中小城镇污水处理厂生物脱氮除磷工艺选择浅析
2021-02-23 08:25:31
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中小城镇污水处理厂生物脱氮除磷工艺选择浅析
朱经理：13969693115
随着我国城乡经济的发展，人民生活水平的显著提高，我国农村城市化的速度大大加快，大量的中小城镇迅速兴起。然而，因绝大多数中小城镇没有排水和污水处理设施，水污染严重，已经影响到人民的生活和健康。又因中小城镇往往处于大城市的上游，势必影响大城市水污染治理的质量。因此，中小城镇的污水治理工作已经得到各地政府的重视，污水处理厂的建设纷纷成为重点建设项目被提上日程。
我国的中小城镇污水处理厂因规模与大城市大型污水处理厂差异较大，因此建设大型污水处理厂的经验只有借鉴的意义，所以探索适合中小城镇的经济实用的污水处理工艺，以最少的投资建设并以较低的费用运转污水处理厂，是所有给排水工作者所面临任务和挑战。
鉴于当前水体富营养化的加剧，国家环境保护总局于2002年底发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(以下简称《排放标准》)又对城镇污水处理厂的建设提出了更高、更严格的要求，所采用是水处理工艺在满足有机污染去除率达标的前提下，要同时兼具脱氮除磷的功能。综合亲身参与的十几个城镇污水处理厂的建设经验以及时刻对国内外多个城镇污水处理厂建设和运行的关注，现谨就中小城镇污水处理厂的生物脱氮除磷工艺浅析如下：
生物脱氮除磷机理、作用条件和工艺选择
生物脱氮除磷工艺一般都是除碳、脱氮和除磷三种流程的有机组合。除碳是利用细菌在有氧的条件下将有机物分解为二氧化碳和水的过程。在有充足的氧和生物量的条件下，除碳的过程可以很顺利的进行。《排放标准》中氮和磷的控制指标分为氨氮、总氮和总磷。总氮包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。
在实际的工程设计中，根据受纳水体的要求和其它一些实际情况，生物除磷脱氮工艺可以分成以下几个层次：
(1)去除有机物、氨氮，对总氮无要求：可以采用生物硝化工艺，采用延时曝气。
(2)去除有机物和总氮：因要去除总氮，应采用生物硝化和反硝化工艺，需要在好氧反应池前增设一个缺氧段，将好氧池中的硝酸盐混合液回流到缺氧段，保证在缺氧的条件下，将硝酸盐反硝化成氮气。
(3)去除有机物、氨氮、有机氮和总磷：应采用除磷的硝化工艺，在好氧反应地前增设一个厌氧段，在厌氧段内完成磷的释放，在好氧段内实现磷的超量吸收、有机物的氧化、有机氮及氨氮的硝化。
(4)去除有机物、总氮和总磷：应采用完全的生物除磷脱氮工艺，在好氧反应池前既要增设一个厌氧段又要增设一个缺氧段，以同时实现生物除磷脱氮。
中小城镇污水处理厂脱氮除磷工艺
中小城镇污水处理厂脱氮除磷工艺选择的主要影响因素包括：进水水质浓度和对出水水质的要求、工艺流程长短、占地面积、建设投资、能耗和运行管理等。当然，出水水质好、流程短、占地面积小、能耗低、投资少、运行管理简单的脱氮除磷工艺是工艺发展的总趋势，我们需要根据污水处理厂的实际情况，认真比选，最终选择出最符合实际的，最好的工艺。
由上述脱氮除磷机理分析，我们可以看出脱氮过程和除磷过程之间相互限制：脱氮完全，意味着因大量的结合态氧进入厌氧池使除磷所需的完全的厌氧环境受到破坏，除磷受限；磷的去除通过排放剩余污泥实现，SRT小，剩余污泥排放量多，在污泥含磷量一定的情况下，除磷量也就越多，而生物硝化工艺却需要较低的负荷，较长的泥龄，因此硝化受到影响，进而影响脱氮效果。
生物脱氮除磷工艺主要有A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟、SBR工艺、BIOLAK等从活性污泥法派生出来的工艺，均可实现除碳、脱氮和除磷三种流程的组合，都是比较实用的除磷脱氮工艺。
(1)SBR衍生工艺
SBR工艺因其操作灵活性，使之易于引入脱氮除磷过程，通过调整运行周期以及控制各工序时间的长短，来达到脱氮除磷的目的。然而，在实际应用中，常规SBR工艺往往因投资和占地面积等因素，限制其被采纳，但其衍生工艺因在具备SBR工艺优点的同时，又克服其缺点而将脱氮除磷的作用充分发挥出来而更具优势。
SBR衍生工艺有CAST工艺、ICEAS工艺、DAT-IAT工艺和UNITANK工艺等。ICEAS工艺和DAT-IAT工艺均采用连续进水方式，使进水的控制系统变得简单，但是因主反应区前面缺乏一个厌氧段，因此除磷的效果不够理想。DAT-IAT工艺的回流比比较大，运行费用偏高。因此，最适合小城镇污水处理厂的SBR工艺非CAST工艺莫属。
CAST工艺是在主反应区前设置预反应区，在预反应区内，从主反应区回流的污泥与进水混合，不仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而且加速对溶解性底物的去除也对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。预反应区还有效的抑制丝状菌的大量繁殖，克服污泥膨胀，提高系统稳定性。
CAST工艺具有出水水质好、抗冲击负荷适应性强、污泥活性好、投资和占地面积小、能耗低等优点。但CAST工艺的设备和容积利用率不高。
(2)氧化沟工艺
通过资料获悉，我国中小城镇污水处理厂建设应用奥贝尔氧化沟工艺最多。奥贝尔氧化沟拥有独特的三层沟渠结构，通过制沟渠内的溶解氧量，保持较大的溶解氧梯度，形成厌氧-缺氧-好氧的环境达到脱氮除磷的目的。在实际应用中，我所从事的公司中小城镇污水处理厂建设多采用改良型卡鲁赛尔氧化沟，即在卡鲁赛尔氧化沟的主体结构之前增设厌氧池和缺氧池，结合A2/O工艺和氧化沟优点，达到良好的出水水质。
卡鲁赛尔氧化沟中的曝气设备有采用表曝装置如倒伞曝气机，也有采用微孔曝气头，推流器或搅拌机推动水体流动的。具体采用哪种组合，需在实际应用中通过计算权衡才能确定。
(3)合建式BIOLAK工艺
BIOLAK工艺是一种具有除磷脱氮功能的采用天然土池作反应池而发展起来的污水处理系统。该工艺采用铺设有HDPE防渗膜的土池结构来避免地下水污染，采用悬挂曝气链曝气避免了穿孔安装曝气设备。合建式BIOLAK池前端的厌氧池和反应池中的波浪式曝气所形成的环境使污水中的氮和磷高效去除。
由于BIOLAK工艺采用土池而大大减少了建设投资，采用曝气链曝气系统强化了氧的转移效率，并减少运行费用，大大提高了处理效果，澄清池后稳定池内的二次曝气进一步保证了出水水质。BIOLAK工艺污泥回流量大，剩余污泥量少并且性质稳定，整个系统没有水下固定件，维修方便且概率小，因而在条件具备的地区，BIOLAK工艺应该是中小城镇污水处理厂最具优势的工艺。
结语
中小城镇污水处理厂脱氮除磷工艺的选择是一件很复杂的事情，每种处理工艺都各有优缺点，设计人员应根据进出水水质、污水厂的规模、当地的经济条件、气候情况、厂址情况、地质条件、电价等情况，因地制宜地选择处理工艺，努力选出投资少，运转费用低，运行管理简单，占地面积小的处理工艺，在难以平衡上述各因素的条件下，应根据当地条件，权衡各种因素比重，按权重大小排序，按最重要者对各种工艺进行比较，如果没有明显区别，按第二重量级因素进行比较，如此类推，直至选出最优者。
