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北極星水處理網(wǎng)訊:生物脫氮除磷是指用生物處理法去除污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氮和磷的工藝。水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題是20世紀(jì)中期提出來(lái)的。含氮和磷的污水無(wú)限制地排放，以致受納水體中藻類過(guò)度繁殖，水質(zhì)變壞。原水受氮和磷的污染，水處理的困難加大，費(fèi)用增加。
一、生物脫氮除磷的發(fā)展
1932年，祖師Wuhrmann提出內(nèi)源呼吸反硝化脫氮理論，這也是最早的脫氮工藝，被稱為Wuhrmann工藝。（見(jiàn)圖2）該工藝在好氧池中進(jìn)行有機(jī)物的氧化及氨氮的硝化反應(yīng)，在缺氧池中利用活性污泥內(nèi)源呼吸進(jìn)行反硝化。但由于以微生物內(nèi)源呼吸代謝物質(zhì)作為碳源，反硝化速率很低，所以需要擴(kuò)大缺氧池的容積，同時(shí)在缺氧池中微生物內(nèi)源呼吸將有機(jī)氮和氨氮釋放到水中，降低脫氮效率，導(dǎo)致該工藝在工程上并不實(shí)用，但該工藝為以后的脫氮除磷工藝的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
1962年，Ludzack和Ettinger首次提出利用進(jìn)水中的可生物降解有機(jī)物作為碳源的前置反硝化工藝，解決了碳源不足的問(wèn)題，但由于兩個(gè)反應(yīng)器間的液體交換缺乏控制，影響脫氮效果。（該工藝缺少描述，筆者也不知道具體的工藝流程）
1973年，Barnard在開(kāi)發(fā)Bardenpho（音譯為：巴登福）工藝是提出改良型Ludzack-Ettinger脫氮工藝，即廣泛應(yīng)用的A/O工藝（見(jiàn)圖3）（題外話，這個(gè)工藝至今已經(jīng)47年了，現(xiàn)今絕大部分的脫氮工藝都是在這個(gè)工藝的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)，而非創(chuàng)新）。A/O工藝中，大量的硝氮通過(guò)內(nèi)回流（別名：硝化液回流、好氧回流、混合液回流）回流到缺氧區(qū)后，利用原水中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化。但A/O工藝不能達(dá)到完全脫氮，因?yàn)楹醚醭乜偭髁康囊徊糠窒趸蟮南醯獩](méi)有回流到缺氧池而是直接隨出水排放（這是目前二級(jí)生物脫氮的一個(gè)硬傷）。
1973年為克服A/O工藝不完全脫氮的缺點(diǎn)，Barnard提出把此工藝與祖師級(jí)別的Wuhrmann工藝聯(lián)合，并稱之為Bardenpho工藝，（見(jiàn)圖4）。具體機(jī)理后文再述。
Bardenpho工藝在理論上雖然有完全去除硝酸鹽的潛力，但實(shí)際上是不可能的。
1976年，Barnard通過(guò)對(duì)Bardenpho工藝進(jìn)行中試研究發(fā)現(xiàn)在Bardenpho工藝的初級(jí)缺氧反應(yīng)器前增加一厭氧反應(yīng)器就能有效的除磷（見(jiàn)圖5）。該工藝在南非稱5階段Phoredox工藝（音譯為：福列德克斯）或簡(jiǎn)稱為Phoredox工藝。在美國(guó)稱之為改良型Bardenpho工藝。
1980年，Rabinowitz和Marais對(duì)Bardenpho工藝的研究中，選擇3階段的Bardenpho工藝，即所謂的傳統(tǒng)A2/O工藝（見(jiàn)圖6）。至此最為常用的脫氮除磷工藝正式登場(chǎng)（距今已經(jīng)整整40年，目前還在大量使用）。
二、生物脫氮除磷工藝合集（順序不分先后）
說(shuō)明：以下工藝簡(jiǎn)介僅從原理方面進(jìn)行解析，不涉及土建成本和設(shè)備投資。
1、A2/O工藝
1）厭氧池
圖6為傳統(tǒng)的A2/O工藝流程，首段為厭氧池，本池的主要作用為釋放磷（具體反映機(jī)理看前面），其次在本池中也可發(fā)生水解酸化反應(yīng)。原水與同步進(jìn)入的二沉池回流的含磷污泥二者混合后再兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下部分易生物降解的大分子有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為小分子的揮發(fā)性脂肪酸（VFA），聚磷菌將細(xì)胞內(nèi)的聚磷水解成正磷酸鹽，釋放到水中，釋放的能量可供轉(zhuǎn)型好氧的聚磷菌在厭氧的壓抑環(huán)境下維持生存，同時(shí)吸收水解后的小分子有機(jī)物合成PHB并儲(chǔ)存在體內(nèi)。另外，NH4+-N因細(xì)胞的合成而被去除一部分，同時(shí)回流污泥的稀釋作用使污水中的NH4+-N濃度下降；另外回流污泥中的NO3--N進(jìn)入?yún)捬醭睾笱杆倮迷械目焖俳到庥袡C(jī)物而被還原為氮?dú)忉尫�，�?huì)部分去除進(jìn)水中的有機(jī)物，該池出水幾乎不含NO3--N。
影響因素：對(duì)于高氨氮廢水，污泥回流中攜帶有大量的NO3--N，當(dāng)硝氮濃度≥4mg/L時(shí)，將減少了據(jù)鄰居釋放所獲得的溶解性有機(jī)物的量，不能是該池形成較好的兼性厭氧環(huán)境，不僅不利于據(jù)鄰居的釋磷反應(yīng)，而且也不利于大分子的厭氧發(fā)酵為小分子有機(jī)物，對(duì)釋磷反應(yīng)不利。
2）缺氧池
廢水經(jīng)過(guò)厭氧池進(jìn)入缺氧池，該池首要功能為反硝化脫氮，硝氮通過(guò)內(nèi)循環(huán)由好氧池進(jìn)入缺氧池，回流比通過(guò)總氮去除率進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)公式1）。混合液進(jìn)入缺氧段后，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物將回流液中的硝態(tài)氮還原為氮?dú)忉尫诺娇諝庵�，因此有機(jī)物濃度和硝態(tài)氮濃度都會(huì)大幅度降低。其次，該段可能發(fā)生磷的釋放和吸收（反硝化除磷）反應(yīng)，或者兩者同時(shí)存在。另外，生活污水處理過(guò)程中，缺氧池末端的COD基本在50以下甚至更低，在不考慮好氧池同步硝化反硝化的情況下TN濃度和出水基本相同。
3）好氧池
混合液從缺氧池進(jìn)入好氧池，曝氣池的這一反應(yīng)單元室多功能的，去除BOD、硝化、吸收磷等反應(yīng)都在本反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行�；旌弦河袡C(jī)物濃度已經(jīng)很低，聚磷菌主要是靠分解體內(nèi)儲(chǔ)存的PHB來(lái)獲取能量供自身生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)超量吸收水中的溶解性正磷酸鹽以聚磷（Poly-P）的形式儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過(guò)沉淀排出剩余污泥，達(dá)到除磷的效果。有機(jī)氨被氨化繼而被硝化，氨氮濃度顯著下降。隨著硝化過(guò)程的進(jìn)行，硝氮濃度增加，堿度降低（對(duì)于高氨氮廢水，需在好氧池中大量投加堿才能維持硝化反應(yīng)的進(jìn)行）。
4）A2/O工藝的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)脫氮除磷；反硝化過(guò)程為硝化提供堿度；釋磷及反硝化過(guò)程同時(shí)除去有機(jī)物；污泥沉降性能好，SVI值一般均小于100。
缺點(diǎn)：①回流污泥含有硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，對(duì)除磷效果有影響；②脫氮受內(nèi)回流比影響；③聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有機(jī)物。
A2/O這是一個(gè)很成熟的脫氮除磷工藝，后續(xù)介紹的其他脫氮處理工藝基本上是為克服A2/O工藝的缺點(diǎn)而進(jìn)行改動(dòng)的，從而在節(jié)能的基礎(chǔ)之上滿足出水要求。
在A2/O工藝運(yùn)行中經(jīng)常一些問(wèn)題，如：絲狀菌膨脹、污泥老化、SVI值過(guò)高、厭缺氧池表面出現(xiàn)黑色或者黃色浮泥、曝氣池表面出現(xiàn)白色泡沫或者粘稠的黃色泡沫、二沉池跑泥等等。出現(xiàn)這些問(wèn)題，除進(jìn)水指標(biāo)的波動(dòng)、設(shè)計(jì)缺陷外，其他均為工藝參數(shù)沒(méi)有控制好所導(dǎo)致的。關(guān)于工藝參數(shù)的控制，這個(gè)在書(shū)本上僅僅給出了一個(gè)參考值，比如：
DO：2-4mg/L污泥齡：10-15dC：N：P=100：5:1反硝化碳氮比：（4-6）:1碳磷比：20:1MLSS：3000-4000mg/L混合液回流比：200-300%污泥回流比：50-100%厭、缺氧池?cái)嚢韫β剩?-8W/m（我是根據(jù)水質(zhì)、池體類型進(jìn)行選型）HRT：6-8h（針對(duì)市政污水，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我，這個(gè)停留時(shí)間誰(shuí)用誰(shuí)哭）厭氧：缺氧：好氧停留時(shí)間：1:1:（3-4）（這也是誰(shuí)用誰(shuí)哭）
甚至有些半吊子設(shè)計(jì)人員根據(jù)這些工藝參數(shù)去設(shè)計(jì)工業(yè)廢水，對(duì)于這點(diǎn)，我真的很佩服設(shè)計(jì)人員的膽大、業(yè)主的摳門(mén)。
這些工藝參數(shù)只是參考，運(yùn)行參數(shù)需要針對(duì)自己的污水廠/污水站的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到良好的處理效果。所以，在運(yùn)行中各位污師需要針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，找到問(wèn)題的根本所在，而不是盲目的排泥、投加碳源、投加營(yíng)養(yǎng)、增加/減少曝氣等等。在自我分析問(wèn)題之后可以到污托邦社區(qū)或者污托邦群里面進(jìn)行討論，而不是出現(xiàn)問(wèn)題第一時(shí)間問(wèn)別人，每個(gè)人運(yùn)行的污水廠/污水站的情況都不一樣，別人給你的只會(huì)是他遇到過(guò)的情況，但不一定適用于你運(yùn)營(yíng)的污水廠，甚至有時(shí)候同樣一個(gè)現(xiàn)象，在不同污水廠發(fā)生的機(jī)理是完全相反的。
2、倒置A2/O工藝
與常規(guī)的A2/O工藝相比，倒置A2/O工藝（見(jiàn)圖7）從前往后以此為缺氧-厭氧-好氧，該工藝的設(shè)計(jì)初衷是為了降低污泥回流中硝態(tài)氮對(duì)厭氧釋磷的影響，特別是對(duì)于高氨氮廢水污泥回流中攜帶有大量的硝氮，抑制厭氧釋磷反應(yīng)。同時(shí)，為了解決碳源分配的問(wèn)題，采用兩點(diǎn)進(jìn)水的方式來(lái)提供厭氧釋磷中有機(jī)物的消耗。
該工藝由于硝態(tài)氮在前端的缺氧池中完全反硝化，消除了硝氮對(duì)厭氧釋磷的不利影響，從而保證厭氧釋磷的穩(wěn)定進(jìn)行，并且聚磷菌釋磷后直接進(jìn)入生化效率比較高的好氧環(huán)境，使其在厭氧條件下形成的吸磷動(dòng)力得到了更有效的利用。
有些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)倒置A2/O工藝時(shí)省去了混合液回流，通過(guò)增大二沉池的污泥回流來(lái)滿足反硝化需求。增大污泥回流雖然不改變二沉池的比表面積負(fù)荷率，但是在一定程度上降低了二沉池的沉淀時(shí)間，不建議采用。
厭氧釋磷的實(shí)際停留時(shí)間（含回流量）一般要求在0.5-2h，倒置A2/O雖然滿足了硝氮對(duì)厭氧釋磷的影響，但是需要增加厭氧池的池容，從而滿足厭氧釋磷實(shí)際停留時(shí)間的要求，增加了土建成本。同時(shí)多點(diǎn)進(jìn)水需要很好的進(jìn)行控制，以此來(lái)調(diào)整厭、缺氧池的碳源配比達(dá)到良好的脫氮除磷效果。
該工藝適合原水中TN含量比較高的廢水，只要缺氧池的容積設(shè)計(jì)的合理可以完全反硝化，從而為厭氧釋磷提供良好的厭氧環(huán)境。
3、A+A2/O工藝與JHB工藝
A+A2/O工藝（見(jiàn)圖8）與A2/O工藝相比，在厭氧池的前段增加了一個(gè)預(yù)脫硝池，主要是為了解決污泥回流中攜帶的硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的影響。該工藝與UCT工藝的目的是相同的。
在進(jìn)水TN含量較高的情況下，該工藝不太適用，因?yàn)槲勰嗷亓髦袛y帶有大量的硝氮，預(yù)脫硝池因設(shè)計(jì)停留時(shí)間過(guò)短（一般在0.5-0.8h）無(wú)法進(jìn)行完全的反硝化反應(yīng)，從而影響厭氧釋磷。
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