【正文】 工業(yè)化流程。目前，常用的生物脫氮除磷工藝有A2/O法、SBR法、氧化溝法等。216。 生物脫氮原理生物脫氮是利用自然界氮的循環(huán)原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化成氨氮，而后在好氧條件下，由硝化菌左右變成硝酸鹽氮，這階段稱為好氧硝化。隨后在缺氧條件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮變成氮?dú)庖莩?，這階段稱為缺氧反硝化。整個(gè)生物脫氮過程就是氮的分解還原反應(yīng)，反應(yīng)能量從有機(jī)物中獲取。在硝化和反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素是溫度、溶解氧、PH值以及碳源，生物脫氮系統(tǒng)中，硝化菌增長速度較緩慢，所以，要有足夠的污泥泥齡。反硝化菌的生長主要是在缺氧條件下進(jìn)行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用順利進(jìn)行。由此可見，生物脫氮系統(tǒng)中硝化與反硝化反應(yīng)需要具備如下條件：硝化階段：足夠的的溶解氧，DO值在2mg/L以上，合適的溫度，最好在20℃，不能低于10℃，足夠長的污泥泥齡，合適的PH條件。反硝化階段：硝酸鹽的存在，充足碳源（能源），合適的PH條件。生物脫氮過程如圖5—1所示。N2NH3—NNH4+—N含氮有機(jī)物 異氧型細(xì)菌 硝化細(xì)菌 反硝化細(xì)菌+有機(jī)物 （氨化作用） （硝化作用） （反硝化作用）216。 生物除磷原理 磷常以磷酸鹽（H2POHPO42和H2PO43)、聚磷酸鹽和有機(jī)磷的形式存在于廢水中，生物除磷就是利用聚磷菌，在厭氧狀態(tài)釋放磷，在好氧狀態(tài)從外部攝取磷，并將其以聚合形態(tài)儲藏在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，達(dá)到從廢水中除磷的效果。生物除磷主要是通過排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少將對除磷效果產(chǎn)生影響，一般污泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥量較多，可以取得較高的除磷效果。有報(bào)道稱，當(dāng)泥齡為30d時(shí)，除磷率為40%，泥齡為17d時(shí)，除磷率為50%，而當(dāng)泥齡降至5d時(shí)，除磷率達(dá)到87%。大量的試驗(yàn)觀測資料已經(jīng)完全證實(shí)，再說橫無除磷工藝中，經(jīng)過厭氧釋放磷酸鹽的活性污泥，在好氧狀態(tài)下有很強(qiáng)的吸磷能力，也就是說，磷的厭氧釋放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厭氧釋放都能增強(qiáng)污泥的好氧吸磷，磷的厭氧釋放可以分為兩部分：有效釋放和無效釋放，有效釋放是指磷被釋放的同時(shí)，有機(jī)物被吸收到細(xì)胞內(nèi)，并在細(xì)胞內(nèi)儲存，即磷的釋放是有機(jī)物吸收轉(zhuǎn)化這一耗能過程的偶聯(lián)過程。無效釋放則不伴隨有機(jī)物的吸收和儲存，內(nèi)源損耗，PH變化，毒物作用引起的磷的釋放均屬無效釋放。在除磷系統(tǒng)的厭氧區(qū)中，含聚磷菌的會留污泥與污水混合后，在初始階段出現(xiàn)磷的有效釋放，隨著時(shí)間的延長，污水中的易降解有機(jī)物被耗完以后，雖然吸收和儲存有機(jī)物的過程基本上已經(jīng)停止，但微生物為了維持基礎(chǔ)生命活動，仍將不斷分解聚磷，并把分解產(chǎn)物（磷）釋放出來，雖然此時(shí)釋磷總量不斷提高，但單位釋磷量所產(chǎn)生吸磷能力隨無效釋放量的加大而降低。一般來說，污水污泥混合液經(jīng)過2小時(shí)厭氧后，磷的釋放已經(jīng)甚微，在有效釋放過程中，磷的釋放量與有機(jī)物的轉(zhuǎn)化量之間存在著良好的相關(guān)性，磷的厭氧釋放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厭氧釋放1mgP，~，厭氧時(shí)間加長，無效釋放逐漸增加，平均厭氧釋放1mgP，所產(chǎn)生的好氧吸磷能力降至1mgP以下。因此，生物除磷并非厭氧時(shí)間越長越好，同時(shí)在運(yùn)行管理中要盡量避免PH的沖擊，否則除磷能力將大幅度下降，甚至完全喪失，這主要是由于PH降低時(shí)，會導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能損壞，細(xì)胞內(nèi)聚磷在在酸性條件下被水解，從而導(dǎo)致磷的快速釋放。 污水生物脫氮除磷工藝類別所有生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個(gè)不同過程的膠體循環(huán)。按照構(gòu)筑物的組成形式、運(yùn)行性能以及運(yùn)行操作方式的不同，又分為懸浮型活性污泥法和固著型生物膜法兩大類，應(yīng)用于城市污水廠的懸浮型活性污泥法污水處理工藝主要有三個(gè)系列：（1）氧化溝系列；（2）A2/O系列；(3)序批式反應(yīng)器（SBR）系列。各個(gè)系列不斷地發(fā)展、改進(jìn)，形成了目前比較典型的工藝有：A/O工藝，改良A2/O工藝、UCT工藝、改良UCT工藝、CARROUSEL2000氧化溝工藝、雙溝式DE氧化溝工藝、三溝式T型氧化溝工藝、VIP工藝、倒置A2/O工藝、ORBAL氧化溝工藝、CAST工藝、SBR工藝、CASS工藝、MSBR工藝等。應(yīng)用于城市污水處理廠的固著型生物膜法工藝主要包括：（1）BAF生物濾池；（2）BIOFOR生物濾池。除了上面所提到的城市生活污水處理廠的三大系列污水處理工藝外，目前國外采用了一種全新的先進(jìn)工藝技術(shù)，深井曝氣的高效好氧處理法，處理工藝名稱稱作VT工藝，是加拿大諾曼公司在原有深井曝氣的基礎(chǔ)上研究改進(jìn)的一種全新的高效好氧活性污泥法水處理工藝。該工藝以其處理效果好、占地面積小、維修及與運(yùn)行費(fèi)用低以及環(huán)保等優(yōu)勢已經(jīng)在西方國家大量采用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 氧化溝工藝系列目前在國內(nèi)外較為流行的氧化溝有：卡羅塞爾氧化溝、奧伯爾氧化溝、雙溝式氧化溝、三溝式氧化溝。氧化溝是活性污泥法的一種改進(jìn)型，具有除磷脫氮功能，其曝氣池為封閉的溝渠，廢水和活性污泥的混合液在其中不斷的循環(huán)流動，因此氧化溝又名“連續(xù)循環(huán)曝氣法”。過去由于其曝氣裝置動力小，使池深及充氧能力收到限制，導(dǎo)致占地面積大，土建費(fèi)用高，使其推廣及運(yùn)用收到影響。近十年來由于曝氣裝置的不斷改進(jìn)、完善及池型的合理設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了氧化溝過去的缺點(diǎn)。216。 卡羅塞爾氧化溝 卡羅塞爾氧化溝是荷蘭DHV公司開發(fā)的。該工藝在曝氣渠道端部裝有低速表面曝氣機(jī)。在曝氣渠內(nèi)用隔板分格，構(gòu)成連續(xù)渠道。表曝機(jī)把水推向曝氣區(qū)，水流連續(xù)經(jīng)過幾個(gè)曝氣去后經(jīng)堰口排出。為了保證溝中流速，曝氣渠的幾何尺寸和表曝機(jī)的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，DHV公司往往要通過水力模型才能確定工程設(shè)計(jì)。最近DHV公司又開發(fā)了卡羅塞爾2000型，把厭氧/缺氧/好氧與氧化溝循環(huán)式曝氣渠巧妙的結(jié)合起來，改變了原調(diào)節(jié)性差，除磷脫氮效果低的缺點(diǎn)，但水力設(shè)計(jì)更為復(fù)雜?？斮悹栄趸瘻系娜秉c(diǎn)是池深較淺，占地面積大，土建費(fèi)用高。也有將卡魯賽爾氧化溝池深設(shè)計(jì)為6m或更深的情況，但需采用潛水推流器提供額外動力。216。 DE型氧化溝和T型氧化溝 雙溝式（DE型）氧化溝和三溝式（T型）氧化溝是丹麥克魯格公司開發(fā)的。DE型氧化溝為雙溝組成，氧化溝與二沉池分建，有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，DE型氧化溝可按除磷脫氮（或脫氮）等多種工藝進(jìn)行。雙溝式氧化溝是由兩個(gè)容積相同，交替進(jìn)行的曝氣溝組成。溝內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)刷和水下攪拌器，實(shí)現(xiàn)硝化過程，由于周期性的變換進(jìn)、出水方向（需啟閉進(jìn)出水堰門）和變換轉(zhuǎn)刷和水下攪拌器的運(yùn)行狀態(tài)，因此必需通過計(jì)算機(jī)控制操作，對自控要求較高。三溝式氧化溝集曝氣沉淀于一體，工藝更為簡單。三溝膠體進(jìn)水，兩外溝交替出水，兩外溝分別作為曝氣或沉淀交替運(yùn)行，不需設(shè)二沉池和回流污泥設(shè)備，同DE型氧化溝相同，需要的自動化程度高。由于這兩種氧化溝采用轉(zhuǎn)刷曝氣，池深較淺，占地面積大。雙溝式和三溝式由于各溝交替進(jìn)行，明顯的缺點(diǎn)是設(shè)備利用率低，三溝式的設(shè)備利用率只有58%，設(shè)備配置多，使一次性設(shè)備投資大。216。 奧伯爾氧化溝奧伯爾氧化溝是氧化溝類型中的重要形式，此法起初是由南非的修斯曼構(gòu)想，南非國家水研究所研究和發(fā)展的，該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給美國的Envirex公司后得到的不斷的改進(jìn)及推廣應(yīng)用。奧伯爾氧化溝是橢圓形的，通常有三條同心曝氣渠道（也有兩條或更多條渠道）。污水通過淹沒式進(jìn)水口從外溝進(jìn)入，順序流入下一條渠道，由內(nèi)溝道排出。奧伯爾氧化溝具有同時(shí)硝化、反硝化的特性，在氧化溝前面增加一座厭氧選擇池，便構(gòu)成了生物除磷脫氮系統(tǒng)。污水和回流污泥首先進(jìn)入?yún)捬踹x擇池，停留時(shí)間約1小時(shí)，在厭氧池中完成磷的釋放，并改善污泥的沉降性，然后混合液進(jìn)入氧化溝內(nèi)進(jìn)行硝化、反硝化，實(shí)現(xiàn)除磷脫氮。奧伯爾氧化溝的缺點(diǎn)是池深較淺，占地面積交大，因?yàn)槌匦螢闄E圓形，對土地的有效利用率較差。綜上所述，氧化溝具有池深淺，占地面積大的缺點(diǎn)；又因采用表面曝氣，具有充氧效率較低的缺點(diǎn)。 A2/O工藝系列216。 傳統(tǒng)A2/O工藝A2/O工藝是一種典型的除磷脫氮工藝，其生物反應(yīng)池由ANAEROBIC（厭氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段組成，其典型工藝流程見圖5—2，其特點(diǎn)是厭氧、缺氧和好氧三段功能明確，界限分明，可根據(jù)進(jìn)水條件和出水要求，人為地創(chuàng)造和控制三段的時(shí)空比例和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，只要碳源充足（TKN/COD≤≧4），便可根據(jù)需要達(dá)到表較高脫氮率。常規(guī)生物脫氮除磷工藝呈厭氧（A1）/缺氧(A2)/好氧(O)的布置型式。該布置在理論上基于這樣一種認(rèn)識，即：聚磷微生物有效釋磷水平的充分與否，對于提高系統(tǒng)的除磷能力具有極端重要的意義，厭氧區(qū)在前可以使聚磷微生物優(yōu)先獲得碳源并得以充分釋磷。常規(guī)A2/O工藝存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：（1）由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響；（2）由于缺氧區(qū)位于系統(tǒng)中部，反硝化在碳源分配上居于不利位置，因而影響了系統(tǒng)的脫氮效果；（3）由于存在內(nèi)循環(huán)，常規(guī)工藝系統(tǒng)所排放的剩余污泥中實(shí)際只有一少部分經(jīng)歷了完整的放磷、吸磷過程，其余則基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)，這對于系統(tǒng)除磷是不利的。二沉池厭氧池（A)好氧池（O）缺氧池（A）進(jìn)水 出水 混合液回流 活性污泥回流 圖5—2 A2/O工藝流程圖216。 改良A2/O工藝為了解決A2/O工藝的第一個(gè)缺點(diǎn)，即由于厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響，改良A2/O工藝在厭氧池之前增設(shè)缺氧調(diào)節(jié)池，改良A2/O工藝流程如流程圖5—3所示，來自二沉池的回流污泥和10%左右的進(jìn)水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，停留時(shí)間為20~30min，微生物利用約10%進(jìn)水中有機(jī)物去除回流硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池的穩(wěn)定性，保證除磷效果。該工藝簡便易行，在厭氧池中分出一格作為回流污泥反硝化池即可。生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝的處理效果與改良的UCT相同甚至優(yōu)于改良UCT，并節(jié)省一個(gè)回流系統(tǒng)。改良A2/O工藝在深圳華為污水處理廠及山東泰安城市污水處理工程中已經(jīng)有成功應(yīng)用。 90% 混合液回流出水二沉池好氧池缺氧池厭氧池10%調(diào)節(jié)池進(jìn)水 活性污泥回流 圖5—3 改良A2/O工藝流程圖216。 UCT工藝 UCT工藝的流程見圖5—4所示，該工藝與A2/O工藝的區(qū)別在于，回流污泥首先進(jìn)入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回流至厭氧段。通過這樣的修正，可以避免因回流污泥中的NO3N回流至厭氧段，干擾磷的厭氧釋放，而降低磷的去除率?；亓魑勰鄮Щ氐腘O3N將在缺氧段中被反硝化。當(dāng)入流污水的BOD5/TKN或BOD5/TP較低時(shí)，較適用UCT工藝。 混合液回流 混合液回流 二沉池厭氧池（A)缺氧池（A）進(jìn)水 出水 活性污泥回流 圖5—4 UCT工藝流程圖216。 MUCT工藝MUCT工藝的流程如圖5—5所示。該工藝是在UCT工藝的基礎(chǔ)上，將缺氧段一分為二，形成兩套獨(dú)立的內(nèi)回流。因而，MUCT是UCT的改良工藝。進(jìn)行這樣的改良，與UCT相比有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是克服UCT工藝中不易控制缺氧段的停留時(shí)間，二是避免控制不當(dāng)，DO仍會影響厭氧區(qū)。MUCT工藝缺點(diǎn)主要有：（1） MUCT工藝比傳統(tǒng)A2/O工藝多了一級污泥回流，因此系統(tǒng)的復(fù)雜程度和自控要求有所提高，耗能有所增加。（2） 設(shè)兩個(gè)單獨(dú)的缺氧池，一座缺氧池專門用于去除外回流帶來的硝酸鹽，增加了缺氧池體積。（3） 與A2/O工藝類似，剩余污泥只有一部分經(jīng)歷了完整的放磷、吸磷過程，部分直接經(jīng)缺氧、好氧后沉淀。（4） 與A2/O工藝類似，反硝化在碳源分配上處于不利地位，影響系統(tǒng)的脫氮效果。 混合液回流 混合液回流缺氧池1厭氧池出水二沉池好氧池缺氧池2進(jìn)水 活性污泥回流 圖5—5 MUCT工藝流程圖216。 倒置A2/O工藝為了克服上述各個(gè)工藝流程的幾大缺點(diǎn)，產(chǎn)生了倒置A2/O工藝，工藝流程見圖5—6。為避免傳統(tǒng)A2/O工藝回流硝酸鹽對厭氧池放磷的影響，通過吸收改良A2/O工藝優(yōu)點(diǎn)，將缺氧池置于厭氧池前面，來自二沉池的回流污泥和30~50%的進(jìn)水，50~150%的混合液回流均進(jìn)入缺氧段，停留時(shí)間為1~3h?；亓魑勰嗪突旌弦涸谌毖醭貎?nèi)進(jìn)行反硝化，去除硝態(tài)氮，再進(jìn)入?yún)捬醵?，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強(qiáng)化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥濃度較好氧段高出50%