探析低碳源污水的脱氮除磷技术研究进展

孟伟高

（湖南首创投资有限责任公司，湖南 长沙 410000）

在对污水进行处理以达标排放的过程中，由于源水中氮和磷的含量相比于出水标准非常高，因此，在工艺中需要考虑相应的脱氮除磷处理。其中对于除磷排泥以及反硝化工艺的常规工艺，都需要考虑对碳源的应用。为了满足排放标准中氨氮、总氮、总磷相关指标要求，低碳源污水往往需要增加一些额外的碳源，需要投入更多的成本，所以，相对于碳源充足的污水，往往会增加很多额外的污水处理成本。我国南方许多的生活污水，尤其是南方的乡镇污水有许多是十分典型的低碳源污水，其中针对这类污水采用的脱氮除磷技术研究，成为当前对热门的焦点，如外加碳源以及取消化粪池的研究等，都对污水处理的节能降耗、低成本运行产生了重要的帮助作用。

1 低碳源污水当中的脱氮除磷技术

1.1 外加碳源技术

针对有机物浓度比较低的生活污水，可利用外来碳源对污水中的碳源进行补充的方式对其进行处理，但是碳源与药剂量的提升，在某种程度上会增加处理的负荷并提高污水处理厂的运营成本。所以，对于该项方式的应用，并不能符合应用低化学用品的需求，也没有实现降耗节能的效果，经济成本的提升非常多[1]。因此，在对外加碳源进行选择的过程中，一定要尽量挑选溶解性强以及容易被菌胶团吸收利用的有机物，并对碳源的价格给予控制，选择简单易得、价格低廉的碳源。通常情况下，溶解性有机碳的形式一般为葡萄糖以及乙酸、乙酸钠溶液等液态，这些可以被轻易降解的有机物，非常容易在处理的过程中被菌胶团吸收利用。所以，可以有效提高反硝化过程，提高总氮去除率。但是，因为甲醇有着很强的毒性，葡萄糖和甲醇、乙醇等价格很高，所以，有些污水处理厂在对污水进行处理的过程中，所应用的乙酸废液为化工生产的，产生的效果理想。

但是，在应用的过程中需要注意的是，在处理污水过程中对于外碳源进行投加的形式，尽管能够取得理想的效果，使生物脱氮除磷的效果有所强化，但是也会受到各种限制，如甲醇等碳源有着很大的生物毒性，如带来水体pH变化影响出水水质，并且在运输、存储、投加的过程中会产生许多困难等。此外，由于碳源投加量较大、单价又较高，因此，对于该项方式的应用，还会大大提高药剂费用，大幅提高总体生产成本，所以一般不会选择投加补充碳源。

1.2 进水方式的优化

很多碳源在好氧段，依然利用以往的进水形式，这样的方式会导致碳源成为二氧化碳，以至于在缺氧反硝化阶段产生了没有碳源可以应用的情况。通常情况下，将进水的方式进行优化，为把原来污水当中含有的一些有机碳在反硝化的过程中进行应用，这样可将脱氮的效果进行提升，其中应用的主要方式为：其一为分段进行进水；其二为周期性对进水的方向进行改变[2]。其中，优化进行的形式为借助后置缺氧UCT分段进行进水的工艺，以便氮磷去除的效率能够有所稳定，大概在75%左右。对于周期性的改变进水方向，只需要串联两个相同的反应器，之后将其作为定期进水的反应装置，便能够对每个反应器的周期性功能进行改变。

前置反硝化也能够最大限度地利用源水中的碳源参与反硝化过程，减少外加碳源投加量。

1.3 取消化粪池

化粪池的结构图如图1所示。化粪池在逐步应用和发展的过程中，逐步体现出了弊端和问题，其中主要的问题包括：其一，通常没有良好的运营管理，如只有在发生堵塞问题之后才对其进行处理，对四周的环境造成了非常大的影响；其二，化粪池内部的装置，会占用土地面积，对一些管线的布置产生了影响；其三，化粪池会将一部分有机物进行分解，将之前污水当中的有机碳源进行了降低，这样便对污水厂的脱氮除磷产生了一定的影响。所以，对于统一纳管进入污水处理厂的生活污水，建议取消化粪池，可最大限度保留污水中可利用的有机碳源，以便将脱氮除磷的效果进行提高。

图1 化粪池的结构图

1.4 磷回收

在污水中，对于磷的回收，可使磷变废为宝。通常情况下，对于磷的回收应用的工艺为抽取工艺当中的厌氧池上清液，利用结晶、化学沉淀以及离子交换等相关技术，将清液当中的磷进行分离，剩下的上清液，便可将其回流到处理构筑物当中[3]。这样，不但可以减少污水当中的磷负荷，还能将磷元素应用在生产化肥当中。

2 新技术的应用

2.1 厌氧氨氧化技术

在厌氧的环境当中，氨氮和亚硝酸氮，属于电子接受体直接被氧化到氮气的一种过程。厌氧氨氧化菌属于自养菌，并不需要对氧气进行供应，也不需要有机碳源。二氧化碳便可为其提供相应的无机碳源；厌氧氨氧化菌的生长比较缓慢，没有较高的差率，产生的剩余污泥量也比较少[4]。但是，厌氧氨氧化菌培养的时间会比较长，系统的启动会比较慢，需要在比较高的温度中工作，如30～43 ℃的温度，这些也是该项技术的应用缺陷，正是因为有了这些缺陷，才影响了该项技术的进一步发展。

李亚峰等学者，针对碳源对厌氧氨氧化脱氮性能的影响进行了研究，开展了一系列的实验，其中发现，无机碳源对其产生的影响主要是对碳源的提供以及调节反应器pH的具体应用。浓度比较高的COD会对厌氧氨氧化反应产生一定的抑制作用。吴鲜梅学者在一定的环境下，具体实验条件如表1所示，对厌氧氨氧气化污泥进行了接种，成功启动了厌氧膨胀颗粒污泥。

表1 实验环境

2.2 SHARON技术

SHARON技术（Single reactor High activity Ammonia Romoval Over Nitrite）是指短程硝化反硝化过程。一般的反硝化过程，需先将氨氮氧化为亚硝氮，进一步氧化使其成为硝酸氮，再之后在反硝化菌的作用下开展反硝化过程，最终实现了脱氮。SHARON技术中，在同一个反应器内，先在有氧条件下利用亚硝化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐直接反硝化，生成氮气，实现脱氮过程。SHARON技术应用的是温度相对较高（30～40 ℃），这项工艺与厌氧氨氧技术之间的结合，非常适合对高浓度氨氮以及高温废水的处理，如污泥消化液。钟琼等学者，在进水pH值等于7.6、氨氮浓度在750 mg/L的环境下，对SHARON进行了成功启动，并与厌氧氨氧化工艺进行了匹配，并且反应运行非常稳定[5]。

2.3 CANON工艺

CANON工艺为生物膜当中的亚硝酸菌，在好氧的情况下，使氨氧化成为亚硝酸盐。厌氧氨氧化菌处于厌氧的环境下时，可以把氨以及亚硝酸盐进行转化，使其成为氮气。应用亚硝酸细菌以及厌氨氧化菌共同产生的作用，可将氨氧化成氮气。对于该项工艺的应用，同样不需要大量有机碳源，可以在完全无机的环境中实施，这样可有效节省了外碳源，以及2/3的供气量。刘涛等相关学者在对生物膜内自养脱氮工艺进行研究的过程中，在常温低氮氨基质环境下，探究分析了宏观运行效能，并深入分析了微观生物系统。利用对曝气量进行的调节，借助水利停留的时间，可使该项工艺在各个进水氨氮浓度下稳定的运行。

3 展望

对于低碳源污水脱氮除磷技术的探究，相关的学者以及水处理专家对其给予了高度的重视，使得污水排放符合标准，对水体起到了一定的保护作用。尤其是当前对于绿色环保理念的深入应用，大力倡导低碳能耗，所以，需要对污水处理厂的不合理之处相应的改进，其中，对于厌氧氨氧化技术、SHARON技术、CANON工艺的应用起到了良好的处理效果，是未来需要重点应用和发展的新技术。但是，无论对哪种技术进行应用，都需要对低碳源污水脱氮除磷技术进行强化应用，对相关的工艺进行把控，以便将这些新工艺的加之作用进行有效发挥。

4 结语

总之，随着国家大力推进城镇发展，城市和乡镇人口增加，生活用水量随之增加，污水集中排放量也有所增加，其中低碳源污水便是污水的重要构成部分，需要对其强化实施相应的脱磷除氮处理。其中，各个专家学者，为了处理效果进行提升，降低处理的成本，保障污水的排放达标，对新技术进行了深入的研究，使得污水处理工艺原理和设计水平都有所提高，最终污水处理效果有了明显的提升，并符合绿色环保的发展特点，对环境进行了保护。