污水处理厂生物脱氮除磷丁艺选择［Ｊ］．现代农业科技，２０１　１　２．４接触氧化一强化混凝组合工艺　此工艺将生物接触氧化法和化学混凝法进行　（２１）：２９６—２９８　了有机的结合。生物接触氧化法具有很高的生物　［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］．西南给　膜活性，有很好的抗冲击能力，同时操作方便，　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。　作者简介：荆建刚工艺开发者研制出的混凝药剂是１种铝铁／高锰酸　（１９７４一），工程师，主要从事水污染控制技术研究。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉｎｇｉｇ９００＠ｓｏｈｕ．ｃｏｉｎ。　排水，２００９（１）：１９—２２．　处理后所剩的污泥也较少。而化学混凝法则有很　的影响研究『Ｊ］．７Ｋ资源与水Ｔ程学报，２０１０（３）：２５—２９．　［４］付丽霞，吴立波，宫碉，等．垃圾渗滤液中有机污染物对厌氧氨氧化　（责任编辑：张艺）　・信息・　天津推进低碳建筑实施　由环境保护部环境发展中心主办的全国首家　设计阶段验证示范项目。作为全国第一家低碳建　“中国环境标志——低碳建筑标准”验证示范项目　筑规划验证项目，经纬城市绿洲落户天津滨海新　日前在天津市滨海新区举行授牌仪式，　“推动低　区大港港东新城，标志着生态住宅、绿色地产、　碳建筑实施行动”启动仪式新闻发布会同期举行。　低碳建筑已从理念落地成为实践。　环境保护部环境发展中心向天津经纬城市绿　来源：中国环境报　洲授予“中国环境标志——低碳建筑标准”规划