基于污水的脱氮除磷处理工艺比较

基于污水的脱氮除磷处理工艺比较

石松义

身份证号码：45270219860807xxxx

摘要：近年来水体富营养化问题越来越严重，成为普世难题。在不断发展污水处理技术中，生物处理技术一直是研究的热点。本文重点介绍污水中氮磷的来源和危害，生物脱氮除磷技术的机理，相关工艺及技术趋势，分析其优缺点，并针对相关污水脱氮除磷的探析。

关键词：污水；脱氮除磷；工艺

1前言

在氮磷污染物的控制中，目前国内外主要采用生物脱氮除磷技术，研究的热点集中在如何改进传统的硝化反硝化工艺。但在环境中存在有机物时，自养型硝化细菌对氧和营养物质的竞争能力劣于异养型微生物，其生长速度很容易被异养型微生物超过，并因此而难以在硝化中发挥应有的作用；要使反硝化反应顺利进行，则必须为反硝化细菌提供合适的电子供体。最近发现，氨可直接作为电子供体进行反硝化反应，即所谓的厌氧氨氧化。

2脱氮除磷工艺选择

污水处理的目标决定了所选择的工艺，当处理目标是去除氨氮（只要硝化）总氮（需要硝化和反硝化）及同时除磷脱氮时，工艺选择和运行方式也是不同的。当出水仅对氨氮浓度有要求而对总氮无要求时，采用合并硝化或单独硝化即低负荷的传统活性污泥法就可以满足出水要求，但仍可以采用前置单一缺氧段的单级活性污泥脱氮（A/0）工艺。这样前置的反硝化过程可以消耗部分可快速降解的含碳有机物，减少碳氧化所需氧量，降低能耗；反硝化产生的碱度对处理酸性废水是很有利的，而且硝酸盐氮浓度的降低可以避免其在二沉池发生反硝化产生氮气泡而影响沉淀效果。

3污水脱氮技术

3.1物理化学法

3.1.1吹脱法

在碱性条件下，利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离的一种方法。污水中的氨氮是以氨离子（NH4＋）和游离氨（NH3）两种形式保持平衡状态而存在：

NH3+H2O→NH4＋+OH-

将pH值保持在11.5左右（投加一定量的碱），让污水流过吹脱塔，使NH3逸出，以达脱氮目的。

3.1.2化学氧化法

利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法。

NH4＋+HOC1→NH2C1+H＋+H2O

2NH2C1+HOC1→N2+3C1-+H20+3H＋

3.2生物法

3.2.1生物脱氮的基本原理

脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。第一，氨化，废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；第二，硝化，废水中的氨氮在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下被转化为NO2－和NO3－的过程；第三，反硝化，废水中的NO2－和NO3－在缺氧条件下在反硝化菌（兼性异养型细菌）的作用下被还原为N2的过程。

3.2.2硝化反应

硝化反应过程与方程式

第一，亚硝化反应：NH4＋+1.5O2→NO2-+H2O+2H＋

第二，硝化反应：NO2-+0.5O2→NO3-

第三，总的硝化反应：NH4＋+2O2→NO3-+H2O+2H＋

如果不考虑合成，则：氧化1mg的NH4＋-N为NO3--N，需氧4.57mg，需消耗碱度7.14mg（以CaC03计）。

3.2.3反硝化

反硝化反应过程与方程式（以甲醇为电子供体）：

第一步：3NO3+CH3OH→3NO2+2H2O+CO2↑

第二步：2H＋+2NO2-+CH3OH→N2↑+3H2O+CO2↑

总反应：6H＋+6NO3+5CH3OH→3N2↑+13H2O+5CO2↑

3.2.4生物脱氮的工艺流程

（1）传统脱氮工艺

第一级曝气池的功能：碳化—去除BOD5、COD；氨化—使有机氮转化为氨氮。第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。

该工艺流程的优点是有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌分别在各自的反应池内生长繁殖，并且有各自的沉淀池和回流设施，氨化、硝化、反硝化分别在各自的反应池中进行，反应速率较快且较彻底；但缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。

图1活性污泥法传统脱氮工艺

（2）两级活性污泥法脱氮工艺（如图2所示）

图2两级活性污泥法脱氮系统

将前两级BOD去除和硝化两道反应过程合在同一反应器内进行，第一级池去除BOD，将有机氮转化为NH3、NH4＋，同时使NH3、NH4＋进一步氧化成NO×--N。第二级池在缺氧条件下，将NO×--N还原为氮气，并逸出大气，应采取缺氧的运行方式。碳源，既可投加CH3OH（甲醇）作为外加碳源，亦可引入原废水作为碳源。该工艺优点反应速率大，而且比较彻底。缺点是处理设施多，占地面积大，造价高，管理不够方便，因此在实践中采用比较少。

4污水除磷技术

4.1化学法除磷

在二级生化处理中，能将聚磷酸盐和有机磷转化成正磷酸盐，然后在废水中加入药剂与磷酸根进行反应生成沉淀去除，同时生成的絮凝体对磷也有吸附去除的作用。现在常用的化学试剂为含铁离子、含钙离子或含铝离子等金属化合物。采用石灰作为除磷的絮凝剂已在国内外被广泛采用。据研究，当pH值为11.5时，石灰法的除磷效率较高，磷的去除率可达99%。缺点是药剂费导致系统运行费用偏高，同是易在池子、管道和其他设备上结垢，大量沉渣污泥需处理，费用较高。

4.2生物法除磷

4.2.1生物法除磷的机理

生物法除磷的核心是聚磷菌的超量吸磷现象：在厌氧条件下，聚磷菌将其体内的有机磷转化为无机磷并加以释放，并利用此过程产生的能量摄取废水中的溶解性有机基质以合成聚-β-羟基丁酸盐（PHB）颗粒；在好氧条件下，聚磷菌将PHB降解以提供摄磷所需能量，从而完成聚磷过程。可见，生物除磷是系统中污泥在厌氧-好氧交替运行的条件下通过磷的释放和对磷的摄取，最终通过剩余污泥的排放而完成的。

4.2.2生物除磷工艺

生物法除磷具有运行成本低，污泥量少等优点，现已逐渐在废水的除磷工艺中得到广泛应用。根据生物除磷的机理，其处理工艺需包括厌氧释磷和好氧摄磷两基本组成部分。

5结论

现代的污水处理技术以控制富营养化为目的，成为了世界各国主要的奋斗目标。我国在相关方面的研究起步晚技术水平相对落后，厌氧氨氧化的技术出现，短程硝化与厌氧氨氧化技术的联用，反硝化除磷技术的运用都使污水处理朝着高效、低能耗、经济效益良好的方向发展。