城市污水生物脱氮除磷技术发展

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1、城市污水生物脱氮除磷技术的发展张雁秋南京2009年12月19日1前　言生物脱氮除磷技术（BiologicalNutrientRemoval）的研究和应用已逾40年，在工艺形式和工艺流程上都发生了一系列革新，新工艺层出不穷。尤其是近年来，自控技术在城市污水处理领域的广泛应用，更促进了生物脱氮除磷技术向高效低能耗方向的发展。除磷脱氮工艺在涉及泥龄上的矛盾：1）除磷需要泥龄短生物除磷主要靠排出剩余污泥而带走磷，因此，如要除磷效率高，就必须加大污泥排泥量。从θ=VX/ΔX可以看出，VX是系统效率的基本参数，ΔX可以看作变量，调整ΔX可以调整泥龄。2）脱氮需要泥龄长脱氮的关键步骤是硝化，消化过程不充分

2、，则无法提高脱氮效率。但是，硝化菌（包括亚消化菌）是一类增值速度较慢的微生物，所需要的世代时间比较长，通常需要3-5天，因此在泥龄短的系统中，硝化菌量极少。因此，如何确定合理的泥龄是提高除磷脱氮效率的技术关键。不可只偏重于其中一个方面。在特殊的情况下，可以改变泥龄的长短来调节除磷脱氮的重心。连续流脱氮除磷工艺的革新与发展连续流脱氮除磷工艺的发展主要是围绕着在同一污水处理系统中实现脱氮与除磷所存在的矛盾展开的。最初，脱氮和除磷是在不同的生物处理工艺中实现的。1972年，Barnard在研究缺氧、好氧交替进行的Bardenpho脱氮工艺时发现废水中的磷也得以高效率的去除。于是，他在流程之初增加了

3、一个厌氧区，提出同时实现脱氮除磷的Phoredox工艺，它的简化流程就是Ａ2/Ｏ图1）。从此之后，脱氮除磷被统一在一个系统中，既简化了污水处理的操作，又增加了处理工艺的功能。厌氧缺氧好氧二沉池内回流污泥回流图1Ａ2/Ｏ工艺厌氧缺氧好氧沉淀然而实际应用表明脱氮与除磷之间存在一些矛盾，很难在同一系统中同时获得氮磷的高效去除。其中最主要的矛盾是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争。根据生物除磷原理，在厌氧条件下，聚磷菌通过菌种间的协作，将有机物转化为挥发酸，借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内，并以聚β羟基丁酸（PHB）贮存，提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的磷源和能量。如果厌氧区存在较多的硝

4、酸盐，反硝化菌会以有机物为电子供体进行反硝化，消耗进水中有机碳源，影响厌氧产物PHB的合成，进而影响到后续除磷效果。一般而言，要同时达到氮磷的去除目的，城市污水中碳氮比(COD/TKN）至少为9。当城市污水中碳源低于此要求时，由于大多数处理工艺流程都把缺氧反硝化置于厌氧释磷之后，反硝化效果受到碳源量的限制，大量的未被反硝化的硝酸盐随回流污泥进入厌氧区，干扰厌氧释磷的正常进行，最终影响到整个营养盐去除系统的稳定运行。为了改善城市污水脱氮除磷系统在进水碳源不足时的处理效果，研究者们进行了大量工艺改进。第一种思路是改进污泥回流路线或增加反硝化环节，以控制厌氧区回流污泥中的硝酸盐含量。UCT、VIP、

5、JHB等工艺都属于这种思路的产物。南非CateTown大学的UCT工艺将Ａ2/Ｏ中的污泥回流由厌氧区改到缺氧区，使污泥经反硝化后再回流至厌氧区，减少了回流污泥中硝酸盐含量（图2）。厌氧缺氧好氧二沉池内回流污泥回流图2UCT工艺内回流厌氧缺氧好氧沉淀与Ａ2/Ｏ工艺相比，在适当的COD/TKN比例下，缺氧区的反硝化可使厌氧区回流污泥中硝酸盐含量接近于0。当进水COD/TKN较高时，缺氧区无法实现完全的脱氮，仍有部分硝酸盐进入厌氧区，因此又产生改进UCT工艺(MUCT）（图3）。MUCT工艺有两个缺氧池，前一个接受二沉池回流污泥，后一个接受好氧区硝化混合液，使污泥的脱氮与混合液的脱氮分开，进一步减少

6、硝酸盐进入厌氧区的可能。厌氧缺氧1缺氧2好氧二沉池内回流污泥回流图3MUCT工艺内回流沉淀JHB工艺是在Ａ2/Ｏ工艺的厌氧区污泥回流线路中增加了一个缺氧池，以减少回流污泥中硝酸盐的含量（图4）。厌氧缺氧好氧二沉池内回流污泥回流图4JHP工艺缺氧厌氧缺氧好氧沉淀缺氧而随着研究的深入，“聚磷菌释磷需绝对厌氧环境（即DO≈0且NO3—Ｎ≈0）”的认识被打破，人们发现通过补充碳源可以缓解厌氧区反硝化与释磷之间的竞争，从而保证脱氮除磷系统的稳定运行。于是改善进水水质、改变进水方式成为第二种改进思路。另一种思路由中国矿业大学张雁秋教授提出，这种思路是用生态学思想指导技术改革，并根据他提出的统一动力学理论、

7、动力学负荷理论、污泥浓度优化理论、种群密度控制理论、种群营养控制理论等先进理论作为新工艺的主要理论基础。中国矿业大学张雁秋等根据他本人提出理论系统，发明了ECOSUNIDE工艺（见图6），实现了高效硝化效果。缺氧+厌氧微氧二沉池污泥回流图6ECOSUNIDE工艺厌氧微氧沉淀技术先进性☆依靠准确的分点配水计算方法结合厌氧、好氧、缺氧反应时间的合理安排，使得活性污泥系统中的生态系统得到人工优化，从而提