深度脱氮除磷工艺在污水处理中的应用研究及其优化策略

深度脱氮除磷工艺在污水处理中的应用研究及其优化策略

林友

江门市新会仁科环保有限公司

摘要：随着全球城市化进程的加速和工业化程度的提高，污水处理成为环境保护领域的重要议题。特别是水体富营养化问题，由于氮、磷等营养物质的过量排放，导致水质恶化，生态系统受损。因此，深度脱氮除磷工艺在污水处理中的应用显得尤为重要。本文首先概述了深度脱氮除磷的背景与意义，随后详细探讨了多种深度脱氮除磷工艺的应用现状，包括传统工艺与新型工艺的比较分析。在此基础上，本文深入研究了深度脱氮除磷工艺的优化策略，包括微环境调控、碳源管理、污泥减量技术、微生物强化以及与其他深度处理技术的结合应用。最后，本文总结了当前研究的成果与不足，并对未来进行了展望。

关键词：深度脱氮除磷；污水处理；工艺优化；微环境调控；碳源管理

一、引言

（一）研究背景

随着经济的快速发展和人口的不断增长，水资源短缺和水污染问题日益严峻。其中，水体富营养化作为水污染的主要表现形式之一，严重威胁着水生态系统的健康和人类社会的可持续发展。氮、磷等营养物质是引起水体富营养化的主要因素，它们主要来源于农业面源污染、城市生活污水和工业废水等。因此，如何有效去除污水中的氮、磷等营养物质，成为污水处理领域亟待解决的问题。

（二）研究意义

深度脱氮除磷工艺作为提升污水处理效果的关键技术，对于改善水质、保护水环境具有重要意义。首先，通过深度脱氮除磷处理，可以显著降低污水中的氮、磷浓度，减少水体富营养化的风险。其次，深度脱氮除磷工艺的应用可以提高污水处理厂的出水水质，满足更严格的环保标准和用水需求。最后，深度脱氮除磷工艺的研究和优化有助于推动污水处理技术的创新和发展，为水资源的可持续利用提供有力支撑。

二、深度脱氮除磷工艺的应用现状

（一）传统工艺及其改进

1.A2/O工艺及其改进

A2/O工艺通过厌氧、缺氧和好氧三个阶段的生物反应实现氮、磷的去除。该工艺具有流程简单、操作方便、污泥沉降性能好等优点。然而，A2/O工艺在实际应用中仍存在一些问题，如内回流比大、能耗高、除磷效果受碳源限制等。为了克服这些问题，研究者们对A2/O工艺进行了多种改进。例如，通过优化曝气方式、调整污泥回流比和混合液回流比等措施，提高系统的脱氮除磷效率；通过引入缺氧搅拌器或增设后置反硝化池等方式，解决碳源不足的问题。

2.倒置A2/O工艺

倒置A2/O工艺是一种对传统A2/O污水处理工艺的创新性改进，其核心在于将原有的厌氧池与缺氧池在工艺流程中的位置进行互换。该工艺通过改变水流方向和微生物群落结构，提高了系统的除磷效果。倒置A2/O工艺具有除磷效率高、污泥产量少等优点，但同时也存在脱氮效率下降的风险。因此，在实际应用中需要根据水质特点和处理要求选择合适的工艺参数。

（二）新型工艺

1.序批式反应器(SBR)

SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺是一种集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体的间歇式活性污泥法。SBR工艺通过时间上的交替实现空间的转换，具有流程简单、占地面积小、耐冲击负荷能力强等优点。在深度脱氮除磷方面，SBR工艺可以通过调整运行周期和曝气时间等参数，优化脱氮除磷效果。此外，SBR工艺还可以与其他深度处理技术相结合，进一步提高出水水质。

2.氧化沟

氧化沟是一种连续进出水、混合推流式活性污泥法。氧化沟工艺具有低负荷、耐冲击、出水水质好等优点，在污水处理领域得到了广泛应用。在深度脱氮除磷方面，氧化沟工艺可以通过优化沟型结构、调整曝气方式和污泥回流比等措施，提高系统的脱氮除磷效率。此外，氧化沟工艺还可以与生物膜技术相结合，形成复合式氧化沟工艺，进一步提高处理效果。

3.膜生物反应器(MBR)

MBR工艺是一种将膜分离技术与生物处理技术相结合的新型污水处理工艺。MBR工艺通过膜组件的高效截留作用，实现了污泥与出水的彻底分离，提高了出水水质。在深度脱氮除磷方面，MBR工艺可以通过延长污泥停留时间、提高生物量浓度等方式，增强系统的脱氮除磷能力。同时，MBR工艺还可以实现污泥的减量化和资源化利用。

三、深度脱氮除磷工艺的优化策略

（一）微环境调控

微环境调控是优化深度脱氮除磷工艺的重要手段之一。在生物处理系统中，不同微生物对环境的适应性不同，通过精确控制各功能区的溶解氧（DO）、pH值、温度以及混合液回流比等参数，可以优化微生物的生长环境，从而提高脱氮除磷效率。例如，在缺氧区保持较低的DO浓度以促进反硝化反应，而在好氧区则保持较高的DO浓度以促进硝化反应。此外，通过调节pH值可以影响微生物的代谢途径和酶活性，进而影响脱氮除磷效果。温度作为微生物生长的重要影响因素，也需根据具体工艺和微生物特性进行合理控制。

（二）碳源管理

碳源是生物脱氮除磷过程中的关键因素之一。对于低C/N比（碳氮比）的污水，碳源不足会限制反硝化反应的进行，从而影响脱氮效果。因此，合理管理碳源是提高脱氮效率的重要途径。一方面，可以通过优化进水水质，提高污水的C/N比；另一方面，可以通过外加碳源的方式补充反硝化所需的碳源。常见的外加碳源具有易生物降解、反应速度快等优点。然而，外加碳源会增加处理成本，因此在实际应用中需要综合考虑经济性和处理效果。

（三）污泥减量技术

污泥减量是污水处理领域的重要研究方向之一。传统活性污泥法在处理污水的同时会产生大量剩余污泥，这些污泥的处理和处置成本高昂且易造成二次污染。因此，研发污泥减量技术对于提升污水处理厂的运营效能与经济收益具有至关重要的意义。在深度脱氮除磷工艺中，可以通过优化污泥回流比、延长污泥停留时间、引入解偶联代谢等策略实现污泥减量。此外，还可以利用微生物捕食、溶胞-隐生生长等生物过程进一步减少污泥产量。

（四）微生物强化

微生物强化是通过向污水处理系统中投加具有特定功能的微生物菌种或菌群，以提高系统处理能力和稳定性的技术。在深度脱氮除磷工艺中，可以投加高效脱氮菌、聚磷菌等微生物菌种，以增强系统的脱氮除磷能力。微生物强化技术具有针对性强、效果显著等优点，但需要注意菌种的选择和投加量的控制，以避免对系统造成不利影响。

（五）与其他深度处理技术的结合应用

为了提高出水水质，满足更严格的环保标准，深度脱氮除磷工艺往往需要与其他深度处理技术相结合。例如，可以将深度脱氮除磷工艺与混凝沉淀、吸附、膜分离等技术相结合，进一步清除污水中的悬浮颗粒物、胶体物质、溶解性有机污染物以及重金属等有害物质。此外，还可以利用人工湿地、生态浮岛等生态处理技术对出水进行深度净化，提高水体的自净能力和生态恢复能力。

四、结论

深度脱氮除磷工艺在污水处理中具有重要的应用价值。通过合理选择和优化工艺参数、加强微环境调控、合理管理碳源、实施污泥减量技术、进行微生物强化以及与其他深度处理技术相结合等措施，可以显著提高污水处理厂的脱氮除磷效率和水质达标率。未来，随着技术的不断进步和环保标准的提高，深度脱氮除磷工艺将在污水处理领域发挥更加重要的作用。

参考文献:

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