脱氮除磷工艺技术

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1. 污水脱氮除磷处理工艺及其智能控制

（1）传统脱氮除磷工艺的强化与优化控制

A/O、A2/O工艺是目前广泛采用的前置脱氮除磷工艺，具有运行简便，处理效果好的特点，经过多年运行，已经积累了很多成功实践的经验。因此，A/O、A2/O是技术成熟、运行简单可靠的工艺，在我国的市政污水处理领域工艺运行中占有很大的比例。北京市的几家大型污水处理厂也选用了该工艺，如高碑店污

2

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尽管上述传统脱碳除磷工艺（A/O、A2/O及氧化沟工艺）在废水脱氮除磷方面起到了不可忽视的作用，但明显存在不足点：即系统的脱氮和除磷去除效果不能同时达到最佳状态；回流污泥中不可避免会混入NO-x而使前置厌氧段存在硝酸盐，这将直接影响聚磷菌的释磷效率；提高内循环流量将引起推动力降低，运行费用增大，带进溶解氧使反硝化效率降低。这些缺点的存在大大限制了常规污水脱氮除磷处理工艺的应用。针对传统脱氮除磷工艺存在的问题和困难，我们必须从污水的性质和特点入手，通过技术创新，在常规的工艺基础上，探索适合我国国情的污水处理工艺过程及设备，提高除磷脱氮效果，达到水质净化的目的。需研究的主要内容为：

根据污水处理厂进水水质水量的变化，确定工艺厌氧、缺氧（A／An）

段和好氧（O）段的最佳反应时间。

实现厌氧段聚磷菌最大程度放磷，好氧段最大程度吸磷的最佳控制方

法。

探讨内循环回流比、DO和有机碳源对脱氮除磷效果的影响及优化控制

方法。

研究污水处理厂硝化反硝化的最佳控制方法。

在前期试验的基础上，考察和选择合适的参数对工艺进行自动控制的研

究。

通过对传统A/O、A2/O和氧化沟脱氮除磷工艺的强化和优化控制来提高二级生物处理的效果、效率和稳定性。

(2) 高效脱氮除磷新工艺、新技术

① 短程硝化反硝化新技术

对脱氮除磷工艺的研究一直是城市污水处理中一个颇受关注的领域，由于传统A/O、A2/O工艺的脱氮处理均为传统硝化反硝化，即全程硝化反硝化（如图3-5所示）。全程硝化反硝化反应存在明显的缺点：硝化菌群增殖速度慢，且硝化菌群世代时间长，难以维持较高生物浓度；反应历程较长，处理效率降低；系统总水力停留时间较长，有机负荷降低，需要较大的曝气池，增加了基建投资和运行费用等。这些缺点大大限制了常规污水脱氮除磷处理工艺的应用。对于反硝化菌，无论是NO2-还是NO3-均可以作为最终受氢体，整个生物脱氮过程也可以经

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NH4+→HNO2→N2这样的途径完成。因而可将硝化过程控制在NO2-阶段，阻止NO2-的进一步硝化，然后直接进行反硝化，这一过程称为短程硝化反硝化。

根据硝化反应的化学计量学，与全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有如下优点：硝化阶段可减少25%的需氧量，降低能耗；反硝化阶段可减少40%的有机碳源，降低了运行费用；反应时间缩短，反应器容积可减少30%～40%左右；具有较高的反硝化速率，NO2-的反硝化速率通常比NO3-的高63%左右；污泥产量降低（硝化过程可减少污泥产量55%）；还可减少投加碱度的量等。因此，开发短

NH4NO2+H2O+2H+

NH4+ NO3+H2O+2H+

+

反硝化 6NO2- 2 3N2+6HCO3+3H2O

6NO3- 3N2+6HCO3+7H2O

3OH

图3-3 传统脱氮途径和亚硝酸型脱氮途径对比

程硝化反硝化技术对提高生物脱氮处理效率具有重要的理论意义和应用价值。 短程硝化反硝化的研究内容简述如下：

不同溶解氧(DO)、不同温度条件下，考察体系中硝酸盐、亚硝酸盐浓度

的变化规律。

不同游离氨浓度、不同DO条件下，研究体系中硝酸盐、亚硝酸盐浓度

的变化规律。

综合各种控制因素的基础上，控制短程硝化过程，确定实现短程硝化的

最佳条件。

在各种反应条件下，考察体系中DO、pH及ORP的变化规律，来实现

短程硝化反硝化过程的智能控制。

在上述试验的基础上，着重研究ORP、DO和pH这三个参数与短程硝化、反硝化等生化反应过程之间的相关关系，根据模糊控制的理论，提出短程硝化反硝化过程的模糊控制策略和控制规则。

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② 反硝化除磷新技术

Wanner在1992年率先开发出第一个以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺，取得了良好的氮磷去除效果。之后Kuba等人提出一种具有硝化和反硝化除磷两套污泥回流系统的DEPHANOX除磷脱氮工艺（如图3-5所示），此工艺具有低能耗、

低污泥产量且有机碳源消耗量低的特点。DPB被证实具有同PAO极为相似的除磷原理，只是它们氧化细胞内贮存的PHB的电子受体不同而已（PAO为O2，而DPB为NO3-）。这使得摄取磷和反硝化（脱氮）这两个不同的生物过程借助

1. 厌氧释磷 2. 快沉池 3. 固定膜硝化（好氧）

4. 反硝化吸磷（缺氧） 5. 再曝气池 6. 终沉池

图3-4 DEPHANOX双污泥反硝化除磷工艺流程图 同一个细菌在同一个环境中一并完成。其结果，摄取磷和脱氮过程的结合不仅节省了脱氮过程对碳源的需要（实现了一碳两用），而且摄取磷可在缺氧条件下完成，这将缩小曝气区的体积（亦节省能源）。此外，由此带来的另外一个好处就是，产生的剩余污泥量有望降低。

反硝化除磷脱氮工艺需要研究的主要内容如下：

考察进水不同COD/N比和不同有机碳源对反硝化除磷细菌放磷的影响； 研究反硝化除磷连续流工艺中厌氧反应、缺氧反应的最佳水力停留时

间；

同时考察硝酸盐浓度、亚硝酸盐浓度、温度、pH值对反硝化除磷细菌

放磷的影响。

利用间歇试验，考察DPB的污泥特性（如沉降性能等）；深入探讨DPB

微生物特性，主要是对该类微生物的种属组成、生理习性有较为全面系

统的了解。

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系统研究ORP、DO和pH这三个参数与厌氧放磷和反硝化除磷等生化

反应过程之间的相关关系，根据模糊控制的理论，提出模糊控制规则。

国外的个别国家已经将短程硝化反硝化、反硝化除磷这些新技术用于实际的污水处理工程，并在理论上给予了某些合理的解释。但是这些新理论、新工艺和新方法还不是很完善，各国的环境工程方面的专家学者正在竞相从各个方面展开更深入的研究。而我国基本上还没有开展这方面的研究，关于这方面的报道也仅限于一些综述文章；另一方面，昆明地区水域的富营养化又十分严重，急需高效节能的污水脱氮除磷的技术支持，因此，开展该项目的研究是非常必要的。

（3）强化脱氮新技术

针对城市污水处理厂脱氮效果较差，而且城市河湖受富营养化的污染较严重的现状，城市河湖补水水质要达到TN≤1.5mg/L，TP≤0.3mg/L的要求，必须寻

下节省能耗，这也是本课题的最重要研究内容。主要研究内容如下：

不同的原水可用于反硝化的碳源与BOD5以及COD的关系，以确定合适的

原水投加量。

反硝化碳源/TN=x 大于20/7的情况下，投加原水量及次数的最优化研

究。

反硝化碳源/TN=x 小于等于20/7的情况下，投加原水量及次数的最优

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化研究。

影响出水TN的因素：硝化的完全性、出水的有机氮与出水COD的关系、

甲醇的投加量及投加方式、甲醇的替代品等。

如何利用模糊控制实现实时控制，更加有效地提高TN的去除率和降低

运行费用。

系统研究不同条件下，SBR法有机物降解、硝化、反硝化过程DO、ORP、pH参数变化规律及其作为反应过程控制参数的可行性，并与模糊控制理论相结合，提出上述不同生化反应过程的模糊控制规则。整个试验研究工作围绕着满足奥运湖补水水质要求TN≤1.5mg/L、TP≤0.3mg/L，同时尽可能降低运行费用而展开的。

2. 创新点

① 最易实现短程硝化过程的控制条件研究：基于SHARON和OLAND工艺的局限性，本项目综合考虑各种控制因素，通过试验确定一个反应温度不太高且DO浓度又不太低易实现的短程硝化过程的控制条件（在这方面本课题组已有一定的研究基础），在国内外尚属于首次。

② 短程硝化和反硝化除磷过程的模糊控制研究：在大量试验的基础上，通过在短程硝化、厌氧放磷、反硝化除磷等过程中DO、ORP、pH等参数与NO2-和NO3-的积累、反硝化过程之间的相关关系的各种规律，进行模糊控制的研究，在国内外尚无同类研究的报道。

③ 利用生物处理使奥运湖补水水质达标：在不采用设备费和运行费都较高的膜工艺前提下，使处理水质达到TN≤1.5mg/L、TP≤0.3mg/L，运行费用≤0.65元/m3。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qnr1.html