城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺的选择分析

摘 要 随着我国工业化建设脚步的加快，城市污染越来越严重，水污染就是其中最典型的问题之一，因此，如何通过有效的方法处理污水是保障城市居民健康生活与稳健发展的关键。本文介绍了生物脱氮除磷工艺技术，详细描述了污水产生的原因以及危害。然后分析了污水处理的关键，对生物脱氮除磷工艺处理污水的原理和过程进行详细阐述，对当下应用最广泛的三种生物脱氮除磷工艺的优劣势进行分析与比较，最后从经济成本和处理效率的角度，选择了MUTC工艺来对城市污水进行处理，具有一定的参考价值和现实意义。

关键词 污水处理;脱氮技术;除磷技术;脱氮除磷工艺

随着我国经济建设速度突飞猛进，社会工业的发展得到了推动，但是也产生了一些问题。近几年来，工业的发展引起的城市污水，严重影响了城市居民的健康生活，因为氮磷元素是很多生物的重要营养元素，也是导致水体呈现富营养化的关键性元素，从而引起水体生物大量死亡。因此，解决水污染的问题需要从源头，也即是处理氮磷等元素入手。

1生物脱氮除磷工艺简介

生物脱氮除磷工艺分别采用了生物除氮与生物除磷的技术工艺来脱离出氮和磷元素。生物除氮是在不同的条件下对氮氧化物进行氮元素的处理，也即是通过释放氮气的形式使得氮元素脱离。当水体中的氮元素与硝化菌作用时，会生成含氮的硝酸盐，然后与反硝化菌作用，生成氮气释放出来[1]。生物除磷是根据细菌的特点来对氮元素进行处理，也即是生成沉淀物使得磷元素得到处理。当水体中的含磷菌类生物厌氧时，就能从污水中提取出磷元素，形成含磷的沉淀物而使得磷元素脱离。

2生物脱氮的过程与原理

生物脱氮的过程根据理论来看包括氨化阶段、硝化阶段和反硝化阶段。首先，氨化阶段是通过好氧或厌氧生物将污水中含有氮元素的物质进行氧化，然后将氧化物进行分解，生成氨氮。然后是硝化阶段，通过硝化菌的作用将前一个阶段的产物氨氮转化成相应的含氮的硝化物NO2–和NO3–，这个过程被称为硝化反应。最后是反硝化阶段，通过反硝化菌的作用将前一个阶段的硝化物NO2–和NO3–进行还原反应生成N2，这个过程被称为反硝化反应。生物脱氮的技术工艺包括一般性脱氮工艺、好氧与缺氧除污泥脱氮工艺、活性除污泥法脱氮工艺与氧化法脱氮工艺。

2.1 硝化反应的步骤

硝化反应包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤：在亚硝酸盐细菌的参与下发生的反应是亚硝化反应;在硝酸盐细菌的参与下发生的反应是硝化反应。因为硝化细菌会受到环境的影响，因此，这两种反应对环境的要求都非常高[2]。对环境的具体要求如下：

（1）好氧环境（DO≥1mg/l），水质环境要呈现碱性，其pH要维持在8.0-8.4;

（2）硝化反应的温度维持在20℃至30℃，因为该反应的速度会受温度影响，当温度低于15℃时会降低硝化反应的速度，当低于5℃时会使得反应完全停止;

（3）水质中的有机物的浓度大小要合适;

（4）维持参与反应的硝化菌停留在反应器中的时间超过3天，一般而言是3-10天。

2.2 反硝化反应的步骤

在反硝化细菌的参与下，NO2?和NO3?可以通过同化硝化反应和异化硝化反应来进行脱氮。通过同化硝化反应后的氮元素在有机氮化物中，也是细菌的组成成分之一;通过异化硝化反应后的氮元素在有机氮气中，反硝化反应对环境的具体要求如下：

（1）对碳源的要求：污水中要有足够量的碳元素，只有碳氮比例超过3∶5时，碳源才足夠参加反应，当碳源的量不够时，要进行外加碳源，一般而言，外加碳源是加入甲醇。

（2）水质的酸碱度：总体的pH要维持在6.5～7.5之间，不能超过8，也不能低于6，否则影响反硝化的反应效果。

（3）对氧浓度的要求：当环境缺氧时，反硝化细菌就会发生硝化作用，所以，溶解氧应控制在0.5mg/l以下;

（4）对环境温度：保持在20℃至40℃，环境温度不能低于15℃，否则会降低反硝化反应的速度。

3生物除磷的基本原理

生物除磷的核心是通过聚磷菌对磷元素进行吸收，其基本原理是：在厌氧的情况下，聚磷菌通过有机磷向无机磷的转化而释放出磷元素，然后在污水中与有机质发生反应，从而生成PHB颗粒。然后再通过好氧的环境，使得聚磷菌将生成的颗粒PHB进行分解从而获得能量来提取磷元素，然后将磷元素聚集起来[3]。由此可以看出，生物除磷的整个过程是通过在厌氧与好氧的两种环境中进行磷的释放与提取，最后排放污泥以完成整个生物除磷的过程。

生物除磷工艺的处理成本较低而在除磷工艺中得到了广泛的运用。根据上面生物除磷的基本原理我们可以将除磷的过程分为厌氧过程和好氧过程对磷元素进行处理[4]。另外，在生物脱氮的过程中，也有A/O技术工艺的运用，只是与生物除磷有所不同。生物脱氮的过程在A阶段的时候是缺氧的状态，而在生物除磷的过程中在A阶段的时候是厌氧的状态。生物脱氮过程在O阶段的时候要足量，使得硝化氮能够完全反应;生物除磷的过程中在O阶段时间要短，才能尽可能地排除掉多余的污泥，从而除掉磷。

4工艺方案的分析与比较

4.1 A?/O工艺

A?/O工艺是当下最常用的用于生物脱氮除磷的方法，而污泥的处理是生物除磷最关键的一环。在厌氧池中，常常会出现污泥回流的现象，使得污泥从沉淀池回流到厌氧池中，这期间会伴有NOx–的渗入。如果污泥回流多，则渗入的NOx–就多，就会造成聚磷菌释放磷的过程被抑制，加大了生物除磷的难度;但如果污泥回流少，相应的聚磷菌就会减少，也会影响到除磷的能力[5]。所以，在整个A?/O工艺中，关键是控制好污泥的回流量，我国在这方面一般是使得污泥回流量在进入量的0.5至1倍之间。

4.2 UTC工艺

UTC工艺原理是将沉淀池中的污泥回流至缺氧区。当污泥回流至缺氧区时，加入一定比例的COD与TKN进行反硝化的作用，使得厌氧区回流。但是，COD与TKN的比例不能过小，否则脱氮不能完全实现，会使得未参与反应与反应不完全的硝酸盐进入到厌氧区。为了解决这个问题，需要对UTC工艺继续改进。

4.3 MUTC工艺

对UTC工艺进行改进后的工艺就是MUTC工艺，MUTC工艺增加了厌氧池，一个厌氧池用于对回流的污泥进行接收与处理，另一个厌氧池用于好氧区的硝化混合液的接收与处理[6]。通过这种方法，将回流的污泥与混合液进行分开处理而有效地脱氮，减少了进入厌氧区的硝酸盐的量。

5确定工艺方案

通过以上分析，A?/O工艺、UTC工艺和MUTC工艺这三种工艺都能实现生物脱氮除磷的效果，但是又各自有优缺点。因此，要根据具体情况来选择工艺方案，而本文所研究的对城市污水的处理需要考虑到经济成本与处理效果，经过比较后，最终选择MUTC工艺更符合需求。

6结束语

随着我国经济的发展，工业化脚步的加快，人们生活水平在不断提高的，同时也伴随着大量污染的产生，而水污染是影响最大的污染之一，必须对其进行有效的处理才能保障人们的生活与长远发展。这几年来，国家与政府投入了大量的人力与物力对污水进行处理，而对污水处理的关键在于氮磷化物的处理，于是诞生了大量的生物脱氮除磷工艺。本文通过对生物脱氮除磷工艺进行研究，分别阐述了脱氮和除磷过程的基本原理以及这个过程中所涉及的具体的生物化学反应。然后分析了当下应用最广泛的A?/O工艺、UTC工艺和MUTC工艺的优缺点。最后根据具体的需要，从经济和处理效率的角度出发，综合考虑选用MUTC工艺来对城市污水进行处理，有效降低了处理污水的成本，具有良好的社会经济效益。

參考文献

[1] 高凯，孟凡瑞.污水脱氮除磷新工艺的研究[J].低碳世界，2019，（9）： 5-6.

[2] 潘军.城市污水处理厂污水处理工艺对VOCs挥发特征影响的分析[J].江西化工，2018，（3）：72-73.

[3] 崔萌，马瑞芬.污水处理厂冬季运行中生物脱氮除磷效果的分析[J].中国给水排水，2016，（4）：72-76.

[4] 王逸飞，吉芳英，许晓毅，等.重庆城镇污水处理厂生物脱氮优化调控措施[J].中国给水排水，2019，（15）：3699-3705.

[5] 蔡奎芳.浅析污水处理生物脱氮除磷工艺[J].科学家，2016，4（2）： 19-20.

[6] 杨素钦.工业污水处理厂生物脱氮效率提升策略研究[J].现代工业经济和信息化，2019，9（7）：47-48.

作者简介

刘东（1985-），男，四川成都人;学历：本科，助理工程师，现就职单位：成都天源水务有限责任公司，研究方向：污水处理运行。