生物脱氮除磷工艺简述

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摘要：本文对生物脱氮除磷工艺的原理进行了介绍，并对目前常用的脱氮除磷处理工艺进行了简要阐述。

关键词：生物脱氮除磷，氧化沟 A/A/O生物处理工艺 ，SBR法

Abstract: in this paper, the biological denitrification and the principle of dephosphorization technology are introduced, and the common denitrification and phosphorus processing technology are briefly described.

Keywords: biological denitrification and phosphorus, the oxidation ditch A/A/O biological treatment technology, SBR method

中图分类号：TU991.25 文献标识码：A 文章编号：

生物脱氮除磷工艺是目前常见的污水处理工艺，其处理机理及形式如下：

1．生物脱氮除磷原理

1.1生物脱氮

生物脱氮是通过硝化和反硝化两个生化过程来完成的。

污水中含氮化合物经异养性氨化细菌作用分解为NH3-N，然后在好氧条件下，通过亚硝酸菌和硝酸菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸氮（NO2―-N）和硝酸氮(NO3―-N)的过程称为硝化过程。在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，在氢供给体充分的条件下，将亚硝酸氮（NO2―-N）和硝酸氮(NO3―-N)还原成N2排入空气中，同时有机物分解的过程称为反硝化过程。

1.2生物除磷

生物除磷是利用活性污泥中的聚磷菌在厌氧条件下释磷，在好氧条件下过量吸磷的原理来进行的。

1.3同时生物脱氮除磷系统的设计要素

从生物脱氮除磷原理看出，两者要求的有些方面是相互制约的。要正常发挥脱氮除磷系统效率，详细分析进水水质是十分必要的：

进水BOD5浓度：不宜低于150mg/L。

BOD5/TKN比值：理论上BOD5/TKN＞2.86时反硝化过程才能进行，实际运行要求BOD5/TKN应大于4，脱氮效果较好；若在4～2.86之间，可采用生物脱氮方法；小于2.86，城市污水较难用生物脱氮方法。

BOD5/TP比值：进水中的BOD5是作为营养物质供给聚磷菌活动的基质，故BOD5/TP是衡量能否有效除磷的重要指标，一般认为该值应大于20，比值越大，除磷效果越明显。

水温：供氧量用夏季水温计算，生物降解用冬季水温计算。

2．生物脱氮除磷工艺

目前常用的脱氮除磷处理工艺有A/A/O法、氧化沟法、SBR法等，各处理工艺的机理简述如下：

2.1 A/A/O工艺

A/A/O工艺（Anaerbio-Anoxic-Oxic）称为厌氧-缺氧-好氧三者结合系统

2.1.1 传统A/A/O工艺

常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式。其典型工艺流程见图1。

常规A/A/O工艺存在以下三个缺点：①由于厌氧区居前，回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响；②由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果；③由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际只有一小部分经历了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区，这对于系统除磷是不利的。

图1A/A/O工艺流程图

2.1.2 倒置A/A/O工艺

倒置A/A/O工艺是将缺氧区设置在厌氧区前，取消内回流，增加外回流提高系统污泥浓度并将硝酸盐回流至缺氧段。实践说明，该工艺不仅具有投资省、费用低、电耗少，而且效率高、运行稳，管理方便，适合新厂建设和老厂改造。流程见图2。

图2倒置A/A/O工艺

2.1.3 分点进水倒置A/A/O工艺

分点进水倒置A/A/O工艺见图3是对倒置A/A/O工艺的改进，在减小外回流的同时减少进入缺氧段的流量，将大部分优质碳源分配给厌氧除磷。来自二沉池的回流污泥和50～70%的进水，100～200%的混合液回流均进入缺氧段，停留时间为1～3h。回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氮，再进入厌氧段，保证了厌氧池的厌氧状态，强化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段，单位池容的反硝化速率明显提高，反硝化作用能够得到有效保证。再根据不同进水水质，不同季节情况下，生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，反硝化作用能够得到有效保证，系统中的除磷效果也有保证，因此，本工艺与其他除磷脱氮工艺相比，具有明显优点。

图3分点进水倒置A/A/O工艺

2.2 氧化沟

氧化沟实际上是活性污泥法的一种改型，其曝气池呈封闭的沟渠型，污水和活性污泥的混合液在其中进行不断的循环流动，因而又被称为“环形曝气池”，“无终端的曝气系统”。

2.2.1交替式氧化沟

交替式氧化沟是在间歇运行的氧化沟基础上发展的一种新型的氧化沟，有二沟、三沟交替工作系统，前者有代表性的是D型、VR型和DE型，后者是T型。其中最具代表性的是三沟式氧化沟。

三沟式氧化沟以三条相互联系的氧化沟作为一整体，每条沟都装有用于曝气和推动循环的水平转刷并都设有进水口，污水由进水分配井进行分配转换。三沟式氧化沟的脱氮是通过双速电机来实现的，曝气转刷起到混合器曝气器的双重功能，沟内好氧和缺氧状态由转刷转速的改变来控制。

通常三沟式氧化沟是采用三条沟并排布置，如图4，利用沟壁上的连通孔连接。两侧边沟可起曝气和沉淀双重作用，故不再设沉淀池，该种氧化沟在运行稳定可靠的前提下，具有操作管理更趋灵活方便等优点。

图4三沟式氧化沟的基本布置形式

该工艺的主要特点是：

（1）处理流程简单，构筑物数量少，可不设沉淀池和污泥回流构筑物，污泥回流通过系统内水流方向改变来完成。

（2）与整个系统体积相比，进入系统的水量较小，因此反应器运行方式接近间歇运行方式，具有SBR工艺的特性，处理效果好，水力损耗少，管理简单。

（3）氧化沟具有环流功能，污水进入氧化沟后立即液相混合，耐冲击负荷能力强。

（4）氧化沟使用转刷曝气，机械效率低，运行费用高，池深较浅，占地面积大。曝气时间仅为全运行过程的58％，设备利用率低。

（5）氧化沟泥龄长，有机负荷低，污泥量少且稳定，可减少污泥处置成本。

（6）水力控制简单，自动控制堰可调节水流方向和转刷浸没深度，利于实现各种工艺条件对混合、充氧等的要求。

2.2.2 Carrousel氧化沟

图5标准Carrousel氧化沟布置图

Carrousel氧化沟见图5是一个多沟串联系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流动。表曝机与分隔墙的布局使表曝机将混合液从上游推进到下游，并保证足够的混合液渠道流速。氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气器，形成了靠近曝气器下游的富氧区和上游以及外环的缺氧区，这样有利于生物凝聚，使活性污泥易于沉淀。与其它池型氧化沟相比，其最大的特点是采用立式低速表曝机作曝气设备，由于曝气设备的不同（区别于其它水平轴式曝气装置），形成高速度梯度的高能区，有利于氧的传递，而且使污水在混和曝气充氧的同时具有局部水力提升作用，使混合液和原水得到彻底的混合。

带前置厌氧池的Carrousel 2000工艺是一种先进的脱氮除磷工艺，通过设在曝气机周围的侧向导流渠，可充分利用氧化沟原有的渠道流速，在不增加任何回流提升动力的情况下，将相当于400%进水流量以上的硝化液回流到前置缺氧池与原水混合并进行反硝化反应，达到较高的脱氮效果。同时前置厌氧池，又达到了同时脱氮除磷的目的。

同时系统保留了反硝化过程的一切优点，包括可恢复硝化阶段约50%的碱度，可利用缺氧条件去除一部分BOD，从而节省充气能耗，以及改进活性污泥性能等。该系统与其他反硝化工艺相比，最突出的优点是可实现硝化液的高回流比，达到较高程度的总氮去除。

该氧化沟工艺典型布置见图6。

图6前置厌氧池Carrousel 2000氧化沟布置图

2.3 SBR法

SBR法中曝气、沉淀集同一池内，节约了二沉池和污泥回流系统，但曝气池体积、曝气动力设备均要增加，在中小规模污水处理中是较好的处理工艺。SBR发展至今已经有了很多形式。

2.3.1 ICEAS工艺

即间歇式循环延时曝气活性污泥法，它用隔墙将反应池分为两部分，前面是预反应区，后面是主反应区，采用连续进水，间歇曝气、沉淀、排水、排泥。它可以脱氮除磷，但效果不够理想。

2.3.2 DAT―IAT工艺

即连续曝气和间歇曝气相结合的工艺，反应池中部用隔墙分为两部分，前边的DAT连续曝气，后边的IAT间歇曝气、沉淀、排水、排泥。它的脱氮除磷功能一般，需增加设施才能提高脱氮除磷效率。

2.3.3 CASS工艺

在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。

2.3.4 UNITANK工艺

是三个矩形池并联，按照类似三沟式氧化沟的周期运行模式工作，但把转刷曝气改为鼓风曝气，可加大池深，把出水可调堰改为固定堰，简化了排水，它的功能和三沟式氧化沟类似。

以上生物脱氮除磷工艺适用于不同水质及水量情况的污水处理工程，应根据工程实际灵活运用。

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