同步生物除磷脱氮的几种实用新工艺

刘章富¹，熊杨¹，侯铁¹，刘津蓉²
( 1.深圳市市政工程设计院, 广东深圳 518035; 2.深圳市龙岗广厦建设监理有限公司, 广东深圳 518116)

　　摘　要：介绍了当前城市污水处理中同步生物除磷脱氮的几种实用新工艺流程及其特点,讨论了“工况交替”、“固液分离”和“曝气形式”等有关问题。
　　关键词：除磷脱氮；工况交替；固液分离；曝气形式
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0065-04

　　近十年来,同步生物除磷脱氮一直是城市污水处理的热点。现介绍几种新工艺流程。

1 工艺流程

1.1 改良 A²/O 工艺
　　改良A2/O工艺如图1所示。

　　该工艺综合了A2/O工艺和改良UCT工艺的优点,即在厌氧池之前增设厌氧/缺氧池。回流污泥和一部分污水进入该池进行反硝化以去除回流污泥中的硝酸盐,消除(或大大降低)了回流污泥中硝态氮对后续厌氧池的不利影响,有利于厌氧池的聚磷菌释磷同时抑制了丝状菌的繁殖,改善了泥水分离性能,从而使运行稳定、处理效果更好。
1.2 改良UCT工艺
　　改良UCT工艺如图2所示。
　　UCT工艺的缺氧池分为前、后两池(即前缺氧池和后缺氧池),好氧液回流至后缺氧池使其中的硝酸盐进行反硝化,加大该回流比可提高脱氮率，从而减少了回流污泥的硝酸盐含量。在前缺氧池里反硝化菌利用污水中的含碳有机物作为碳源对回流污泥中的硝酸盐进行反硝化，加大该回流比可提高脱氮率。

　　该工艺采用两个缺氧池和两个混合液回流系统,因而进入厌氧池的硝酸盐浓度很低，从而提高了除磷效果。如果要使进入厌氧池的硝酸盐含量更低,COD/TKN的最小比宜为9∶1。
1.3 VIP 工艺
　　VIP工艺见图3。

　　VIP与UCT工艺类似,而不同之处是反应(厌氧、缺氧和好氧)池池体形式和运行参数(表1)。
　　反应池的分格(每个反应池由数个体积较小的反应池串联组成)形成了有机物的梯度分布, 从而提高了厌氧池释磷和好氧池摄磷的速度。由于大部分反硝化都发生在前几格，所以缺氧池的分格也有助于缺氧池实现完全反硝化。因此,回流到厌氧池的缺氧液中硝酸盐极少或基本上没有。

表1 VIP与UCT工艺比较 工艺 池体形式 泥龄(d) 水力停留时间(h) VIP 每个反应池(或区)由2～4格组成 24～12 6～7 UCT 每个反应池(或区)不分格 13～25，通常泥龄≥20 24

1.4 CASS工艺
　　CASS工艺如图4所示。

　　CASS工艺(循环活性污泥法)是SBR(序批式活性污泥法)和ICEAS工艺的更新变型，它在主反应区(SBR池)的前面设置了生物选择器并将污泥回流到这里。生物选择器是容积较小的泥水接触区,它可在厌氧或缺氧条件下运行，在接触区形成了明显的基质浓度梯度,活性污泥能快速吸附和水解水中的有机物，污泥中的硝酸盐氮经反硝化去除，而磷得到释放。生物选择器能有效地抑制丝状菌的繁殖。CASS工艺采用滗水器出水,水力工况好,但水头损失较大(约10kPa)。
1.5 MSBR 工艺
　　MSBR工艺如图5所示。MSBR工艺实质上是SBR和A²/O工艺的组合。污水和脱氮后的活性污泥一并进入厌氧区,泥水混合液交替进入缺氧区、好氧区和SBR池，出水由空气堰排出。厌氧区有机物充足、硝酸盐含量低,这为聚磷菌的释磷提供了良好的环境。同时，基质梯度大抑制了丝状菌的繁殖。多次交替的缺氧与好氧工况和三个回流系统使脱氮和吸磷更充分。污泥浓缩区的设置既保障了厌氧区的泥量,又减少了混合液回流量和硝酸盐进入厌氧区的机会。

　　SBR池中间设底部挡板,它使池前端的水流由下而上。这时，沉淀底泥可作为截流层,该层在截留、过滤混合液过程中不仅提高了底泥的浓度,而且泥内还能进行碳源反硝化。
1.6 UNITANKS( UNITANK廊道交替池)
　　UNITANKS工艺见图6。

　　UNITANKS工艺是UNITANK池型的一种，它由三个区(或格)组成，三者水路相通。两个边区设有固定出水堰及污泥排出设施，可交替进行缺氧、厌氧、好氧和沉淀工况；中区进行好氧或缺氧、好氧交替工况。污水可分时序进入三区中的任一区，区中“三氧”工况的历时长短则根据水质等因素确定。
　　UNITANKS工艺的运行类似于交替三沟式氧化沟。根据监测指标(ORP或DO)值调整曝气设备供氧情况及搅拌器的开闭,动态地(空间和时间)实现厌氧、缺氧和好氧条件而达到除磷脱氮的目的。
　　两个边区内设有出水槽,当它处于曝气工况时池中混合液中的悬浮物(即活性污泥)会进入槽内；当边区作沉淀池使用时最初几分钟的出水(出水槽的漂洗水)要回送到池内。
1.7 BIOLAK艺BIOLAK工艺如图7所示。

　　BIOLAK工艺是20世纪70年代开发的一种新处理系统,实质上它是同时具有摆动式扩散器和带防渗膜土池特点的低负荷活性污泥法处理工艺。曝气头借助空气的压力不停地摆动,系统的缺氧和好氧状态通过曝气链的通气或停气以及两条曝气链之间的距离变化来实现。摆动的曝气头克服了固定曝气器使一部分混合液始终处于充氧过饱和状态而另一部分始终处于不饱和状态的弊端。由于微气泡在混合液中的停留时间较长,氧由气相向液相扩散的推动力较大,因此提高了氧的利用率。池体的建造可利用现有地坑(作成带防渗膜的土池)以节省投资。
1.8 OCO工艺
　　OCO工艺见图8。

　　图8OCO工艺OCO工艺是A²/O工艺的更新变型。污水(经格栅和沉砂池处理)进入厌氧区后再进入缺氧区，在缺氧区和好氧区循环一定时间后流入沉淀池。为保证缺氧区反硝化的顺利进行，必须使好氧区产生的硝酸盐进入缺氧区并形成环流。该工艺以搅拌器产生环流，好氧区和缺氧区搅拌器的分别开、停或同时开、停使两区的污水混合程度降至最低或进行充分混合，以在两区实现硝化和反硝化。
　　好氧区、缺氧区的交换及两区容积的改变(适应水量、水质波动)可通过控制搅拌器和曝气设备的运行来实现。
1.9 氧化沟工艺
　　氧化沟工艺见图9(a～d)。

　　除磷脱氮氧化沟是常规氧化沟与其他除磷脱氮工艺的结合。工艺a将A²/O与氧化沟结合在一起,称为卡鲁塞尔Bardenpho A?2C(或卡鲁塞尔2000)工艺，它由美国EIMCO公司和荷兰DHV公司联合推出。该工艺利用了氧化沟的沟道流速(不需将混合液提升),可实现硝化液的高回流比,获得高的脱氮率，厌氧区的设置达到了同步除磷脱氮的目的。工艺b为五段卡鲁塞尔Bardenpho A2C工艺,它在工艺a中的氧化沟末端增设缺氧区和好氧区(再曝气区),除磷脱氮效果更好。工艺c(珠海香洲污水处理厂)是在Passevell氧化沟的前端增设了厌氧区，多年运行表明沟内的缺氧区和好氧区明显,同时除磷脱氮效果好。工艺d是在三沟式氧化沟的前面设置了厌氧/缺氧区以获得更好的同步除磷脱氮效果。

2 讨论

2.1 工况交替
　　工况交替可分为“空间交替”、“时间交替”和“时空(时间和空间)交替”。“空间交替”(一池完成一个工况)的池体容积固定,池体本身不能改变工况参数。而“时间交替”(在一个池体里完成两个以上工况)可通过改变周期长短和周期内各工况停留时间的比例以方便地调整工况参数,从而为除磷脱氮菌提供适宜的生长和繁殖环境,确保处理效果。“空间交替”的池子数量多，控制内容少，对控制要求不高。而“时间交替”不需混合液回流,池子数量少,控制内容多，对控制要求高。UNITANKS工艺和三沟式氧化沟的运行工况是以“时间交替”为主的时空交替。运行实践表明“时间交替”性能优良,随着控制技术的快速发展，在生物除磷脱氮的工况中“时间交替"会逐日增多,并将成为工况的主要变换方式。
2.2 固液分离的设置
　　沉淀池是固定设置还是与反应池交替使用，哪一种效果更好?实践表明交替设置优点多。沉淀与反应(好氧、缺氧或厌氧)交替进行不仅控制了丝状菌的大量繁殖,避免了污泥膨胀,还消除了池内污泥的局部厌氧问题,能保证混合液的泥水界面清晰,不会产生污泥上浮而影响出水水质。而在固定设置的沉淀池中,由于池体构造、水力流态和运行条件变化，泥水分离会出现异常现象而影响处理效果。
2.3 曝气形式
　　实践表明，反应池多采用鼓风曝气(占90%以上)。采用鼓风曝气的池体较深,加之先进的扩散器(具有不易堵塞、产生的气泡直径小等特点)不断出现,使得空气与液相的接触面积多、时间长,氧的传输效率高,电耗也更省。扩散器在全池池底均布避免了池内出现局部“死区”。通过改变空气量可实现池内好氧和缺氧工况的转换以及根据进水水质的变化而实现池内溶解氧的调整。鼓风曝气的缺点是扩散器和管道数量多。机械曝气属于浅层充氧,没有输送空气的管道,但它的氧传输效率低,能耗较高,而且由于池体水深较浅，反应池占地面积较大。对某污水厂(4×10⁴m³/d)的两种曝气方式的测算表明，鼓风曝气的配电功率比机械曝气的省30.1%，采用鼓风曝气时的占地比采用机械曝气时省33.5%。综上所述，除磷脱氮工艺应优先选用鼓风曝气。

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　　收稿日期：2002-04-28