城市污水生物脱氮除磷工艺研究
【摘 要】城市污水中氮和磷的含量较高，是造成水体富营养化的最主要原因，因此对于城市污水处理厂来说，脱氮除磷是工作的重点和难点问题。本文介绍了当前城市污水生物脱氮除磷的常用工艺，通过分析每种工艺的特点为城市污水的脱氮除磷提供理论参考。
【关键词】城市污水；脱氮；除磷；工艺
0.前言
城市污水的来源包括城市居民生活污水、城市工业废水和降水等，污水中的氮、磷污染物含量很大，如果未经处理或脱氮除磷效果不佳就会造成水体富营养化，从而使水质恶化，水体生态环境被破坏，动物大量死亡等，使水污染和水资源短缺的情况加剧，因此对于城市污水处理厂来说，脱氮除磷已经成为其工作的重点和难点问题。目前对城市污水脱氮除磷的工艺主要包括A/O法、A2/O法、序批式工艺以及氧化沟工艺等，本文对这几种工艺的原理和特点进行简要介绍。
1.A/O法
A/O（Anoxic/Oxic）工艺是通过将生物厌氧与生物好氧处理串联起来的工艺，是利用缺氧段的厌氧水解作为好氧段活性污泥的前处理，因此也被认为是对活性污泥法的改进。A/O法主要用于有机物的降解，对于脱氮除磷也具有一定的效果。脱氮原理为：在缺氧段废水中的蛋白质、脂肪中含有的氮被异养菌氨化，从而游离出氨（以NH3或NH4+的形式存在），在好氧段在自养菌的硝化作用下氨氮被氧化成NO3-，然后回流到缺氧段，异养菌的反硝化作用将NO3-还原成N2；除磷原理是：聚磷菌吸收废水中的小分子有机物，合成细胞内贮物（PHB），在好氧段摄取磷，从而达到去除的目的。A/O法工艺的脱氮除磷效率相对较低，一般情况下脱氮效率只有70-80%，而除磷效率在20-30%，而且其脱氮除磷效果还受到进水水质的影响，因此稳定性不高，在实际工作中此法更多的是用作废水中有机物的去除，而很少作为脱氮除磷的主要工艺。
2.A2/O法
A2/O法是在传统活性污泥法的基础上，增加一个缺氧段和一个厌氧段的废水处理工艺，是目前用于污水脱氮除磷的流程最为简单、应用最普遍的工艺，根据工艺池的排列顺序不同可分为传统A2/O法和倒置A2/O法。
传统的A2/O法也称为厌氧-缺氧-好氧法，运行过程中，污水首先进入厌氧段与回流的污泥混合，污水中的易生物降解的大分子有机物在厌氧发酵菌的作用下转化为小分子有机物，便于聚磷菌吸收后合成细胞内贮物，然后污水在缺氧段反硝化菌的作用下将NO3-进行反硝化，达到脱氮的目的，污水进入好氧段，未被除去的氮在自养菌的消耗作用下被氧化，通过回流到缺氧段反硝化脱氮，同时在好氧段聚磷菌内贮物PHB分解产生能量，供摄取磷的需要，聚磷菌与摄取的磷形成聚磷链的形式经过沉淀后与剩余污泥混合在一起，随污泥排出系统外，达到除磷的目的。传统A2/O法很好地利用了三个反应池的环境特点，提高了聚磷菌摄取磷的能力，并且由于好氧段中有机物浓度较低，利于自氧硝化菌的生长，因此脱氮除磷效率较高。
2.2倒置A2/O法
倒置A2/O法就是将传统A2/O法的厌氧段与缺氧段调换，组成缺氧-厌氧-好氧工艺，实践证明可以达到更好的脱氮除磷效果。这主要是由于缺氧段置于厌氧段之前更有利于反硝化菌的作用和吸磷能力的增强。对于脱氮来说，缺氧段在厌氧段之前可使反硝化菌获得更多的碳源，而对于除磷来说，聚磷菌在缺氧段可吸收大量的小分子有机物，在厌氧段释磷后进入好氧段，使吸磷更加充分，整个工艺过程中的释磷、吸磷过程都有回流污泥的参与，因此使反应更加充分，使得脱氮除磷效率更高，尤其对于总磷的去除效果颇佳。
虽然A2/O法应用普遍，但不论是传统A2/O法还是倒置A2/O法，其脱氮除磷效果都受到厌氧段氮氧化物浓度的影响，在传统A2/O法中，回流污泥中会携带部分氮氧化物，因此如果回流污泥量过多，氮氧化物在厌氧池内的浓度过高，就会对聚磷菌释放磷起到抑制作用，从而影响除磷效果，而如果污泥回流量过少，又会导致厌氧池内聚磷菌过少，导致在好氧段吸磷量的减少，同样影响除磷效果，因此需要通过对污泥回流量的精确控制才能达到预期效果。
3.序批式工艺
3.1传统序批式活性污泥法
传统序批式活性污泥法又称为SBR法，是一种间歇性活性污泥法，由一个或若干个曝气反应构筑物组成，城市污水分批进入反应池，进水经过反应、沉淀后上清液排出即完成一个运行周期，然后再进行下一个周期的处理，整个过程均在一个反应池内进行，因此处理工艺流程简单，构筑物少，只要控制好工艺条件就可以达到很好的脱氮除磷效果。SBR法的脱氮除磷效果与曝气时率息息相关，一般认为曝气时率越大，则脱氮除磷效果越差。SBR法由于分批进水的特点，降低了水质、水量对系统的冲击，所需活性污泥量较少，自动化程度较高，因此理论上是一种较为先进的脱氮除磷工艺，但系统的运行对自动控制和在线监测仪器仪表要求较高，给实际工作带来一定难度。
3.2 CASS工艺
CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是周期循环活性污泥法的简称，是一种连续进水式的SBR系统，其在SBR工艺的基础上通过隔墙将反应池划分为不同的区域以分别实现不同的功能，在各个被分割的区域中根据其功能特点溶解氧、污泥浓度和有机物含量均不同，且可以实现连续进水和出水，CASS工艺具有传统SBR法的自动化程度高、工艺简单等优点，且相对SBR法而言优势在于处理效率更高，且通过单独设置厌氧区的方式使系统脱氮除磷效果得到进一步提升。
3.3 MSBR工艺
MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor）是改良式序列间歇反应器，是传统SBR工艺结合了传统活性污泥法优点的基础上，经过不断的改良发展起来的新型污水处理器。MSBR工艺流程简单，不需初沉池和二沉池等大型构筑物，且不需间断进水，在对城市污水生物脱氮除磷过程中，进水先经过厌氧段，使厌氧反应充分进行，并且独立设置的厌氧段有助于系统承受进水的冲击负荷，整个污水脱氮除磷效果极佳，出水水质稳定，且处理效率高，因此被认为是一种极具前途的城市污水生物脱氮除磷工艺。
4.结束语
综上所述，随着城镇化的大势所趋以及国民工业的飞速发展，我国城市污水的水量也不断增加，对于污水处理厂来说工作负荷进一步加大，因此需要合理选择生物脱氮除磷工艺。当前用于城市污水生物脱氮除磷的工艺有A/O法、A2/O法、序批式工艺等，除此之外，氧化沟工艺也得到了一定程度的应用，在选择生物脱氮除磷工艺时，不但要考虑脱氮除磷效果和工作效率，而且还要考虑技术和经济可行性问题，发展处理效率高、技术可行、经济合理的脱氮除磷方法是未来城市污水处理工艺的发展方向。