污水处理脱氮除磷工艺矛盾及对策
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摘要：污水中的氮磷脱除一般需涉及硝化，反硝化，微生物释磷和吸磷等过程，每个过程的目的不同，对微生物组成、基质类型及环境条件的要求也不同，所以脱氮和除磷存在矛盾，难以同时达到很好的去除效果。针对这些矛盾产生的原因，提出了一些解决办法。
关键词：脱氮 除磷 矛盾 对策
中图分类号：U664文献标识码： A
1 生物脱氮除磷工艺
污水生物脱氮在好氧条件下通过硝化反应先将氨氮氧化为硝酸盐，再通过缺氧条件下的反硝化反应将硝酸盐异化还原成气态氮从水中去除。由此生物脱氮工艺大多将缺氧区和好氧区分开，形成分级硝化反硝化工艺。
污水生物除磷是通过厌氧段和好氧段的交替操作，利用活性污泥的超量吸磷特性，使细胞含磷量相当高的细菌群体能够在处理系统的基质竞争中取得优势，剩余污泥的含磷量达到3%-7%，进入剩余污泥的总磷量增大，处理出水的磷浓度明显降低。
生物脱氮除磷工艺有A2/O工艺、SBR生物脱氮除磷工艺、氧化沟生物脱氮除磷等。
2脱氮除磷的内在矛盾
2.1碳源的矛盾
在城市污水生物脱氮除磷系统中，在释磷和反硝化之间，存在着争夺易生物降解低分子有机物的矛盾，而硝化过程又存在着对碳源的排斥作用，在整个处理系统中，形成了碳源供需不平衡的矛盾关系。
2.2泥龄的矛盾
硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾，若泥龄太高，不利于磷的去除；泥龄太低，硝化细菌无法存活，且泥量过大也会影响后续污泥处理。当两类微生物共用一个污泥回流系统时，整个系统的泥龄就不得不控制在一个很窄的范围。这种调和虽然使系统具备同时脱氮除磷的效果，却不能使两类微生物发挥各自的优势。
2.3硝酸盐的矛盾
硝酸盐的存在是硝化的先决条件，是脱氮的必要中间产物，而在生物除磷工艺中，硝酸盐的去除又是除磷的先决条件。因此，常规工艺中，由于污泥回流将不可避免的将一部分硝酸盐带入厌氧区，严重影响了聚磷菌的释磷效率，尤其当进水中挥发性有机物较少，污泥负荷较低时，硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。
2.4 溶解氧的矛盾
传统的脱氮除磷工艺将厌氧、缺氧、好氧各处理过程同处一个活性污泥系统，而活性污泥絮体对气泡有很强的吸附作用，这样就不可避免将溶解氧(D0)带入缺氧段和厌氧段。对于厌氧段，DO的控制直接影响到聚磷菌在此段的生长状况、释磷能力及利用有机质合成PHB的能力。对于反硝化缺氧段，DO的存在阻碍了把末端电子传给硝酸盐所需的酶的形成，任何进入反应器的氧都将被有机体优先利用，从而减少反应器能脱氮的硝酸盐量，进而影响脱氮效率。
2.5 硝化和反硝化时间的矛盾
在脱氮除磷系统中，硝化和反硝化两个过程必须同时有效地发挥作用才能保证获得良好的脱氮效果。硝化不充分，污水氨氮必然升高，反硝化能力也发挥不出来；反硝化不充分出水硝酸盐就会上升。
3解决对策
3.1 碳源问题的对策
（1）常规的解决办法是增加生物池进水中易降解COD的数量，例如取消初沉池就是充分利用了原水中的碳源，但取消初沉池的效果有限。通过将初沉池改为酸化池，可以将这些悬浮颗粒性有机物转化为VFA，使除磷装置的进水VAF浓度提高，获得出水磷浓度较高的效果。
（2）外加碳源也可以解决碳源的矛盾。
（3）合理的为反硝化和释磷分配碳源来解决矛盾。常规脱氮除磷工艺总是优先照顾释磷的需要，把厌氧区放在工艺的前部，缺氧区置后。但是，充分释磷是否就意味着后续的过度释磷仍存在疑问，对厌氧有效释磷可能并不是好氧过度吸磷的充要条件，由此设计的倒置A／O工艺将缺氧区放在工艺最前端，厌氧区后置，脱氮菌可以优先获得碳源，反硝化速率得到大幅度提高。
3.2 泥龄问题的对策
（1）一般处理时所采取的措施是选取适当的泥龄以最大可能地同时满足脱氮与除磷的需要。
（2）设立中间沉淀池，可以使第一级泥龄很短，主要功能是释磷，吸磷和反硝化；第二级泥龄较长，主要完成硝化作用。该系统的优点是成功地把两类泥龄不同地微生物分开。
（3）在A／0工艺的好氧区的适当位置投放填料。由于硝化菌可栖息于填料表面不参与污泥回流，故能解决脱氮除磷工艺的泥龄问题，但此方法需要注意投放量和结团等问题。
3.3 硝酸盐问题的对策
如果在回流污泥进入厌氧区之前，设法将其携带的硝酸盐消耗掉，就可以解决硝酸盐问题。
（1）在回流污泥进入厌氧区之前，先进入一个附设的缺氧池，在这个缺氧池中，回流污泥携带的硝酸盐利用污泥本身的碳源反硝化。但由于没有外加碳源，这种反硝化实际上多属内碳源反硝化，因此反硝化速率不高。
（2）通过投加外加碳源或引入一部分污水来提高附设缺氧池的反应速率。例如，中国市政工程华北设计院开发了改良A／0工艺，即通过在厌氧池前增设厌氧／缺氧调节池，用10％原水中的有机物使微生物消除NO；的不良影响，取得了超越改良UCT工艺的处理效果。
3.4溶解氧问题的对策
溶解氧在好氧段与厌氧段和缺氧段的有效分离是解决这一矛盾的必要措施。具体适用于现有污水处理厂的分离方法还有待研究。
3.5 硝化和反硝化
（1）要合理分配系统的硝化和反硝化阶段各自水力停留时间(HRT)。对于城市污水来说，一般夏季的反硝化和硝化分别需要1～2小时和3～4小时。考虑冬季低温的影响通常设置反硝化的HRT为2～3小时，硝化的HRT为5～6小时。
（2）科学合理的工艺布置形式也是解决这一问题的良方。倒置A／0工艺可明显提高系统反硝化能力。而在好氧区适当投放填料则会提高系统的硝化能力。通过改变运行参数也可以对系统的硝化和反硝化能力进行调整。延长泥龄，加强曝气和搅拌，有利于提高好氧区的硝化能力；适当缩短泥龄，降低溶解氧水平，则有利于提高系统的反硝化能力。内循环比是前置反硝化系统中一个重要的运行参数，同时影响到硝化、反硝化、释磷和吸磷，必须将它的值确定在一个最佳范围。
后置反硝化作用与活性污泥絮体中蓄积的有机物量直接相关，通过强化生物吸附作用可提高有机物蓄积量，从而提高TN的去除率。由于后置反硝化作用的加强，使TN的去除由以初级缺氧为主转为以后置缺氧为主，使得工艺可以不用依靠混合液回流而同样保证高效率的TN去除。
4 结论
（1）生物脱氮除磷系统存在各种类型的微生物，其最佳生存条件各异，针对不同的污染物质的生化处理过程也相互影响制约、错综复杂。
（2）目前为止，各种脱氮除磷工艺都有优缺点和适宜条件，还没有哪一种工艺能完全解决上述所有难点问题。
（3）仍旧需要对脱氮除磷的机理进行透彻的研究，特别是需要开展具体的生产性试验工作，以期在不同的条件下确定最适宜的工艺并得到最佳运行参数。