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全国,J峨镇污水处理技术股备)交流与工程咨询研讨会T抽。国.目,颐沁目盆门.回口,沁。C湘ul.川守翻mi附orN.如阁了`叭.训如址认加扭,T魄到的踢川介比加匆盯《鞠`,.川】高效脱氮除磷新工艺一一`NPR技术宋乾武(中国环境科学研究陇工租设计研究中心)1我国城市污水中脱氮除磷的近切性我国地表水体以及近海流域由于受到氮磷的污染,大面积频萦地发生水体营养化,从而导致地表水体发奥,藻类疚长,水生生物濒临灭亡,造成巨大的经济损失。多年来该课题己经成为众所周知勇待解决的环境难翅。为此,国家采取了积极的措施,在全国接二连三地出台环保对策.诸如碧海行动计划等等,三湖三河水域治理,三峡工程环保行动计划,其重要的目的之一是解决水体富养化问瓜。城市污水脱氮除磷是我国目前污水处理工艺技术的关键点。我国目前己在实施的“碧海行动计划”,“三湖三河治理”,“三峡环保行动计划”,“南水北调环保工程”中都拟建大批的污水处理厂.拟建这些污水厂目的是在大t地削减有机污染物的同时,去除污水中的营养化物质。而其中难度最大,又非常关键,而且需要付出较大经济代价的是污水中脱氮除磷。因此,目前寻求经济有效的污水除磷脱氮技术具有非常重要的意义。城市污水经处理后的净化水综合利用是污水处理厂保证正常运行,解决运行成本的重要途径.我国目前水资源短缺已成为国民经济可持续发展的制约因素,尤其是我国北方地区急需开发新的水源已成为迫在眉睫的首要任务,然而污水经过处理后可作为农业用水.城市景观用水,工业上水,生活中水,城区绿化用水已成为水务界公认的解决我国新水源的必由之路.因此,目前在污水处理领城开发一种利用生物技术在脱碳的同时,又能有效脱氮除磷,还能直接达到回用水水质指标,而且不孺要辅助以化学手段的廉价处理工艺,成为具有重大意义,十分必要的课题。而目前由中国环境科学研究院开发的NPR工艺正是满足上述条件的一种新型的利用活性污泥法处理城市污水的新工艺。2传统生物脱氮除磷工艺简介(^乍O工艺及BAF工艺)2.1^勺O工艺原理生物脱氮的原理是在将有机氮转化为氛氮的基础上,通过硝化和反硝化菌的作用,将氨氮通过硝化转化为亚硝态氮、硝态氮,再通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气,而达到从废水中脱氮的目的:除磷的原理是在厌筑条件下,聚磷菌将其细胞内的有机磷转化为无机态磷并加以释放,并利用此过程中产生的能盆摄取废水中的溶解性有机物质以合成PBH,从而在好氧条件下,聚磷菌则将PBH降解以提供其从废水中摄取磷所需的能t,从而完成聚磷的作用。墓于上述脱氮除磷原理,目前的生化工艺一般均设有厌氧池、缺氧池和好氧池三段,将好氧池中的硝化液回流到缺氧段以满足反鹅化的运行条件,从而完成脱氮作用,同时将二沉池的沉降污泥回流到厌氧段以满足聚礴,对脚的释放,再进一步在好氧段聚磷菌过t摄取磷中国水污染防治雄杰稗奋论文集oo23年第十期宋花武:高效脱氏除礴衡工艺一脚P跳技术达到从水中去除磷的目的。由上述分析可知,如果聚磷菌在厌氧段不能将磷彻底释放,工艺系统的除磷效率就会受到限制。此外,系统中只有尽可能地排泥,才能比较好的除礴,上述问题也正是目前脱氮除礴工艺中普泊存在的问压。a’/O工艺是最为典型的脱氮除磷工艺,现以此为例来说明传统脱氮除磷工艺与即R工艺相比较存在的主要问题.传统的扩0/工艺的流程详见图1。格格.间间间集水池池池提升泵泵好好氧池池池消毒水池池口1传统脱氮除确八乍O工艺A勺。是目前最为典型的脱氮除磷工艺,其主要优点是:(1)A乍0工艺能有效的去除污水中的有机物,能同步脱氮除磷.(2)A勺O工艺对氮氮的去除率较高.(3)A勺O工艺的Svl值通常较小,不易发生污泥膨胀.尽管如此,z^/O工艺在实际运行过程中存在着下述主要问题:(1)由于混合液中的呱一N、伸岛一N在二沉池中反硝化,使味附着在污泥表面而上浮,造成二沉池表面负荷较低,停留时间较长,使得二沉池的污泥沉降效果不理想;(2)由于厌氧池依靠回流二沉池底泥造成厌氧条件下磷的释放,但是在回流污泥中由于含有硝酸盐及亚硝酸盐,从而在厌氧池中反硝化释放氮气,使厌氧池不能形成很好的厌氧条件,从而使得厌氧段氧化还原电位偏高,聚磷菌对磷酸的释放不彻底,有机磷水解不充分,除磷效果不理想:(3)为了在工艺中避免上述问压,二沉池设计的停留时间延长,表面负荷降低不仅造成工程投资大,而且出水中ss较高,除确效果差:(4)由于系统中污泥停留时间长,部分污泥消化,排泥里减少,除磷效果低。2.2BAF工艺原理(1)生物滤池墓本结构生物逮池底部设有进水和排泥管,中上部是填料层,厚度一般为2.5~加,填料顶部装有挡板,防止悬浮坟料的流失。挡板上均匀安装有出水逮头。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区,其高度根据反冲洗水头而定,该区内设有回流泵用以将滩池出水泵至配水脚道,继而回流到滤池底部实现反硝化.坟料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时坟料膨胀之用。滤池供气系统分两套管路,里于坡料层内的工艺空气管用于工艺嗯气,并将坟料层分为上下两个区:上部为好氧区,下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求,坟料层的高度可以变化,好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同,浦池底部的空气管路是反冲洗空气管。生物涟池结构示愈详见图2。、(2)工作原理中国水污染防治技术装备论文集2003年第十期全国小城镇污水处理技术(设备)交流与工程咨询研讨会T加eo以mm四icati加.川户句目C.”.!.以扮5.阴ianrorN鱿i“回知饥.例助.M加姗T“曰.川,.T改hn。闷口《匆iu户洲曰t)反应器为周期运行,从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期,具体过程如下:经预处理的污水(主要是去除ss以避免泌池频峨反冲洗)与经过硝化后的滩池出水按照回流比混合后通过滤池进水管进入滤池底部,并向上首先流经填料层的缺氧区。此时反冲洗空气管处于关闭状态。缺氧区内,一方面,反硝化细菌利用进水中的有机物作为碳源将滤池进水中的呱转化为肠,实现反硝化脱氮。另一方面,填料上的微生圈2iBosytr生物建池结构示愈圈l一配水脚进:2一健池进水和排泥:3一反冲洗份环用门:4一城料.-5反冲洗气管.-6工艺空气管:7一好暇区:8一映暇区,卜月板:l企出水论头.1卜处理后水的偏存和排出:比回流泵;13一进水借物利用进水中的溶解氧和反硝化过程中生成的氧降解印D,同时,SS也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。经过缺氧区处理的污水流经填料层内的雌气管后即进入了好氧区,并与空气泡均匀混合继续向上流经填料层.水气上升过程中,该区填料上的微生物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降解BOD,滤床继续去除ss,污水中的既一N被转化为呱一,发生硝化反应。值得指出的是,以sS形态被截留在涟床内的可降解污染物以及被生物膜吸附的难降解有机物实际被降解吸收的时间可接近一个运行周期,这一点有着很强的现实惫义.流出坟料层的净化后废水通过涟池挡板上的出水滤头排出滤池,出路分为:①排出处理系统外;②按回流比例与原污水混合进入滤池实现反硝化:③用作反冲洗水(在多个滤池并联运行的情况下,当某一个滤池反冲洗时,反冲洗水由其它工作着的滤池出水共同提供)。随着过滤的进行,由于填料层内生物膜逐渐增厚,ss不断积累,过滤水头损失逐步加大,在一定进水压力下,设计流t将得不到保证,此时即应进入反冲洗再生以去除涟床内过t的生物膜及55,恢复滤池的处理能力。①BAF工艺优点a.采用新型膜料加强了传质效果,改善了反应器水力条件,因此其反应器内生物t大,处理负荷高,出水水质稳定,品质优良:b.水处理构筑物容积小,占地省,投资少;c.运行灵活,管理方便.②B解工艺缺点a.对此必须进行预处理,应保证SS低于100.9L/以下,否则很难正常运行:b.污泥稳定性较差。3城市污水处理采用传统的活性污泥法除磷脱氮存在的主要问皿3.1二沉池中发生反硝化导致二沉池水力负衡降低,出水中确去除率降低目前国内普通采用扩0/,氧化沟,优汀,优O等作为城市污水处理的主要工艺。其共同特点是在好氧段(或好氧池)中对姗卜扣进行硝化,使眺一N转化成硝态氮以后,再将部分混合液送至缺氧段进行反硝化,另一部分送至二沉池进行沉淀处理,然后将上清液排放。这中国水污染防泊技术软各论文集2加3年第十期宋花武:高效脱氮除碑断工艺一肺PR技术种传统的工艺方式存在着以下两个问题,其一,由于硝态氮(呱一N,脸一N)进入二沉池后,其水力停留时间一般都在h3左右,有的甚至更长。这样导致了林飞~N,和脸一进行反硝化,从而释放出从。这样性附粉在活性污泥之上,使其沉降性能较差,细小的污泥上浮。进而使出水55升高,同时由此又进一步导致了出水中磷的升高;其二,正是由于这种硝态氮反硝化现象的存在,为了弥补帐所造成的沉淀效果变差的不足,设计者又往往采取降低二沉池水力表面负荷,(续1.加乍矿.h)加大水力停留时间的方式,解决这一问度。其结果又导致了污泥极易厌氧产生沼气,反而使污泥上浮.进一步造成了出水中ss增加,除磷效果变差.这种问题恶性循环,是造成了常规活性污泥法用于工程时,脱磷除磷效果不理想的原因,这也是我国目前采用常规活性污泥法存在主要问题之一。3.2在好饭段进行奴妞的稍化反应,增加了污泥龄,减少了排泥盆,降低了系统除确效果国内目前采用传统的活性污泥法,大部分在好氧段完成硝化过程,所需的.I气时间大多数需要4~sh,这样睡气池的容积较大,特别是从好氧段将混合液回流入前!的缺氧段中,使污泥在缺氧池和好氧池中反复循环,被好氧消化,从而导致污泥龄增长,排出的污泥减少,除磷效果降低.众所周知,磷通过系统排泥过程被去除,这样由于可排出的污泥t减少,反而使整个系统中的除磷效果降低,3.3传统生物滩池(队「)!接用干城市污水处理存在的问题睡气生物涟池(BiologiealAeratedFilter简称BAF),仍然是一种污水深度处理的优良技术.但是这种工艺直接用于城市污水处理存在的缺点之一是要求原水中的sS低于100m岁L,最好是sS低于6伽以L,否则当采用这种工艺直接处理城市污水时会造成生物滤料阻塞而不能正常运行。其突出的优点是由于净化水是通过滤料逮出,其出水中ss很低,出水水质优良。设计得当时,其出水直接可以作为中水回用。目前也有的人将BAF处理装t中内t有缺氧过程,使其具有反硝化作用,从而产生较好的脱氮效果。但是其运行过程较为复杂,其处理效果不如硝化过程与反硝化过程互相分离的过程好。3.4传统的活性污泥法处理工艺,不辅助化学方法,不能使出水宜接达到高品质回用水的标准目前我国在城市污水处理过程中,普追采用的传统的活性污泥处理工艺(扩0/,灯0,氧化沟,UNITANK,SBR,优汀等)其出水指标一般能够满足排放标准,但是当将这种工艺处理后的水用于工业领域,中水系统,或某些高档次景观用水时,特别是对磷的去除率要求较高时,其水质指标不能达标,因此需要加入混凝剂进一步进行化学处理,然后经沉淀过滩才能使其达标使用。这样造成了工艺流程延长,工程投资增加,污水处理成本升高,因此,当城市污水处理后有必要回用时应尽可能寻求一种仅依靠生化方法,就可以直接将污水处理成高品质用水的新工艺。3.5原水中碳与营养盐比例不协调造成生化处理工艺脱礴除氮效果整目前我国通常采用生化的方法(即活性污泥法)去除污水中的氮磷物质,这种生物处理工艺脱氮脱磷必要条件之一就是污水碳氮比,碳磷比必须成比例,污水中应有足够的碳源,供生物脱氮除磷之用。然而目前我国污水中出于生活方式,污水收集方式等多种因素的限制,往往造成污水中加氏/侧或以扣以”的比例偏低,从而导致采用生化方法不能有效地脱氮除磷.这一现象目前在我国较为普边。综上所述传统的活性污泥工艺(:A/O,氧化沟,UCT,优O等)及BAF工艺都具有先天性中国水污染防治技术装备论文集2003年第十期全国小城镇污水处理技术股备)交流与工程咨询研讨会T加.nu”un沁公询门.川阵勺etCC哪ul.侧刁5.的ianrofN叫Or囚1知阴IW助切M厄谕币陷的.曰.不戈俪政盯《匆山户侧团.)不足,导致了处理系统中脱磷除氮效果较差。当净化水要求较高的脱氮除磷效果时,尤其是