近年來我國水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴重，如滇池、太湖都出現(xiàn)了氮、磷污染。依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準規(guī)定，污水處理工藝方案必須有除磷脫氮功能，為滿足排放標準工程設(shè)計上就必須在污水生物或二級處理后增加除磷脫氮工藝。故除磷脫氮深度處理工藝是防治水體氮、磷污染的最有效的方法。
 
生物除磷脫氮工藝是目前污水處理廠設(shè)計中廣泛采用的工藝，也是實際工程運行中較為經(jīng)濟和常用的方法，故本文重點介紹生物除磷脫氮工藝。
 
1生物除磷脫氮機理
 
1.1 生物除磷機理
 
生物除磷理論基礎(chǔ)是“聚合磷酸鹽（Poly-P）累積微生物”的攝磷釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下受壓抑，消耗糖元，將細胞內(nèi)的聚合磷酸鹽水解為磷酸鹽并釋放，產(chǎn)生的能量用來吸收降解環(huán)境中的有機物，轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)碳源儲存物PHB（聚β羥丁酸）貯存起來。當進入好氧環(huán)境內(nèi)，聚磷菌以O(shè)2為電子受體，降解胞內(nèi)貯存的PHB產(chǎn)生能量，過剩的能量從環(huán)境中攝磷，以聚磷酸高能鍵的形式貯存，形成高濃度含磷污泥，含磷污泥隨剩余污泥排出，水中的磷得到去除。[1]
 
1.2 生物脫氮機理
 
生物脫氮理論基礎(chǔ)是“氨化-硝化-反硝化”三步脫氮原理。
 
氨化：污水中的含氮有機物在好氧條件下，被氨化菌分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。硝化：氨態(tài)氮在好氧條件下，被硝化菌分解氧化，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4）轉(zhuǎn)化為亞硝酸氨；然后，亞硝酸氨在硝酸菌的作用下，進一步轉(zhuǎn)化為硝酸氨。反硝化：硝酸氨和亞硝酸氨在缺氧條件下，被反硝化菌還原為氣態(tài)氮，水體中的氮得到去除。
 
2除磷脫氮傳統(tǒng)工藝
 
根據(jù)上述機理，生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個不同過程的交替循環(huán)，經(jīng)過多年發(fā)展，目前污水廠采用較廣泛的工藝有：A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝。
 
2.1 A2/O工藝
 
A2/O法是同步除磷脫氮工藝，即Anaerobic-Anoxic-Oxic厭氧-缺氧-好氧工藝，A2/O工藝是在上世紀70年代由美國專家在A/O工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)的，在原工藝中間加一缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達到硝化脫氮的目的。
 
厭氧區(qū)（A），主要功能是釋放磷，同時氨化；缺氧區(qū)（A），首要功能為脫氮，硝態(tài)氮是通過好氧反應(yīng)器混合液回流（內(nèi)循環(huán)）送來的；好氧區(qū)（O），本去需設(shè)置曝氣設(shè)備，為反應(yīng)器充氧，反應(yīng)器功能為：去除BOD，硝化反應(yīng)，吸收磷，并內(nèi)循環(huán)混合液至缺氧反應(yīng)器。[2]
 
A2/O工藝效果穩(wěn)定，同步除磷脫氮，水力停留時間短，在厭（缺）氧、好氧交替運行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹(SVI<100），有利于后續(xù)泥水分離，運行費用低。在實際工程設(shè)計中還需設(shè)置二沉池和鼓風機房，回流設(shè)備和回流構(gòu)筑物。占地大，對管理要求高，故本工藝一般用于大中型污水廠。
 
2.2 SBR工藝
 
SBR工藝即間歇式活性污泥處理系統(tǒng)。其工作原理是：流態(tài)上完全混合，有機物降解是時間上的推流。反應(yīng)器的間歇運行，是通過其主要反應(yīng)器-曝氣池的運行操作而實現(xiàn)的。然而傳統(tǒng)的SBR工藝除磷脫氮效果一般，為提高處理效果，派生出一系列的改良工藝。如CAST工藝將反應(yīng)階段設(shè)計成為缺氧-好氧-厭氧環(huán)境；而ICEAS工藝反應(yīng)階段反復(fù)“曝氣好氧，閑置缺氧”；都能取得較好的去除效果。[3]
 
2.3 氧化溝工藝
 
氧化溝是我國污水處理廠常用的工藝形式。氧化溝工藝是上世紀50年代由荷蘭的巴斯威爾（Pasveer）所開發(fā)的一種污水處理技術(shù)，通過不同溶解氧濃度梯度，實現(xiàn)厭氧、缺氧、好氧除磷脫氮。
 
3除磷脫氮新工藝發(fā)展
 
上述工藝隨廣泛應(yīng)用，但也存在一些問題，如：投資大，運行費用高等。隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批能耗低，投資省，管理簡單的處理工藝。下面介紹三種新型工藝：生物倍增工藝、MSBR工藝及分點進水工藝。
 
3.1生物倍增（Bio-Dopp）工藝
 
生物倍增污水處理工藝是由德國恩格拜環(huán)保技術(shù)公司開發(fā)的一項先進處理技術(shù)。該工藝由Bio-Dopp特有的曝氣系統(tǒng)、固定床以及快速澄清池組成。在這一個反應(yīng)器內(nèi)同時實現(xiàn)：生物除磷脫氮、氧化去除有機物、污泥硝化穩(wěn)定。
 
Bio-Dopp工藝集中污水生物處理工藝的優(yōu)點，把微生物去除過程集中在一個反應(yīng)器內(nèi)同步進行，并實現(xiàn)水泥分離，省去傳統(tǒng)工藝中的二沉池。通過培養(yǎng)特殊菌種達到低氧高效除磷的效果。而且Bio-Dopp曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生微小氣泡，曝氣效率高，反應(yīng)器控制在低溶解氧水平（0.1-0.3mg/L） [5] ，因此，曝氣量大大降低，降低了噸水處理成本。經(jīng)試驗及實際運轉(zhuǎn)，本工藝出水水質(zhì)優(yōu)良，正常情況下能滿足一級A標準，在低溫情況下亦能滿足一級B標準，此外該工藝還有占地小，投資低，產(chǎn)泥少，操控簡單等優(yōu)點。
 
3.2 MSBR工藝
 
MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor)是改良型序批反應(yīng)器，是根據(jù)SBR技術(shù)特點，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)，發(fā)展出來的新型工藝。在MSBR反應(yīng)器中同時進行生物除磷及生物脫氮。MSBR不需要設(shè)置初沉、二沉池，仍能連續(xù)進水、出水，并且水位恒定；連續(xù)排水，使池容及設(shè)備利用率達到最大。[7]
 
反應(yīng)器由三個主要部分組成：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續(xù)曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。其運行原理如下：污水進入?yún)捬醭兀�回流活性污泥中的聚磷菌在此進行充分放磷，然后混合液進入缺氧池進行反硝化，反硝化后的污水進入好氧池，有機物被好氧降解，活性污泥吸磷后在進入SBR池（序批池）進行沉淀，污水經(jīng)澄清后排放。同時另一座SBR池在回流混合液條件下進行硝化、反硝化。回流污泥先進入濃縮池進行濃縮，上清夜直接進入好氧池，濃縮污泥進入缺氧池。這樣，即進行反硝化，又消耗回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽，為后續(xù)的缺氧放磷做預(yù)處理。將回流量控制在1.5倍原水進水量，可以使反硝化充分進行。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
 
其實，MSBR工藝是A2/O工藝與SBR串聯(lián)，并發(fā)揮兩種傳統(tǒng)工藝的優(yōu)點，是高效的組合。MSBR工藝，用地省；有機物降解更完全；能耗低；脫氮除磷效果更好；污泥的沉降性能和脫水性能良好，剩余污泥處理方便；耐沖擊負荷能力強，適合污水水質(zhì)廣泛。
 
3.3分點進水工藝
 
分點進水高效脫氮除磷工藝是中國礦業(yè)大學張雁秋教授自主提出的。污水分點進入?yún)捬醭兀�曝氣池。此舉提高活性污泥的硝化菌、聚磷菌的比例，縮短硝化速度，實現(xiàn)了短時高效脫氮除磷[6]。
 
分點進水工藝經(jīng)試驗運行，證實除磷脫氮效率高（80%以上），并且實際運行費用省，污泥SVI值低，不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點。
 
4結(jié)語
 
目前我國處于市政建設(shè)，環(huán)境治理快速發(fā)展階段，同時我國水資源匱乏，水污染嚴重，因此對水處理出水水質(zhì)、回用率要求已有新的標準。我國很多早期建設(shè)的污水處理廠出水已不滿足現(xiàn)行標準，需要進行提升改造，增加除磷脫氮設(shè)備。相信在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上還會開發(fā)出很多新型高效的處理工藝，并投入實際工程使用。（天津市市政工程設(shè)計研究院）
 
參考文獻：
 
[1] 張自杰. 排水工程下冊.第4版.北京.中國建筑工業(yè)出版社.2000.
 
[2] 王佳偉，周軍，干一萍，王洪臣.溶解氧對A2/O工藝脫氮除磷效果的影響及解決方法[J].給水排水，2009,35(1)：42
 
[3]李燕，丁毅，張雁秋. SBR優(yōu)化運行對脫氮除磷影響的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009, 37(9)：65
 
收稿日期：2011-05-05
 
作者簡介：劉昆（1981-），男，工程師，研究方向：市政給排水管網(wǎng)、泵站以及水處理技術(shù)設(shè)計工作。