【中國工程院院士、北京工業大學環境學科首席教授 彭永臻 】城市污水處理脫氮除磷工藝技術與案例分析

中國工程院院士、北京工業大學環境學科首席教授 彭永臻

一、生物脫氮除磷是經濟有效的方法

環境污染和水體富營養化問題的尖銳化迫使越來越多的國家和地區制定嚴格的氮磷排放標準，這也使污水脫氮除磷技術一度成為污水處理領域的熱點和難點。除磷方面，可以通過生物法除磷和化學法除磷;脫氮方面，生物脫氮是目前最經濟和有效的方法。混凝沉淀不能去除NH4+和NO3-，微濾、超濾、納濾膜也不能去除NH4+和NO3-。對于城市污水處理來說，總氮達標是關鍵和難點，生物脫氮是唯一的方法。

二、傳統A/O脫氮除磷工藝存在的問題

幾種污水生物脫氮除磷工藝對比見圖1。傳統的A/O脫氮除磷工藝(圖2)存在兩個問題：一是出水總氮濃度(含NH4+、NOX--N)和回流液總氮相同;二是出水的總氮濃度(TN)高。

圖1 幾種污水生物脫氮除磷工藝對比

圖2 傳統A/O脫氮除磷工藝

三、分段進水A2/O工藝的理論與技術

分段進水A2/O深度脫氮除磷工藝流程圖見圖3。分段進水A2/O深度脫氮除磷工藝的特點：不需要硝化液內回流，只需污泥回流;不需要外加碳源就可滿足一級A的排放標準，特別是TN的達標;只有在要求深度脫氮除磷時才需要外加碳源。

分段進水A2/O工藝的優勢：氮磷去除率高;最大程度利用原水碳源;抗沖擊負荷，減小二沉池固體負荷;防止絲狀菌污泥膨脹;原污水處理廠更新改造簡單。

圖3 分段進水A2/O深度脫氮除磷工藝

在北京高碑店污水處理廠作了中試。

1. 試驗研究與過程控制

試驗裝置主反應器有效容積340 L。

豎流式二沉池容積為88 L，采用中心進水、周邊三角堰出水方式。

進水水質見表1，去除率見表2

表1 北京高碑店污水處理廠進水

表2 去除率

2. 分段進水脫氮除磷工藝類型和技術特點

分段進水脫氮除磷工藝的工藝方式有：四段式A/O分段進水脫氮除磷工藝、A2/O分段進水工藝和改良UCT分段進水深度脫氮除磷工藝。技術特點主要體現在以下三個方面：

• 分段進水脫氮除磷工藝類型可以在不外加碳源的情況下，處理城市污水，出水達到一級A排放標準，特別是出水TN達標。

• 易實現深度脫氮除磷。僅在分段進水工藝曝氣池中投加少量碳源和混凝沉淀劑，即可實現深度脫氮除磷，出水TN≦5mg/L，TP≦0.3mg/L。

• 簡單易行，利于推廣應用。既可用于新建污水處理廠又適合老廠升級改造。在曝氣池中增加隔段;變為分段進水。還可省去硝化液內回流。最重要的是：無需增設其他處理設施。

四、A2/O-BAF同步脫氮除磷工藝與技術

1. 研究背景和意義

目前，低碳氮比污水越來越普遍，傳統脫氮除磷工藝的問題更加突出。AAO 中存在的主要矛盾是由于碳源缺乏引起的，而低C/N 比污水目前在我國十分常見，城市污水廠脫氮除磷面臨著污水中碳源短缺的問題。傳統A2O脫氮除磷工藝的難于克服的缺點：生物脫氮的前提是完成充分的硝化，需要長污泥齡;生物除磷的前提是有較多剩余污泥，需要短污泥齡;僅通過運行控制，脫氮除磷不能同時達到最佳。

2. AAO-BAF工藝簡介及深度脫氮除磷的試驗研究

AAO-BAF工藝流程圖見圖4。深度脫氮除磷的試驗研究：技術參數見表3，穩定運行時污染物的去除率見圖5;穩定運行時一個典型周期內污染物的變化見圖6。

圖4 AAO-BAF工藝流程圖

表3 A2O和BAF聯合工藝的技術參數

圖5 穩定運行時污染物的去除率

圖6 穩定運行時一個典型周期內污染物的變化圖

進水TN=76.8 mg/L，TN平均去除率81.2%

進水TP=5.4 mg/L，TP平均去除率90.3%

平均出水分別為：TN≤ 13.2mg/L，TP ≤ 0.23mg/L

A2O-BAF工藝低溫下COD的去除規律：負荷為0.316KgCOD/KgMLSS/d，COD的平均去除率為86.2%。

厭氧段PAOs的釋磷過程、缺氧段的反硝化都消耗了大部分可生物降解有機物，厭氧段和缺氧段出水的COD值分別為91.77 mg/L和48.08 mg/L。

好氧段COD沒有明顯的變化，但在BAF中COD的去除率僅為2.52%。

低溫(14-15℃)時AAO-BAF深度脫氮除磷性能：缺氧吸磷率91%，好氧吸磷率9%;在低碳氮比條件下反硝化除磷是該工藝除磷的主要方式。

3. A2O-BAF工藝的優點

• 硝化和除磷分別在兩個污泥齡不同的系統中進行，而且回流污泥中，無硝態氮可以使厭氧釋磷更充分，達到同時高效脫氮除磷的目的。

• 該工藝為反硝化除磷菌提供一個適宜的環境，反硝化除磷將是其除磷的主要形式，這就可以節省碳源，更有利于處理低C/N污水。

• 反硝化除磷過程去除了大量有機物，在好氧段停留時間只有1.8h，再加上BAF的停留時間2.5h，總好氧曝氣時間只有4.3h。

• 由于有機物和懸浮物質大多都在A2O中被去除，這有利于BAF中硝化作用的進行，同時可以延長BAF的反沖洗時間。

• 進入二沉池的混合液中，很少有硝態氮，無二沉池污泥上浮現象。

五、分段進水A2/O達一級A的升級改造案例——青島城陽污水處理廠改造

傳統A2/O工藝存在的問題：(1)硝化不完全;(2)冬季溫度較低時，出水NH4+-N很難控制在5mg/L以下;(3)反硝化不完全;(4)TN去除率較低，平均值僅為27%;(5)除磷效果較差;(6)出水總磷偏高，平均值為1.9mg/L;(7)進水中有機碳源沒有充分利用;(8)大量DO進入缺氧池，破壞了缺氧環境，脫氮效率較低。(9)攪拌效果不佳，攪拌機功率偏小，缺氧區有明顯的泥水分離界面;(10)好氧池和缺氧池的隔墻過水通道斷面太大，存在返混現象。

三段進水A2/O工藝的改造見圖7，改造后出水達一級A排放標準。升級改造后的特點和優勢：沒增加附屬構筑物，沒增加總水力停留時間;正常情況下，無外加碳源即可達到一級A標準;強化了缺氧反硝化過程，減少了好氧時間，提高了TN去除率;投加懸浮填料增加了生物量和硝化細菌，強化了硝化過程;減少了曝氣時間和電耗。

迄今為止，這是中國環保產業協會評出的唯一一項城市污水處理達一級A標準的示范工程。國家環保產品質量監督檢驗中心檢驗報告見表4。

圖7 三段進水A2/O工藝的改造流程圖

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