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城市污水处理除磷脱氮的传统工艺与发展

发布时间:2011-12-19 14:56:12  中国污水处理工程网

近年来我国水体富营养化问题日趋严重,如滇池、太湖都出现了氮、磷污染。依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准规定,污水处理工艺方案必须有除磷脱氮功能,为满足排放标准工程设计上就必须在污水生物或二级处理后增加除磷脱氮工艺。故除磷脱氮深度处理工艺是防治水体氮、磷污染的最有效的方法。
 
生物除磷脱氮工艺是目前污水处理厂设计中广泛采用的工艺,也是实际工程运行中较为经济和常用的方法,故本文重点介绍生物除磷脱氮工艺。
 
1生物除磷脱氮机理
 
1.1 生物除磷机理
 
生物除磷理论基础是“聚合磷酸盐(Poly-P)累积微生物”的摄磷释磷原理。聚磷菌在厌氧条件下受压抑,消耗糖元,将细胞内的聚合磷酸盐水解为磷酸盐并释放,产生的能量用来吸收降解环境中的有机物,转化为胞内碳源储存物PHB(聚β羟丁酸)贮存起来。当进入好氧环境内,聚磷菌以O2为电子受体,降解胞内贮存的PHB产生能量,过剩的能量从环境中摄磷,以聚磷酸高能键的形式贮存,形成高浓度含磷污泥,含磷污泥随剩余污泥排出,水中的磷得到去除。[1]
 
1.2 生物脱氮机理
 
生物脱氮理论基础是“氨化-硝化-反硝化”三步脱氮原理。
 
氨化:污水中的含氮有机物在好氧条件下,被氨化菌分解、转化为氨态氮。硝化:氨态氮在好氧条件下,被硝化菌分解氧化,首先在亚硝化菌的作用下,使氨(NH4)转化为亚硝酸氨;然后,亚硝酸氨在硝酸菌的作用下,进一步转化为硝酸氨。反硝化:硝酸氨和亚硝酸氨在缺氧条件下,被反硝化菌还原为气态氮,水体中的氮得到去除。
 
2除磷脱氮传统工艺
 
根据上述机理,生物除磷脱氮工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环,经过多年发展,目前污水厂采用较广泛的工艺有:A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟工艺。
 
2.1 A2/O工艺
 
A2/O法是同步除磷脱氮工艺,即Anaerobic-Anoxic-Oxic厌氧-缺氧-好氧工艺,A2/O工艺是在上世纪70年代由美国专家在A/O工艺的基础上开发的,在原工艺中间加一缺氧池,将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端,以达到硝化脱氮的目的。
 
厌氧区(A),主要功能是释放磷,同时氨化;缺氧区(A),首要功能为脱氮,硝态氮是通过好氧反应器混合液回流(内循环)送来的;好氧区(O),本去需设置曝气设备,为反应器充氧,反应器功能为:去除BOD,硝化反应,吸收磷,并内循环混合液至缺氧反应器。[2]
 
A2/O工艺效果稳定,同步除磷脱氮,水力停留时间短,在厌(缺)氧、好氧交替运行的条件下,可抑制丝状菌的繁殖,克服污泥膨胀(SVI<100),有利于后续泥水分离,运行费用低。在实际工程设计中还需设置二沉池和鼓风机房,回流设备和回流构筑物。占地大,对管理要求高,故本工艺一般用于大中型污水厂。
 
2.2 SBR工艺
 
SBR工艺即间歇式活性污泥处理系统。其工作原理是:流态上完全混合,有机物降解是时间上的推流。反应器的间歇运行,是通过其主要反应器-曝气池的运行操作而实现的。然而传统的SBR工艺除磷脱氮效果一般,为提高处理效果,派生出一系列的改良工艺。如CAST工艺将反应阶段设计成为缺氧-好氧-厌氧环境;而ICEAS工艺反应阶段反复“曝气好氧,闲置缺氧”;都能取得较好的去除效果。[3]
 
2.3 氧化沟工艺
 
氧化沟是我国污水处理厂常用的工艺形式。氧化沟工艺是上世纪50年代由荷兰的巴斯威尔(Pasveer)所开发的一种污水处理技术,通过不同溶解氧浓度梯度,实现厌氧、缺氧、好氧除磷脱氮。
 
3除磷脱氮新工艺发展
 
上述工艺随广泛应用,但也存在一些问题,如:投资大,运行费用高等。随着污水处理技术的发展,出现了一批能耗低,投资省,管理简单的处理工艺。下面介绍三种新型工艺:生物倍增工艺、MSBR工艺及分点进水工艺。
 
3.1生物倍增(Bio-Dopp)工艺
 
生物倍增污水处理工艺是由德国恩格拜环保技术公司开发的一项先进处理技术。该工艺由Bio-Dopp特有的曝气系统、固定床以及快速澄清池组成。在这一个反应器内同时实现:生物除磷脱氮、氧化去除有机物、污泥硝化稳定。
 
Bio-Dopp工艺集中污水生物处理工艺的优点,把微生物去除过程集中在一个反应器内同步进行,并实现水泥分离,省去传统工艺中的二沉池。通过培养特殊菌种达到低氧高效除磷的效果。而且Bio-Dopp曝气系统产生微小气泡,曝气效率高,反应器控制在低溶解氧水平(0.1-0.3mg/L) [5] ,因此,曝气量大大降低,降低了吨水处理成本。经试验及实际运转,本工艺出水水质优良,正常情况下能满足一级A标准,在低温情况下亦能满足一级B标准,此外该工艺还有占地小,投资低,产泥少,操控简单等优点。
 
3.2 MSBR工艺
 
MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良型序批反应器,是根据SBR技术特点,结合传统活性污泥技术,发展出来的新型工艺。在MSBR反应器中同时进行生物除磷及生物脱氮。MSBR不需要设置初沉、二沉池,仍能连续进水、出水,并且水位恒定;连续排水,使池容及设备利用率达到最大。[7]
 
反应器由三个主要部分组成:曝气格和两个交替序批处理格。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气,而每半个周期过程中,两个序批处理格交替分别作为SBR和澄清池。其运行原理如下:污水进入厌氧池,回流活性污泥中的聚磷菌在此进行充分放磷,然后混合液进入缺氧池进行反硝化,反硝化后的污水进入好氧池,有机物被好氧降解,活性污泥吸磷后在进入SBR池(序批池)进行沉淀,污水经澄清后排放。同时另一座SBR池在回流混合液条件下进行硝化、反硝化。回流污泥先进入浓缩池进行浓缩,上清夜直接进入好氧池,浓缩污泥进入缺氧池。这样,即进行反硝化,又消耗回流浓缩污泥中的溶解氧和硝酸盐,为后续的缺氧放磷做预处理。将回流量控制在1.5倍原水进水量,可以使反硝化充分进行。具体参见http://www.topicons.com更多相关技术文档。
 
其实,MSBR工艺是A2/O工艺与SBR串联,并发挥两种传统工艺的优点,是高效的组合。MSBR工艺,用地省;有机物降解更完全;能耗低;脱氮除磷效果更好;污泥的沉降性能和脱水性能良好,剩余污泥处理方便;耐冲击负荷能力强,适合污水水质广泛。
 
3.3分点进水工艺
 
分点进水高效脱氮除磷工艺是中国矿业大学张雁秋教授自主提出的。污水分点进入厌氧池,曝气池。此举提高活性污泥的硝化菌、聚磷菌的比例,缩短硝化速度,实现了短时高效脱氮除磷[6]。
 
分点进水工艺经试验运行,证实除磷脱氮效率高(80%以上),并且实际运行费用省,污泥SVI值低,不易发生污泥膨胀等优点。
 
4结语
 
目前我国处于市政建设,环境治理快速发展阶段,同时我国水资源匮乏,水污染严重,因此对水处理出水水质、回用率要求已有新的标准。我国很多早期建设的污水处理厂出水已不满足现行标准,需要进行提升改造,增加除磷脱氮设备。相信在传统工艺的基础上还会开发出很多新型高效的处理工艺,并投入实际工程使用。(天津市市政工程设计研究院)
 
参考文献:
 
[1] 张自杰. 排水工程下册.第4版.北京.中国建筑工业出版社.2000.
 
[2] 王佳伟,周军,干一萍,王洪臣.溶解氧对A2/O工艺脱氮除磷效果的影响及解决方法[J].给水排水,2009,35(1):42
 
[3]李燕,丁毅,张雁秋. SBR优化运行对脱氮除磷影响的研究[J].安徽农业科学,2009, 37(9):65
 
收稿日期:2011-05-05
 
作者简介:刘昆(1981-),男,工程师,研究方向:市政给排水管网、泵站以及水处理技术设计工作。
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