城市污水处理厂增加脱氮除磷功能的浅析

摘要：按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的要求，我国早期城市污水处理厂面临增加脱氮除磷工艺的升级改造。通过文献总结了近年国内城市污水处理厂常见的脱氮除磷工艺改造方法。围绕城市污水处理厂设计、进水水质指标、工艺选择、现有构筑物处理能力等问题进行了分析与探讨，为更多的城市污水处理厂实施脱氮除磷提供参考。
论文关键词：污水处理厂,工艺改造,脱氮除磷

水中污染物的去除是城市污水处理的重要任务，依照国家相关标准设计的城市污水处理厂就是完成这一任务的主要场所。早期国家标准GB 54-73中涉及到的污水标准只是标准中的废水部分。20世纪 80年代后我国开始颁布行业单独的排放标准和《污水综合排放标准》（GB8978-88）。至90年代，GB8978-88标准被修订成了《污水综合排放标准》（GB8978-1996）。由于当时国内城市污水处理厂的建设处于起步阶段，标准对城市污水处理厂的要求较低。随着我国国力和环境意识的不断提高和增强，对氮、磷的控制越来越重视。2003年7月1日起我国开始实施新的、专门性的国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。新标准对城镇污水厂的尾水排放不但提出了明确的要求，而且排放指标也更为严格，尤其是对于氮、磷污染物排放标准变化较大。新标准不但对新建污水厂的工艺设计提出了明确要求，而且对我国目前现有污水处理厂的出水排放也提出了功能升级的要求，国内传统活性污泥法的城市污水处理厂都要面临增加脱氮除磷工艺升级。

1、国内污水处理厂改造情况

根据国内文献报道，对我国城市污水处理厂脱氮除磷工艺改造情况进行了调查研究，各厂主要改造情况见表1。

表1：国内部分城市污水处理厂工艺改造情况表

注：改造工艺中的增加回流泵，改变曝气方式等内容未记入表内；“*”表示文献中没有记录。

2、改造工艺分析

传统活性污泥法没有厌氧缺氧环境，因此没有很好的脱氮除磷工艺效果。改造工艺主要都以A/A/O或A/O工艺为基础进行。具体实现上都集中在如何增加或改造出厌氧和缺氧工艺，其中有通过控制曝气强度，调整曝气池内溶解氧的工艺改造，有通过增加填料实现同步硝化反硝化的工艺改造，有采用多级厌（缺）氧好氧两段法，也有研发的新工艺，如ECOSUNIDE工艺[8]等。传统曝气方法改造后的工艺在脱氮方面同传统活性污泥法相比有较好的提升，改造后的工艺氨氮指标可以达到一级B标或A标。在除磷方面，虽然增加厌氧池都会有除磷表现，但是通过传统工艺改造并依靠生物除磷达到一级A标，还有一定的难度。使用生物强化除磷和化学除磷或者其他方法结合可以达到一级A标。

对于脱氮除磷效果较好的工艺几乎没有采用，例如：UCT、Bardenpho等工艺。主要原因是这些工艺流程同传统活性污泥法有较大差异，从传统活性污泥法工艺改造过来需要增加设备和构筑物较多。而且这些工艺本身国内使用较少，面临着较大的工艺改造风险。

在众多的改造工艺中，效果比较好的是德州污水处理厂、沂水污水处理厂等采用的ECOSUNIDE工艺，具有短时高效，出水效果好，运行简单等特点。同时工艺回流比较A/A/O低，从节能角度来说也较有优势。

3、改造工艺中主要问题

3.1 池体功能升级改造

根据1999年国家城市给水排水研究中心对国内城市污水处理厂的运行状况调查表明：实际进水COD与设计进水COD比值低于1的占65.8%，实际进水BOD5与设计进水BOD5比值低于1的占83%，实际进水SS与设计进水SS比值低于1的占61.8%[19]。在水量设计上通常还要考虑5-10年规划水量变化，因此设计结果表现为池体体积偏大，尤其是实际运行水量、水质偏低时，问题更加突出。但是原有工艺改造成脱氮除磷工艺要增加内回流或增加污泥回流量，反而提高了池体的利用率。因此事实上这些当初设计问题遇到升级改造时反而成了优势。所以国内大部分污水处理厂在现有基础上是可以升级改造的，在适量增加回流、内回流的情况下，就可以保证水力停留时间。

3.2 脱氮除磷的矛盾

在低碳高氮、磷时采用常规A/A/O工艺常难以满足同时高效脱氮除磷的要求。因此按照A/A/O设计改造的传统活性污泥法通常不能满足现有国家标准1级A标，从表1中也可以看出，已建成的还是改造成A/A/O工艺都要配合化学除磷才能达到1级A标。国内许多污水处理厂面临进水有机负荷偏低（同时设计进水指标取值偏高），碳源不足是造成总磷去除率低的主要原因。而且脱氮和除磷之间存在碳源竞争，回流污泥中大量的硝酸盐氮的存在会引起反硝化菌同聚磷菌竞争碳源，导致除磷效果差。

3.3二沉池

传统活性污泥法工艺改造成脱氮除磷工艺，通常要增加回流泵增大回流量，回流量增加会减小系统总的水力停留时间，二沉池沉淀时间会缩短。国内污水处理厂大部分低于设计标准运行，因此增加回流比后对于二沉池来说一般都能保证停留时间。

4、结论

尽管A/A/O工艺本身有缺点，如内外回流量大、能耗高等，但从文献国内目前已经改造和正在改造的污水处理工艺来看，还是倾向于使用A/A/O工艺及其变化改良工艺的改造方案，这些工艺在调试运行良好情况下可以达到国内一级B标。要实现出水磷排放浓度低于0.5mg/L，在现有各工艺条件下，不增加构筑物仅通过改造曝气形式等内容实现难度较大。因此，无论是现有污水处理厂升级改造，还是新建污水处理厂设计，除磷都会成为工艺改造的重要限制因素。化学除磷增加了工艺的复杂性和运行成本，研发高效脱氮除磷的生物工艺，且运行简单是当前城市污水处理面临的主要问题。

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