脱氮除磷传统工艺与新技术

2023-01-25

近年来, 水体富营养化问题引起了人们的普遍关注。氮和磷是生物重要营养源, 是引起水体富营养化的主要因素。天然水体中氮磷含量增加, 使水体中蓝藻、绿藻大量繁殖, 水体缺氧并产生毒素, 使水质恶化, 因此, 国内外对氮和磷的排放标准越来越严格。然而, 我国现有的城市污水处理厂主要集中于有机物的去除, 对氮、磷等营养物只能去除10%~20%, 远不能达到一级排放标准。在经济与环保并重, 走可持续发展道路的今天, 研究开发经济的、高效的、适于现有污水处理厂改造的脱氮除磷工艺显得尤为重要。本文对传统脱氮除磷工艺进行了系统的介绍和分析, 并在此基础上介绍了高效脱氮除磷新工艺、新技术。

一、传统工艺的特点

1. AB法

AB法污水处理工艺, 是吸附-生物降解工艺的简称。该法把活性污泥法分为两段串联起来, 各段以不同的生物菌种形成各自的优势[1]。全系统共分预处理段、A段、B段等3段。在预处理段设格栅、沉砂池等简易处理设备;A段设吸附池和中间沉淀池, 对污染物的去除, 主要是以物理化学作用为主导的吸附功能, 因此, 对负荷、温度。PH值等作用具有一定的适应能力。其污泥负荷高达2~6kg BOD/kg MLSS·d, 污泥龄较短 (0.3~0.5d) , 水力停留时间短 (0.5h) ;B段设曝气池及二次沉淀池, 接受A段的处理水, 此段污泥负荷低, 为0.15~0.30kg BOD/kg MLSS·d, 污泥龄较长 (15-20d) , 水力停留时间2-3h。AB法对氮磷及有机物都有一定的去除率, 但通常用在BOD≤250mg/L的场合才具有明显的优势, 更主要的缺点是AB法产泥量高。

2. A/A/O法

A/A/O法即厌氧一缺氧一好氧活性污泥法。该工艺在厌氧—好氧除磷工艺

(A2/O) 中加一缺氧池, 将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端, 以达到同时脱氮、除磷和有机物的降解。A/A/O法总水力停留时间短, 在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下, 丝状菌不能大量繁殖, 无污泥膨胀之虞, SVI值一般小于100, 有利于处理后的污水与污泥分离。厌氧和缺氧段在运行中只需轻缓地搅拌, 运行费用低。由于厌氧、缺氧和好氧三个区域严格区分开, 有利于不同微生物菌种的繁殖生长, 因此脱氮除磷效果很好。该工艺在国内外使用比较广泛。

3. 氧化沟工艺

氧化沟是一种经济而有效的污水处理技术, 具有稳定的处理效果, 因此, 在世界各地得到了迅速的推广和使用。此工艺具有完全混合型和推流型两种反应器的特点, 采用封闭循环式的池型, 对污水的脱氮除磷效果很好。氧化沟工艺简化了预处理, 可以使有机物和氮磷化合物同时去除;同时氧化沟对高浓度工业废水具有很好的稀释能力, 能够承载水质、水量的冲击负荷。因为具有推流的特性, 在水流向方向可以形成溶解氧浓度梯度, 形成好氧、缺氧、厌氧条件, 从而更好的达到脱氮除磷的效果。

4. SBR法

SBR法是序列间歇式活性污泥法, 是一种按照间歇式曝气来运行的活性污泥处理技术。传统SBR工艺由五个阶段组成, 及进水、反应、沉淀、排水和闲置。理想的推流过程使得池内厌氧、好氧处于交替状态, 生化反应动力大, 有机物净化效果好。

SBR法作为一种较早的污水活性污泥处理系统, 与其他工艺相比, 工艺流程简单、造价低。池内有滞留的处理水, 对污水有稀释和缓冲的作用, 耐冲击负荷, 有效抵抗水量和有机污物的冲击, 适当控制运行, 具有良好的脱氮除磷效果。

二、高效脱氮除磷新工艺、新技术

1.短程硝化反硝化新技术

传统的A/O、A/A/O工艺的脱氮处理均为传统的硝化反硝化, 即全程硝化反硝化。全程硝化反硝化反应存在明显的缺点:硝化菌群增殖速度慢, 且硝化菌群世代时间长, 难以维持较高的生物浓度;反应历程较长, 处理效率降低;系统总水力停留时间较长, 有机负荷降低, 需要较大曝气池, 增加了基建投资和运行费用等[3]。这些缺点大大限制了常规污水脱氮除磷处理工艺的应用。对于反硝化菌, 无论是NO2-还是NO3-都可以作为最终受氢体, 整个生物脱氮过程也可以经NH4+→HNO2→N2等途径完成。因而可将硝化过程控制在NO2-阶段, 以阻止NO2-的进一步硝化, 然后直接进行反硝化, 这一过程称为短程硝化反硝化。

2. 反硝化除磷新技术

Wanne在1992年率先开发出了第一个以厌氧污泥中PH B为反硝化碳源的工艺, 取得了良好的氮磷去除效果[4]。之后Kuba等人又提出了一种具有硝化和反硝化除磷两套污泥回流系统的DEPH ANOX脱氮除磷工艺 (如图2所示) 。此工艺具有低能耗、低污泥产量且有机碳源消耗量低的特点[5]。DPB被证实具有同PAO极为相似的除磷原理, 只是它们氧化细胞内贮存的PH B的电子受体不同而已 (PAO为O2, 而DPB为NO3-) 。这使得摄取磷和反硝化 (脱氮) 这两个不同的生物过程借助同一个细菌在同一个环境中一起完成。其结果是, 摄取磷和脱氮过程的结合不仅节省脱氮过程对碳源的需要 (实现了一碳两用) , 且摄取磷可在缺氧条件下完成, 这将缩小曝气区的体积 (亦节省能源) 。此外, 带来的另外一个好处是产生的剩余污泥量有望降低。

结语

随着社会的发展, 环保的重视, 污水处理的指标日益提高。生物脱氮除磷作为城市污水处理中一个颇受关注的项目, 各项新技术不断革新和发展。国际上, 新的脱氮除磷技术, 如五段Bar denph o工艺、U CT (univer sity of capetow n) 、VIP (vir ginia initiation plant) 、AOAO工艺等都已有应用;在我国, 生物脱氮除磷工艺研究起步较晚, 技术发展还不成熟, 有更多的空间有待提升。因此, 在现有工艺基础上, 开拓创新, 深入研究, 开发高效、经济的生物脱氮除磷组合工艺成为未来研究导向。

摘要：为遏制水体富营养化的恶化, 氮、磷的排放标准日趋严格。本文对传统脱氮除磷工艺进行了系统的介绍和分析, 并在此基础上介绍了高效脱氮除磷新工艺、新技术。

关键词：脱氮,除磷,工艺