谈述污水处理城市污水处理厂脱氮除磷改造

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摘要：“十二五”期间，脱氮除磷是污水处理厂升级改造不可忽视的重要问题之一。我国大部分已建成的城市污水处理厂脱氮除磷效果不理想，急需进行升级改造。本文对污水厂脱氮除磷存在的问题及升级改造对策进行了探讨。
关键词：A2O；脱氮除磷；改造
Abstract: In the "12th Five-Year" plan, nitrogen and phosphorus removal, one of the important issues of the upgrade of sewage treatment plant, can not be ignored. The majority of the built urban sewage treatment plants has no ideal effect in nitrogen and phosphorus removal, which is in urgent need of upgrading. This paper will discussthe nitrogen and phosphorus removal of sewage treatment plant and its solutions for updating.
Key words: A2O; nitrogen and phosphorus removal; update
2095-2104（2012）
近年来，国家和地方对污水处理厂脱氮除磷的要求越来越严格，“十二五”期间，国家首次将氨氮纳入水污染物总量控制指标体系，明确提出氨氮减排10％的目标，脱氮除磷成为污水处理厂升级改造不可忽视的重要问题之一。目前，我国大部分已建成的污水处理厂脱氮除磷效果不理想，如何对现有工艺进行改造，使其氮磷排放稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级标准，是污水处理厂升级改造所面临的关键问题。
1 生物脱氮除磷基础理论

1.1 生物脱氮

传统的生物脱氮理论认为，污水中含氮化合物在微生物的作用下，相继产生氨化、硝化、反硝化三步反应，从而达到脱氮目的[[[] 张自杰．排水工程下册（第四版）[M]．北京: 中国建筑工业出版社, 2000．],[[] B. Sharma, R.C. Ahlert．Nitrification and Nitrogen Removal[J]．Water Research, 1977, 11:897-925．]]。
在氨化菌的作用下，有机氮分解转化为氨态氮，这一过程称为“氨化反应”。在好氧或厌氧条件下，氨化反应均能进行，一般的异养微生物都能进行高效的氨化反应，在传统活性污泥工艺中，伴随BOD5的去除，95%以上的有机氮会被氨化成氨氮。
在硝化细菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，首先在亚硝化菌的作用下，氨（NH4+）转化为亚硝态氮（NO2-），亚硝态氮在硝化菌的作用下进一步转化为硝态氮（NO3-）。硝化作用的程度是生物脱氮的关键。亚硝化菌和硝化菌统称为硝化细菌，硝化细菌是化能自养菌，其生理活动不需要有机性营养物质，从CO2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。
反硝化反应是指硝态氮（NO3-）和亚硝态氮（NO2-）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。在溶解氧浓度极低的环境中，这些细菌可利用硝酸或亚硝酸根离子中的氮作电子受体，有机物则作为碳源及电子供体，使得约96%的硝态氮被还原为N2或NxGy，4%的硝态氮可被同化结合为细胞物质。

1.2 生物除磷

废水中磷的存在形态取决于废水的类型，最常见的是磷酸盐（H2PO4-，HPO43-，PO43-）、聚磷酸盐和有机磷。在常规二级污水处理中，有机物的生物降解伴随着微生物菌体的合成，磷作为生物的生长元素也成为生物污泥的组分，从水中去除。污水生物除磷的机理可概述如下[1,[[] 刘瑾, 高廷耀．生物除磷机理的研究[J]．同济大学报, 1995, 23(4):387-392．],[[] Ohn Hagan Brown．A study of methods to release phosphorus from polyphosphate bodies in va论文导读：加上部分管网设施存在缺陷，污水厂进水水质受雨水以及地下水涌入的影响，城镇污水的碳氮比普遍偏低，远达不到欧美国家的碳源浓度，污水厂进水碳源不足导致氮磷去除效果不理想。2.2运行管理不到位目前，我国污水处理厂从业人员专业技能和操作水平良莠不齐，处理设施可调控水平较低，污水处理厂运行管理仍延续以往粗放化、高
rious microbes[D]．New York: The City University of New York, 2003．]]：
通过排放富磷的剩余污泥可实现磷的去除。厌氧条件下，聚磷菌消耗唐元，将胞内的聚磷水解为正磷酸盐释放到胞外，并从中获取能量，同时将环境中的有机碳源（挥发性脂肪酸VFA）异胞内碳源存贮物（主要为PHB，聚-β-羟基丁酸）的形式贮存。好氧条件下，聚磷菌以O2位电子受体，氧化胞内贮存的PHB，利用产生的能量过量的从环境中摄取磷，以聚磷酸高能键的形式存贮。
一些学者通过分析A2O工艺厌氧池和好氧池中放磷量和吸磷量，发现放磷量越多，吸磷量也越多，总磷的去除效果越好[[[] 郝红元, 郝红英, 王伟．A2O工艺影响因素的研究[J]．给水排水, 2003, 29(4):12-14．]]。可以看出，生物除磷过程的关键之一是厌氧池中磷的释放。

1.3 同步脱氮除磷

根据上述脱氮除磷的基本原理，城市污水处理厂要实现同步脱氮除磷必须提供三个条件：第一，要提供脱氮除磷反应过程所必需的足够的碳源；第二，要提供脱氮除磷反应过程所必需的反应容积；第三，要提供脱氮除磷过程所必需的缺氧、厌氧、好氧环境[[[] 高廷耀, 周增炎．简易改造城市污水厂的脱氮除磷新工艺[J]．同济大学学报, 2000, 28(3):234-2源于：论文参考文献标准格式www.7ctime.com
37．]]。
2 影响脱氮除磷效果的因素
从国内各地的实践来看，污水处理厂脱氮除磷效果受管网建设、运行管理、设备设施、进水水质及气候条件等多种因素影响。

2.1 管网建设不配套

我国不少污水处理厂污水管网建设不配套，污水处理厂运行负荷率低，运行水平低下、影响实际处理效果[[[] 王阿华．城镇污水处理厂提标改造的若干问题探讨[J]．中国给水排水, 2010, 26(2), 19-22． ]]。现有的污水收集系统多为雨污合流制，再加上部分管网设施存在缺陷，污水厂进水水质受雨水以及地下水涌入的影响，城镇污水的碳氮比普遍偏低，远达不到欧美国家的碳源浓度，污水厂进水碳源不足导致氮磷去除效果不理想。

2.2 运行管理不到位

目前，我国污水处理厂从业人员专业技能和操作水平良莠不齐，处理设施可调控水平较低，污水处理厂运行管理仍延续以往粗放化、高度定性的模式，不利于氮磷的去除。例如，要做到高效脱氮除磷，需要动态核算脱氮除磷的碳需求是得到满足，在此基础上决定是否需要增加外部碳源。厌氧和缺氧阶段，溶解氧和氧化还原电位两个指标，硝化速率、反硝化速率、吸磷速率、释磷速率都要符合一定的要求，必须认真定时检测；厌氧、缺氧、好氧阶段都要确保足够的停留时间和优化分配。然而目前没有污水处理厂将上述4个速率作为日常工作[[[] 王洪臣．城市污水处理厂运行控制与维护管理[M]．北京: 化学工业出版社, 1997．]]。可见，我国污水厂现有的运行管理水准距离高效脱氮除磷的要求还很遥远。