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70%污水廠(chǎng)脫氮除磷效果不達標，有什么快速高效的解決辦法？

  • 發(fā)布時(shí)間： 2025-02-21
傳統 A²/O 工藝是一項具有脫氮除磷功能的典型污水處理技術(shù)，這個(gè)工藝結構簡(jiǎn)單、水力停留時(shí)間（HRT）短且易于控制，多數污水廠(chǎng)都是采用傳統 A²/O 工藝進(jìn)行污水處理。
然而，生物脫氮除磷的過(guò)程中涉及硝化、反硝化、攝磷和釋磷等多個(gè)生化過(guò)程，而每個(gè)過(guò)程對微生物組成、基質(zhì)類(lèi)型及環(huán)境條件的要求存在許多差異。
在傳統 A²/O 工藝的單泥系統中高效地完成脫氮和除磷兩個(gè)過(guò)程，就會(huì )發(fā)生各種矛盾沖突，比如泥齡的矛盾、碳源競爭、硝酸鹽及溶解氧（DO）殘余干擾等。

傳統A²O工藝存在的矛盾
01 污泥齡矛盾
傳統A²/O 工藝屬于單泥系統，聚磷菌（PAOs）、 反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生長(cháng)于同一系統中，而各類(lèi)微生物實(shí)現其功能最大化所需的泥齡不同：
1）自養硝化菌與普通異養好氧菌和反硝化菌相比，硝化菌的世代周期較長(cháng)，欲使其成為優(yōu)勢菌群， 需控制系統在長(cháng)泥齡狀態(tài)下運行。冬季系統具有良好硝化效果時(shí)的污泥齡（SRT）需控制在 30d 以上；即使夏季，若 SRT＜5 d，系統的硝化效果將顯得極其微弱 。
2）PAOs 屬短世代周期微生物，甚至其最大世代周期（Gmax）都小于硝化菌的最小世代周期（Gmin）。
從生物除磷角度分析富磷污泥的排放是實(shí)現系統磷減量化的唯一渠道。
若排泥不及時(shí)，一方面會(huì )因 PAOs 的內源呼吸使胞內糖原 （Glycogen）消耗殆盡，進(jìn)而影響厭氧區乙酸鹽的吸收及聚 -β- 羥基烷酸（PHAs）的貯存，系統除磷率下降，嚴重時(shí)甚至造成富磷污泥磷的二次釋放；另一方面，SRT 也影響到系統內 PAOs 和聚糖菌（GAOs） 的優(yōu)勢生長(cháng)。
在 30 ℃的長(cháng)泥齡（SRT≈ 10 d）厭氧環(huán)境中，GAOs 對乙酸鹽的吸收速率高于PAOs，使其在系統中占主導地位，影響 PAOs 釋磷行為的充分發(fā)揮。
02 碳源競爭及硝酸鹽和 DO 殘余干擾 
在傳統A²/O脫氮除磷系統中，碳源主要消耗于釋磷、反硝化和異養菌的正常代謝等方面，其中釋磷和反硝化速率與進(jìn)水碳源中易降解部分的含量有很大關(guān)系。一般而言，要同時(shí)完成脫氮和除磷兩個(gè)過(guò)程，進(jìn)水的碳氮比（BOD5 /ρ(TN)）＞4～5，碳磷比（BOD5 /ρ(TP)）＞20～30。
當碳源含量低于此時(shí)，因前端厭氧區 PAOs 吸收進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）及醇類(lèi)等易降解發(fā)酵產(chǎn)物完成其細胞內 PHAs 的合成，使得后續缺氧區沒(méi)有足夠的優(yōu)質(zhì)碳源而抑制反硝化潛力的充分發(fā)揮，降低了系統對 TN 的脫除效率。 
反硝化菌以?xún)忍荚春图状蓟?VFAs 類(lèi)為碳源時(shí)的反硝化速率分別為 17～48 、120～900 mg/(g·d)。因反硝化不徹底而殘余的硝酸鹽隨外回流污泥進(jìn)入厭氧區，反硝化菌將優(yōu)先于 PAOs 利用 環(huán)境中的有機物進(jìn)行反硝化脫氮，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行，最終影響系統對磷的高效去除。
一般， 當厭氧區的 NO3-N 的質(zhì)量濃度＞1.0 mg/L 時(shí)，會(huì )對 PAOs 釋磷產(chǎn)生抑制，當其達到 3～4 mg/L 時(shí)，PAOs 的釋磷行為幾乎完全被抑制，釋磷（PO4 3--P）速率降 至 2.4 mg/(g·d)。
按照回流位置的不同，溶解氧（DO）殘余干擾主要包括：
1）從分子態(tài)氧（O2）和硝酸鹽（NO3-N） 作為電子受體的氧化產(chǎn)能數據分析，以 O2 作為電子受體的產(chǎn)能約為 NO3-N 的 1.5 倍，因此當系統中同時(shí)存在 O2 和 NO3-N 時(shí)，反硝化菌及普通異養菌將優(yōu)先以 O2 為電子受體進(jìn)行產(chǎn)能代謝。
2）氧的存在破壞了 PAOs 釋磷所需的“厭氧壓抑”環(huán)境，致使厭氧菌以 O2 為終電子受體而抑制其發(fā)酵產(chǎn)酸作用，妨礙磷的正常釋放，同時(shí)也將導致好氧異養菌與 PAOs 進(jìn)行碳源競爭。
一般厭氧區的 DO 的質(zhì)量濃度應嚴格控制在 0.2 mg/L 以下。從某種意義上來(lái)說(shuō)硝酸鹽及 DO 殘余干擾釋磷或反硝化過(guò)程歸根還是功能菌對碳源的競爭問(wèn)題。
傳統A²O工藝改進(jìn)策略分析

01 基于 SRT 矛盾的復合式 
A²/O工藝在傳統 A²/O工藝的好氧區投加浮動(dòng)載體填料， 使載體表面附著(zhù)生長(cháng)自養硝化菌，而 PAOs 和反硝化菌則處于懸浮生長(cháng)狀態(tài)，這樣附著(zhù)態(tài)的自養硝化菌的 SRT 相對獨立，其硝化速率受短 SRT 排泥的影響較小，甚至在一定程度上得到強化。 
懸浮污泥 SRT、填料投配比及投配位置的選擇不僅要考慮硝化的增強程度，還要考慮懸浮態(tài)污泥 含量降低對系統反硝化和除磷的負面影響。
載體填料的投配并不意味可大幅度增加系統排泥量，縮短懸浮污泥 SRT 以提高系統除磷效率；相反，SRT 的 縮短可能降低懸浮態(tài)污泥（MLSS）含量，從而影響 系統的反硝化效果，甚至造成除磷效果惡化。 
研究表明，當懸浮污泥 SRT 控制為 5 d 時(shí)，復合式 A²/O 工藝的硝化效果與傳統  A²/O工藝相比， 兩者的硝化效果無(wú)明顯差異，復合式  A²/O工藝的載 體填料不能完全獨立地發(fā)揮其硝化性能；若再降低懸浮污泥 SRT 則因系統懸浮污泥含量的降低致使 硝酸鹽積累，影響厭氧磷的正常釋放。 
 
02 基于“碳源競爭”角度的工藝 
解決傳統  A²/O工藝碳源競爭及其硝酸鹽和 DO 殘余干擾釋磷或反硝化的問(wèn)題，主要集中在 3 方面：

  • 針對碳源競爭采取的解決策略，如補充外碳源、反硝化和釋磷 重新分配碳源（如倒置  A²/O工藝）等；

  • 解決硝酸鹽干擾釋磷提出的工藝改革，如 JHB、UCT、MUCT 等工藝；

  • 針對 DO 殘余干擾釋磷、反硝化的問(wèn)題， 可在好氧區末端增設適當容積的“非曝氣區”。 

     

 
1、補充外碳源 
補充外碳源是在不改變原有工藝池體結構及各功能區順序的情況下，針對短期內因水質(zhì)波動(dòng)引起碳源不足而提出的應急措施。一般供選擇的碳源可分為 2 類(lèi)：
1）甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸鈉等有機化合物；
2）可替代有機碳源，如厭氧消化污泥上清液、 木屑、牲畜或家禽糞便及含高碳源的工業(yè)廢水等。相對糖類(lèi)、纖維素等高碳物質(zhì)而言，因微生物以低分子碳水化合物（如，甲醇、乙酸鈉等）為碳源進(jìn)行合成代謝時(shí)所需能量較大，使其更傾向于利用此類(lèi)碳源進(jìn)行分解代謝，如反硝化等。 
任何外碳源的投加都要使系統經(jīng)歷一定的適應期，方可達到預期的效果。
針對要解決的矛盾主體選擇合適的碳源投加點(diǎn)對系統的穩定運行和節能降耗至關(guān)重要。一般在厭氧區投加外碳源不僅能改善系統除磷效果，而且可增強系統的反硝化潛能；但是若反硝化碳源嚴重不足致使系統 TN 脫除欠佳時(shí)， 應優(yōu)先考慮向缺氧區投加。
2、倒置  A²/O 工藝及其改良工藝 
傳統  A²/O工藝以犧牲系統的反硝化速率為前提，優(yōu)先考慮釋磷對碳源的需求，而將厭氧區置于工藝前端，缺氧區后置，忽視了釋磷本身并非除磷工藝的目的所在。
從除磷角度分析可知，倒置 A²/O 工藝還具有 2 個(gè)優(yōu)勢：

  • “饑餓效應”。PAOs厭氧釋磷后直接進(jìn)入生化 效率較高的好氧環(huán)境，其在厭氧條件下形成的攝磷驅 動(dòng)力可以得到充分地利用。

  • “群體效應”。允許所有 參與回流的污泥經(jīng)歷完整的釋磷、攝磷過(guò)程。然而有研究者認為，倒置 A2 /O 工藝的布置形式。

     

 
3、JHB、UCT 及改良 UCT 工藝 
與分點(diǎn)進(jìn)水倒置 A2 /O 工藝相比，JHB（亦稱(chēng) A+ A2 /O 工藝） 和 UCT 工藝的設計初衷是通過(guò)改變外回流位點(diǎn)以解決硝酸鹽、DO殘余干擾釋磷。 
JHB 工藝中的氮素的脫除主要發(fā)生在污泥反硝化區和缺氧區，且兩者的脫除量相當， 污泥反硝化區的設置改變了氮素在各功能區的分配比例，使厭氧區能夠更好地專(zhuān)注于釋磷。 
與倒置 A2 /O 工藝相同，對于低 C/N 進(jìn)水而言， JHB 工藝污泥反硝化區的設置可能會(huì )引起后續各功能區的碳源不足，為此也有必要采用分點(diǎn)進(jìn)水方式。 
與倒置 A2 /O 工藝不同，UCT 工藝是在不改變傳統 A2 /O 工藝各功能區空間位置的情況下，污泥先回流至缺氧區，使其經(jīng)歷反硝化脫氮后，再通過(guò)缺氧區的混合液回流至厭氧區，避免了回流污泥中硝酸鹽、DO 對厭氧釋磷的干擾。
在進(jìn)水 C/N 適中的情況 下，缺氧區的反硝化作用可使回流至厭氧區的混合液中硝酸鹽的含量接近于 0；而當進(jìn)水 C/N 較低時(shí)， UCT 工藝中的缺氧區可能無(wú)法實(shí)現氮的完全脫除， 仍有部分硝酸鹽進(jìn)入厭氧區，因此又產(chǎn)生了改良 UCT 工藝（MUCT）。 
與 UCT 工藝相比，MUCT 將傳統 A2 /O 工藝中 的缺氧區分隔為 2 個(gè)獨立區域，前缺氧區接受來(lái)自 二沉池的回流污泥，后缺氧區接受好氧區的硝化液， 從而使外回流污泥的反硝化與內回流硝化液的反硝 化完全分離，進(jìn)一步減少了硝酸鹽對厭氧釋磷的影響。
無(wú)論 UCT 還是 MUCT，回流系統的改變強化了 厭氧、缺氧的交替環(huán)境，使其與 JHB 一樣，缺氧區容易富集反硝化 PAOs，實(shí)現同步脫氮除磷。
03 兼顧 SRT 矛盾及“碳源競爭”工藝 
1、新型雙污泥脫氮除磷工藝 
新型雙污泥脫氮除磷工藝（PASF）工藝也可謂是傳統 A2/O 與曝氣生物濾池（BAF）的組合工藝， 是以分相培養為基礎的雙泥系統，能更好地滿(mǎn)足各功能微生物對環(huán)境、營(yíng)養物質(zhì)及生存空間的最佳需 求。
在工藝設計及運行過(guò)程中，通過(guò)縮短前端 A2 /O 工藝好氧區的 HRT，將硝化過(guò)程從中分離而順序“嫁接”于二沉池后端的 BAF。
對于 PAOs 的厭氧釋磷而言，因前端的污泥單元不承擔硝化功能，在理想條件下外回流污泥中不含有硝酸鹽，為 PAOs 釋磷創(chuàng )造了良好的“壓抑”環(huán)境，使其優(yōu)先利用原水中的 VFAs 類(lèi)物質(zhì)合成 PHAs 并釋放磷；
再者，也因長(cháng) SRT 硝化菌以生物膜形式固著(zhù)生長(cháng)在填料表面而短SRT 的 PAOs 和反硝化菌呈懸浮態(tài)生長(cháng)在前端的污泥單元，實(shí)現了硝化菌與反硝化菌、PAOs 等功 能微生物的 SRT 分離，緩解了 SRT 矛盾。 
決定缺氧區反硝化效果的因素主要有2個(gè)：進(jìn)入缺氧區的優(yōu)質(zhì)碳源（VFAs 和 PHAs）含量及來(lái)自 BAF 的內回流硝化液中的硝酸鹽含量。
當進(jìn)水 C/N 較高時(shí)，硝酸鹽成為反硝化的限制因子，隨著(zhù)內回流比的增大缺氧區異養反硝化效果也相應提高，但升高幅度卻呈遞減趨勢；
而當進(jìn)水 C/N 較低時(shí)，因碳源成為反硝化的限制因子，根據異養反硝化菌和反 硝化 PAOs 對電子受體的競爭機制，適當提高內回 流硝酸鹽負荷的方式刺激反硝化聚磷菌（DPAOs） 的優(yōu)勢生長(cháng)，使其以硝酸鹽為電子受體，并以 PHAs 為電子供體進(jìn)行同步反硝化脫氮除磷，實(shí)現“一碳 兩用”，同時(shí)可節省系統的能耗，減少污泥產(chǎn)量。 
2、雙循環(huán)兩相生物處理工藝 
雙循環(huán)兩相生物處理工藝（BICT）是在序批式活性污泥法的基礎上，增設獨立的生物膜硝化反應器，使自養硝化菌與反硝化菌、PAOs 等異養菌分相培養，以克服脫氮與除磷間的 SRT 矛盾及硝酸鹽、 DO 干擾釋磷而開(kāi)發(fā)的污水處理新工藝，其主體單元由厭氧生物選擇器、序批式懸浮污泥主反應器、生物膜硝化反應器組成。 
該工藝正常運行時(shí)主要完成 4 個(gè)操作過(guò)程：
1） 進(jìn)水、曝氣攪拌 + 污泥回流
原水與沉淀池的回流污泥在厭氧生物選擇器內混合接觸，借助高負荷梯 度產(chǎn)生的“選擇壓力”篩選出具有良好絮凝性的細 菌，并使 PAOs 厭氧釋磷。此時(shí)，主反應器在曝氣攪 拌的作用下，完成 COD 的去除及 PAOs 的超量攝磷； 
2）缺氧攪拌 + 硝化液回流
主反應器接受來(lái)自生物膜反應器的硝化液，在機械攪拌作用下，完成反硝化脫氮，同時(shí)被擠出的混合液進(jìn)入沉淀池，經(jīng)沉淀分離后上清液進(jìn)入生物膜硝化反應器；
3）再曝氣（可選做）
吹脫污泥中包裹的氮氣以利于泥水分離，也 可強化 PAOs 的好氧攝磷；
4）靜止沉淀、潷水
靜止沉淀的同時(shí)排出富磷污泥。此工藝獨立硝化反應單元的設置消除了 SRT 與 硝化的高度關(guān)聯(lián)性，SRT 不再是影響系統脫氮效率 的限制因子。
3、BCFS 工藝 
BCFS 工藝（Biologische Chemische Fosfaat Stikstof verwijdering） 可實(shí)現磷的完全去除和氮的最佳脫除。
與 UCT 工藝相比，BCFS 工藝在主流線(xiàn)上增設2個(gè)反應區——接觸區和混合區。
介于厭氧區與缺 氧區之間的接觸區相當于第 2 選擇池，可以有效控 制絲狀菌的異常生長(cháng)，防止污泥膨脹的發(fā)生；另外， 也因回流污泥先回流于此進(jìn)行反硝化脫氮反應，給 PAOs 厭氧釋磷營(yíng)造了良好的“壓抑”環(huán)境。
介于缺氧區與好氧區之間的混合區相當于一個(gè)“機動(dòng)單元”， 可通過(guò)曝氣系統的啟閉靈活地控制其前端好氧區和后端缺氧區的氧化還原電位，也可在低 C/N 條件下誘導反硝化 PAOs 成為優(yōu)勢菌群而發(fā)揮同步脫氮除磷，實(shí)現“一碳兩用”。

 

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標簽： 污水處理設備 脫氮除磷 污水廠(chǎng)脫氮除磷

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