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一．除磷1.1除磷方法：化学法；生物法1.2除磷原理：化学除磷：化学除磷主要是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类（如磷酸盐）反应生成颗粒状、非溶解性的物质。实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅是沉析反应，同时还发生着化学絮凝作用，即形成的细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的絮凝体。生物除磷：磷常以磷酸盐（H2PO4-、HPO42-和H2PO43-)、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除磷就是利用聚磷菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。1.3化学法按工艺流程中的化学药剂投加点不同，化学沉淀工艺可分为前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀，其工艺流程如图1。图1前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀工艺前置沉淀的投加点是原污水，形成的沉淀物与初沉污泥一起排除。其优点是能够降低后续生物处理负荷，与协同沉淀相比产生较少的剩余活性污泥；其缺点是总污泥量大，且对反硝化脱氮不利。协同沉淀是目前使用最多的化学除磷法，它的药剂投加点包括初沉池出水、曝气池及二沉池之前的位点，形成的沉淀物与剩余污泥一起排出。协同沉淀的优点是化学药剂随污泥回流得到了充分利用，若将药剂投放到曝气池，可以使用价格便宜的二价铁盐，可以减少污泥膨胀现象的发生；其缺点是污泥产量增大，采用酸性金属盐会使曝气池的pH值降低，对硝化反应不利，磷酸盐污泥和剩余污泥混合在一起，这使得污泥中的磷的厌氧释放受到影响。后置沉淀的药剂投加点是在二级生物处理系统之后，形成的沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离。后置沉淀的优点是化学沉淀和生物处理相分离，互不影响，加药量可按磷的负荷进行调控，沉淀的化学污泥可以单独排放并加以利用；它的不足之处是需要很大的投资。1.4生物法目前常用于工程实践的工艺有：A/O工艺、A2/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、UCT工艺、SBR工艺、Phostrip工艺以及氧化沟工艺。现具体介绍这几种常见的生物除磷工艺及其在此基础上的改进和发展工艺。1.4.1A/O工艺美国的Spector于20世纪70年代中期从控制活性污泥法膨胀出发，研究开发了与Bardenpho脱氮工艺类似的A/O工艺，这是目前最为简单的一种生物除磷方法（图1.4实线部分）。原污水或初沉池出水与回流污泥在厌氧池中进行混合，这种工艺要求没有硝化反应。一般说来，当厌氧区和好氧区的水力停留时间（HRT）分别为0.5～1h和1～3h时，便可获得较好的除磷和除有机物效果。微生物首先通过厌氧条件，将细胞中的磷释放，然后进入好氧状态摄取比在厌氧条件下释放的更多的磷，即利用其对磷的过量摄取能力将高含磷污泥以剩余污泥的方式排除系统之外，从而降低处理出水中磷的含量。该工艺的使用前提是进水中有较高的易降解有机基质的含量，即要求进水中磷与BOD之比较低。若磷与BOD之比较高，由于BOD负荷较低，剩余污泥量较少，因而难以达到稳定的运行效果，用该工艺处理城市污水时磷的去除率在75%左右，出水含磷约1mg/L或略低，很难进一步提高。1.4.2A2/O工艺A2/O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物消化及反消化工艺和生物除磷工艺的综合。从初沉池流出的污水首先进入厌氧区，系统回流污泥中的兼性厌氧发酵菌将污水中的可生物降解有机物转化为挥发性脂肪酸（VFA）等小分子发酵产物，聚磷菌也将释放菌体内储存的多聚磷酸盐，同时释放能量，其中部分能量供专性好氧的聚磷菌在厌氧抑制环境下生存，另一部分能量则供聚磷菌主动吸收类似VFA等污水中的发酵产物，并以PHA的形式在菌体内贮存起来。这样，部分碳在厌氧区得到去除。在厌氧区停留足够时间后，污水污泥混合液进入缺氧区。在缺氧区中，反硝化细菌利用从好氧区中经混合液回流而带来的大量硝酸盐，以及污水中可生物降解的有机物进行反硝化反应，达到同时去碳和脱氮的目的。含有较低浓度碳氮和较高浓度磷的污水随后进入好氧区。在好氧区聚磷菌在曝气充氧条件下分解体内贮存的PHA并释放能量，用于菌体生长及主动超量吸收周围环境中的溶解性磷，这些被吸收的溶解性磷在聚磷菌体内以聚磷盐形式存在，使得污水中磷的浓度大大降低。污水中各种有机物在经历厌氧、缺氧环境后，进入好氧区时其浓度己经相当低，这将有利于自养硝化菌的生长繁殖。硝化菌在好氧的环境下将完成氨化和硝化作用，将水中的氮转化为NO2和NO3。在二次沉淀池之前，大量的回流混合液将把产生的NOx带入缺氧区进行反硝化脱氮。进入二沉池，絮凝浓缩污泥，一部分浓缩污泥回流至厌氧区继续参与释磷并保持系统活性污泥浓度，另一部分则携带超量吸收磷的聚磷菌体以剩余污泥形式排出系统。1.4.3Bardenpho工艺南非的Barnard在他首创的Bardenpho脱氮工艺中，发现也有很好的除磷效果。在他以生活污水为进水的小试中，脱氮率为90%～95%，除磷率达到97%，其工艺流程如图1.5实线部分所示。改进的Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧－好氧－缺氧池－好氧池。类似两级A/O工艺串联。第二级A/O的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，提高污泥的沉降性能。为了提高除磷的稳定性，在Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的除磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。1.4.4SBR工艺此工艺是由美国Irvine在20世纪70年代开发的，它是一个间歇式的活性污泥系统，活性污泥的曝气、沉淀、出水、排放和污泥回流均在同一个池中完成，该工艺对自动化要求很高。由于近几年来自控技术和计算机技术的发展，作为SBR工艺的操作控制问题，现在几乎不成问题，从而使依赖于自控系统的SBR工艺得到了迅猛发展。SBR法的优点为：（1）运行管理简单；（2）降低造价，减少占地；（3）耐冲击负荷；（4）可抑制丝状菌的膨胀；（5）除磷脱氮效果好。SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，消化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水，而后再放入原水，如此周而复始。研究表明，SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为SBR的应用提供了物质基础。SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换。1.4.5Phostrip工艺Phostrip工艺是把生物和化学除磷法结合起来的一种除磷工艺（如图1.7），该工艺中主流部分为常规的活性污泥曝气池，回流污泥的一部分（约为进水流量的10%～20%）被分流到专门的厌氧池，污泥在厌氧池中通常停留8～12h，聚磷菌则在厌氧池中进行磷的释放，脱磷后的污泥回流到曝气池中继续吸磷。含磷上清液进入化学沉淀池，然后用石灰进行处理，沉淀去除磷，石灰剂量取决于废水的碱度。除磷过程在污泥回流路径上完成。Phostrip工艺的优点是与单纯的化学除磷工艺相比，大大地减少了药剂的投加量和化学污泥量。出水总磷浓度可低于1mg/L，而且不太受进水BOD浓度影响。Phostrip工艺作为侧流除磷工艺的代表，结合生物除磷和化学除磷，将部分回流污泥分流到厌氧池除磷并用石灰沉淀，厌氧池不在污水主流方向上，而在回流污泥的侧流中。它处理出水含磷量低，对进水水质波动的适应性较强，比较适合于对现有工艺的改造，只需在污泥回流管线上增设小规模的处理单元，且在改造过程中不必中断处理系统的正常运行。1.4.6氧化沟工艺早在1920年就出现了氧化沟技术，经过不断改良，现在发展有三槽式氧化沟、船形沟内澄清池氧化沟、生物膜氧化沟和一体化氧化沟技术。根据沉淀器置于氧化沟的部位，一体化氧化沟又分为沟内式、侧沟式和中心岛式。三槽式氧化沟是一种连续运行的大型氧化沟系统，分三条沟，每沟间设一过水孔，每条沟内设有一个溶解氧探头，中沟作曝气区，两条侧沟根据运行方式作曝气、沉淀交替使用。转刷的运行、各堰的开与闭和沟内的鼓风与混合都实行自动控制。三槽式氧化沟集中了氧化沟工艺、间歇式及多级串联活性污泥法工艺的特点，按好氧、缺氧、沉淀三种不同的工艺条件运行，不仅能抗冲击负荷、不易发生短流，而且不需另建沉淀池，污泥也不用回流，管理也方便，并能实行自动控制。缺点是面积利用率低，对设备的质量要求高。船形沟内澄清池氧化沟将泥水分离、污泥回流及出水控制等过程通过船形沟内澄清池一体完成。运行过程中，该沉淀池如一条船浮在水中，在其底部均匀地设置许多小型的污泥斗，沉淀下来的污泥直接回流到沉淀池底部的氧化沟中。这种工艺的特点是投资费用低，能耗低，占地面积小。生物膜氧化沟是在普通氧化沟内放置合适填料，使之成为活性污泥法与生物膜法相结合的混合污水处理工艺。此工艺和普通氧化沟比较起来，除氮效果优，悬浮固体沉降性能优，易于管理，投资省。一体化氧化沟集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能于一体，曝气净化与固液分离操作同在一个构筑物内完成，污泥自动回流，连续运行，设备和池容利用率为百分之百。此工艺的主要特点是：工艺流程短，占地少，投资省，管理简便，处理效果稳定可靠（除能有效除去COD、BOD、SS外，硝化和脱氮作用也很明显），剩余污泥量少，固液分离效率高，污泥回流及时，减少了污泥膨胀的可能。1）Orbal型氧化沟氧化沟是活性污泥法的一种变型，废水和活性污泥混合液在曝气池内不断循环流动，以其独特的水流特征，具有完全混合式和推流式曝气池的优点，对进水水量、水质的变化适应性强，抗冲击负荷的能力高。污水在池内经曝气、缺氧不停的循环流动，实现氧化、硝化、反硝化过程，与A/O法相比，省去了内回流系统，所以，氧化沟具有管理操作简单，能够除磷脱氮、出水水质好的特点。图2Orbal氧化沟示意Orbal氧化沟工艺具有如下特点:1)独特的曝气推流方式。Orbal氧化沟一般采用同时具有推流和曝气功能的固定点表面曝气方式,曝气转碟可以直接控制氧化沟内的溶解氧分布情况,并起到混合推流的作用。2)溶解氧呈梯度变化。Orbal氧化沟每个沟道溶解氧都不相同,从外沟到内沟呈0-1-2变化,在空间上形成缺氧好氧环境有利于脱氮。3)污泥产量少且性质稳定。Orbal氧化沟工艺的污泥龄长,污泥在沟内得到了好氧稳定,污泥产量也较少,从而使污泥后处理大大简化,节省处理厂的运行费用,且便于管理[1]。Orbal型氧化沟有三个相对独立的沟道，进水方式灵活。在暴雨期间，进水可以超越外沟道，直接进入中沟道或内沟道，由外沟道保留大部分活性污泥，利用系统的恢复。因此，对于合流制或部分合流制的排水系统，Orbal型氧化沟均有很好的适用性。Orbal型氧化沟一般适用于20*104m3/d以下规模的城市废水处理厂，尤其适用于中小规模的城市废水处理厂。2）交替式氧化沟交替式氧化沟是SBR工艺与传统氧化沟工艺组合的结果，最早由丹麦Kruger公司开发。目前主要应用的三种交替式氧化沟是VR型、DE型和T型。DE型氧化沟为双沟系统，T型氧化沟为三沟系统，其运行方式比较相似，都是通过配水井对水流流向的切换，堰门的起闭以及曝气转刷的调速，在沟中创造交替的硝化，反硝化条件，以达到脱氮的目的。其不同之处在于DE型氧化沟系统是二沉池与氧化沟分建，有独立的污泥回流系统；而T型氧化沟的两侧沟轮流作为沉淀池。VR氧化沟沟型宛如通常的环形跑道，中央有一小岛的直壁结构，氧化沟分为两个容积相当的部分，其水平形式如反向的英文字母C，污水处理通过二道拍门和二道出流堰交替起闭进行连续和恒水位运行。2.脱氮2.1生物脱氮生物脱氮是目前公认的经济、有效、最有发展前途