城市污水除磷脱氮处理工艺综述
城市污水是通过下水管道收集到的所有排水，是各种生活污水、工业废水和城市融雪、雨水的混合污水。城市污水都含有一定量的氮磷污染物，当这些营养物未经去除而直接排入受纳水体后，会导致藻类和其它水生植物的异常生长，消耗水中的氧，使水质恶化，严重影响水体的经济价值和社会效益。随着水资源短缺和水污染的加剧，城市污水在排放前进行脱氮除磷已成为污水处理厂的主要任务。在我国，去除城市污水中的氮磷多采用A/O、A2/O工艺、序批式工艺（包括传统SBR法、CASS工艺、MSBR法等）、氧化沟系列工艺等。以下就城市污水脱氮除磷几种工艺作一些简单的介绍及比较。
1、A/O法
A/O工艺是Anoxic/Oxic(兼氧/好氧)或Anerabic/Oxic（厌氧/好氧）工艺的缩写，是为污水生物除磷脱氮而开发的污水处理技术。
A/O法不能同时脱氮除磷。但只要控制一定的回流比和泥龄，系统便可达到较好的脱氮效果或除磷效果。A/O法在除磷方面的推广受到以下几个因素的制约[1]。第一，生物除磷是将液相中的污染物转移到固相中予以去除。A/O法的特点之一是泥龄短、污泥量多，剩余污泥含磷率高于传统活性污泥法，污泥在浓缩消化过程中会将吸收的磷释放出来，要彻底去除系统中的磷，还需要增加后续处置设施。当温度低、进水负荷低时，微生物代谢能力减弱，污泥生长缓慢，除非污泥含磷量特别高，否则只排少量污泥，磷的去除率必然很低。第二，厌氧池的厌氧条件难以保证。理论计算认为当污泥龄大于5天时，硝化菌便能在系统中停留。当曝气池水力停留时间偏长时，废水中的氨氮在硝化菌的作用下转化成NO2-和NO3-，回流污泥中就不可避免的混入了NOx。原污水和回流污泥混合，反硝化菌优先获得碳源进行脱氮，聚磷菌竞争不到碳源，不能有效释放，因而也不能过量吸收磷，系统除磷能力下降。第三，受水质波动影响大。磷的厌氧释放分有效和无效两部分，聚磷菌在释磷的过程中同时吸收原污水中的低分子有机物，合成细胞内贮物，我们把这一过程成为有效释磷。聚磷菌只有有效释磷后，才能在随后的好氧段过量摄磷。当废水中可供聚磷菌利用的低分子有机物量很少时，聚磷菌便发生无效释磷，即在释磷过程中不合成细胞内贮物。无效释放出来的磷在系统中是不能被去除的。因此，A/O工艺除磷效果受进水水质影响很大，不够稳定。
2、A2/O法
2.1 传统A2/O法
传统A2/O法是目前普遍采用的同时脱氮除磷的工艺，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段。
污水首先进入厌氧池与回流污泥混合，在兼性厌氧发酵菌的作用下，废水中易生物降解的大分子有机物转化为VFAs这一类小分子有机物。聚磷菌可吸收这些小分子有机物，并以聚β羟基丁酸（PHB）的形式贮存在体内，其所需要的能量来自聚磷链的分解。随后，废水进入缺氧区，反硝化菌利用废水中的有机基质对随回流混合液而带来的NO3－进行反硝化。 废水进入好氧池时，废水中有机物的浓度较低，聚磷菌主要是通过分解体内的PHB而获得能量，供细菌增殖，同时将周围环境中的溶解性磷吸收到体内，并以聚磷链的形式贮存起来，经沉淀以剩余污泥的形式排出系统。好氧区的有机物浓度较低，这有利于好氧区中自养硝化菌的生长，从而达到较好的硝化效果[2]。
2.2 倒置Ａ2/Ｏ工艺
倒置Ａ2/Ｏ工艺即缺氧/厌氧/好氧的工艺流程，是对传统Ａ2/Ｏ工艺的改进，其脱氮除磷效果更好，其原因在于：缺氧区位于厌氧区之前，有利于微生物形成更强的吸磷动力，微生物厌氧释磷后直接进入好氧环境充分吸磷；所有参与回流的污泥都经历了完整的释磷、吸磷过程，故在除磷方面具有群体效应优势；缺氧池位于厌氧池前，允许反硝化菌优先获得碳源，因而加强了系统的脱氮能力。常州的城北污水处理厂和清潭污水处理厂均将原设计调整为倒置的A2/O工艺，COD、SS、TN、TP的去除率均有了不同程度的提高，尤以TP去除率提高最多[3]。
2.3 氮氧化物对Ａ2/Ｏ法除磷的影响
影响生物除磷效果的因素有很多，其中厌氧池内氮氧化物浓度便是关键因素之一。传统A2/O工艺和环境倒置A2/O工艺都存在氮氧化物的控制问题。传统A2/O工艺中，从沉淀池回流至厌氧池的污泥或多或少地携带了一定量的NOx。我们只能通过调节污泥回流量来控制厌氧池中的NOx，回流量过大、携入的NOx多，会抑制厌氧池中聚磷菌进行磷的释放从而影响整个系统的除磷效果；回流量过小，进入厌氧池的聚磷菌相应少，同样影响系统的除磷能力。因此，需严格控制污泥回流量。国内较多采用的污泥回流量为进水流量Q的0.5倍～1.0倍。环境倒置A2/O工艺中，回流污泥与原污水混合进入缺氧区，反硝化菌利用原污水中的有机物进行脱氮，随后进厌氧池，聚磷菌在该池内进行磷的释放。当NOx在缺氧池内没有完全完成硝化时，就不可避免地进入了厌氧池，从而抑制厌氧释磷，降低系统除磷效果。
3、序批式工艺
3.1 传统的SBR法
SBR工艺是间歇性活性污泥法，它由一个或多个曝气反应池组成，污水分批进入池中，经活性污泥净化后，上清夜排出池外即完成一个运行周期。每个工作周期顺序完成进水、反应、沉淀、排放4个工艺过程。SBR法脱氮除磷效果与曝气时率（曝气时率＝每单个周期的曝气时间/周期）有关，时率大则缺氧时间短、反硝化不完全、氮磷的去除率低，当去除率接近1时，磷几乎不被去除[4]。表1为某采用SBR工艺的小型污水处理厂的曝气时率和氮磷去除率。
表1 曝气时率和氮磷去除率的关系
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表1 曝气时率和氮磷去除率的关系
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SBR工艺的特点是具有一定的调节均化功能，可缓解进水水质、水量波动对系统带来的不稳定性。工艺处理简单，处理构筑物少，曝气反应池集曝气沉淀污泥回流于一体，可省去初沉池、二沉池及污泥回流系统，且污泥量少，容易脱水，控制一定的工艺条件可达到较好的除磷效果，但存在自动控制和连续在线分析仪器仪表要求高的特点。
3.2 CASS工艺
CASS工艺是一种连续进水式SBR曝气系统，不仅具有SBR工艺简单可靠、运行方式灵活、自动化程度高的特点，而且脱氮除磷效果明显。这一功能主要实现于CASS池通过隔墙将反应池分为功能不同的区域，在各分隔中溶解氧、污泥浓度和有机负荷不同，各池中的生物也不同。整个过程实现了连续进、出水。同时在传统的SBR池前或池中设置了选择器及厌氧区，提高了脱氮除磷效果。
CASS工艺的特点是对污水预处理要求不高，只设间隙15 mm的机械格栅和沉淀池。生物处理核心是CASS反应池，除磷脱氮降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达到国家规定的排放标准。
3.3 MSBR法
MSBR工艺是20世纪80年代初期发展起来的污水处理工艺，经过不断地改进和发展，目前较新的是第三代工艺，其工作原理如图 4所示。
MSBR工艺的特点是系统从连续运行的单元（如厌氧池）进水，从而加速了厌氧反应速率，改善了系统承受水力冲击负荷和有机物冲击负荷的能力；同时，由于MSBR工艺增加了低水头、低能耗的回流设施，极大地改善了系统中各单元内MLSS的均匀性。因此，MSBR系统汇集了A2/O系统与SBR系统的全部优势，因而出水水质稳定、高效，并有极大的净化潜力。
4、氧化沟工艺
氧化沟工艺是一种延时曝气的活性污泥法，由于负荷很低，耐冲击负荷强，出水水质较好，污泥产量少且稳定，构筑物少，氧化沟可以按脱氮设计，也可以略加改进实现脱氮除磷。
20世纪90年代中期，氧化沟工艺因其良好的脱氮效果并且无需沉淀池开始被推广，此时期建设的大型污水处理厂项目基本上采用氧化沟工艺。近几年来，国内对各种类型氧化沟工艺的除磷脱氮效果、设计、充氧设备及运行控制等方面进行了大量的研究。对多种氧化沟都进行了一定的革新，如carrousel氧化沟由第一代的普通的carrousel氧化沟发展为具有脱氮除磷功能的carrousel2000型氧化沟，后又发展为第三代的carrousel3000型氧化沟[5]。国内许多污水处理厂使用的情况证明，氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术[6]，目前国内较多采用的氧化沟主要有Orbal氧化沟、Carrousel氧化沟、T型氧化沟、DE型氧化沟、一体化氧化沟等。
5、结论
随着污水处理事业的发展，已有多种污水处理工艺在我国污水处理厂中得到了应用，其中以A/O，A2/O及其变型工艺、SBR及其变型工艺、氧化沟工艺为主。同时，随着我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的实施，以及我国污水处理事业所面临的如下问题：如污水处理厂建设与运行费用高的问题、小城镇的水污染问题以及污泥处理问题。使我国的污水处理工艺向着具有脱氮除磷功能、高效低能、成熟可靠、适用于小城镇污水处理厂、污泥量少且能使污泥达到稳定的方向发展。
参考文献
[1] 熊建英，杨海真，城市污水除磷脱氮处理工艺概况，环境导报，1999年第1期：11～13
[2] 徐亚同，废水中氮磷的处理，上海华东师范大学出版社
[3] 屈计宁， 张建良．倒置A/A/O工艺在城市污水处理中的应用研究．江苏环境科技， 2004，2：9～12
[4] Y Hamamoto.S Tabata,Y Okubo.Development of the Intermittent Cyclic Process for Simultaneous Nitrogen and Phosphorus Removal.Wat Sci Tech,1997,35(1)：145～152
[5] 陈学群，俞爱媚，Cassousel氧化沟技术演变规律的探究，给水排水，2002，28（2）：19～21
[6] 周律，钱易，氧化沟应用评析，给水排水，1996，22（9）：55～58
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