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北極星水處理網(wǎng)訊:生物脫氮除磷是指用生物處理法去除污水中營養(yǎng)物質氮和磷的工藝。水體的富營養(yǎng)化問題是20世紀中期提出來的。含氮和磷的污水無限制地排放，以致受納水體中藻類過度繁殖，水質變壞。原水受氮和磷的污染，水處理的困難加大，費用增加。
一、生物脫氮除磷的發(fā)展
1932年，祖師Wuhrmann提出內源呼吸反硝化脫氮理論，這也是最早的脫氮工藝，被稱為Wuhrmann工藝。（見圖2）該工藝在好氧池中進行有機物的氧化及氨氮的硝化反應，在缺氧池中利用活性污泥內源呼吸進行反硝化。但由于以微生物內源呼吸代謝物質作為碳源，反硝化速率很低，所以需要擴大缺氧池的容積，同時在缺氧池中微生物內源呼吸將有機氮和氨氮釋放到水中，降低脫氮效率，導致該工藝在工程上并不實用，但該工藝為以后的脫氮除磷工藝的發(fā)展奠定了基礎。
1962年，Ludzack和Ettinger首次提出利用進水中的可生物降解有機物作為碳源的前置反硝化工藝，解決了碳源不足的問題，但由于兩個反應器間的液體交換缺乏控制，影響脫氮效果。（該工藝缺少描述，筆者也不知道具體的工藝流程）
1973年，Barnard在開發(fā)Bardenpho（音譯為：巴登福）工藝是提出改良型Ludzack-Ettinger脫氮工藝，即廣泛應用的A/O工藝（見圖3）（題外話，這個工藝至今已經(jīng)47年了，現(xiàn)今絕大部分的脫氮工藝都是在這個工藝的基礎之上進行改進，而非創(chuàng)新）。A/O工藝中，大量的硝氮通過內回流（別名：硝化液回流、好氧回流、混合液回流）回流到缺氧區(qū)后，利用原水中的有機物進行反硝化。但A/O工藝不能達到完全脫氮，因為好氧池總流量的一部分硝化后的硝氮沒有回流到缺氧池而是直接隨出水排放（這是目前二級生物脫氮的一個硬傷）。
1973年為克服A/O工藝不完全脫氮的缺點，Barnard提出把此工藝與祖師級別的Wuhrmann工藝聯(lián)合，并稱之為Bardenpho工藝，（見圖4）。具體機理后文再述。
Bardenpho工藝在理論上雖然有完全去除硝酸鹽的潛力，但實際上是不可能的。
1976年，Barnard通過對Bardenpho工藝進行中試研究發(fā)現(xiàn)在Bardenpho工藝的初級缺氧反應器前增加一厭氧反應器就能有效的除磷（見圖5）。該工藝在南非稱5階段Phoredox工藝（音譯為：福列德克斯）或簡稱為Phoredox工藝。在美國稱之為改良型Bardenpho工藝。
1980年，Rabinowitz和Marais對Bardenpho工藝的研究中，選擇3階段的Bardenpho工藝，即所謂的傳統(tǒng)A2/O工藝（見圖6）。至此最為常用的脫氮除磷工藝正式登場（距今已經(jīng)整整40年，目前還在大量使用）。
二、生物脫氮除磷工藝合集（順序不分先后）
說明：以下工藝簡介僅從原理方面進行解析，不涉及土建成本和設備投資。
1、A2/O工藝
1）厭氧池
圖6為傳統(tǒng)的A2/O工藝流程，首段為厭氧池，本池的主要作用為釋放磷（具體反映機理看前面），其次在本池中也可發(fā)生水解酸化反應。原水與同步進入的二沉池回流的含磷污泥二者混合后再兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下部分易生物降解的大分子有機物被轉化為小分子的揮發(fā)性脂肪酸（VFA），聚磷菌將細胞內的聚磷水解成正磷酸鹽，釋放到水中，釋放的能量可供轉型好氧的聚磷菌在厭氧的壓抑環(huán)境下維持生存，同時吸收水解后的小分子有機物合成PHB并儲存在體內。另外，NH4+-N因細胞的合成而被去除一部分，同時回流污泥的稀釋作用使污水中的NH4+-N濃度下降；另外回流污泥中的NO3--N進入?yún)捬醭睾笱杆倮迷械目焖俳到庥袡C物而被還原為氮氣釋放，會部分去除進水中的有機物，該池出水幾乎不含NO3--N。
影響因素：對于高氨氮廢水，污泥回流中攜帶有大量的NO3--N，當硝氮濃度≥4mg/L時，將減少了據(jù)鄰居釋放所獲得的溶解性有機物的量，不能是該池形成較好的兼性厭氧環(huán)境，不僅不利于據(jù)鄰居的釋磷反應，而且也不利于大分子的厭氧發(fā)酵為小分子有機物，對釋磷反應不利。
2）缺氧池
廢水經(jīng)過厭氧池進入缺氧池，該池首要功能為反硝化脫氮，硝氮通過內循環(huán)由好氧池進入缺氧池，回流比通過總氮去除率進行計算（見公式1）。混合液進入缺氧段后，反硝化菌利用污水中的有機物將回流液中的硝態(tài)氮還原為氮氣釋放到空氣中，因此有機物濃度和硝態(tài)氮濃度都會大幅度降低。其次，該段可能發(fā)生磷的釋放和吸收（反硝化除磷）反應，或者兩者同時存在。另外，生活污水處理過程中，缺氧池末端的COD基本在50以下甚至更低，在不考慮好氧池同步硝化反硝化的情況下TN濃度和出水基本相同。
3）好氧池
混合液從缺氧池進入好氧池，曝氣池的這一反應單元室多功能的，去除BOD、硝化、吸收磷等反應都在本反應器內進行。混合液有機物濃度已經(jīng)很低，聚磷菌主要是靠分解體內儲存的PHB來獲取能量供自身生長繁殖，同時超量吸收水中的溶解性正磷酸鹽以聚磷（Poly-P）的形式儲存在細胞內，經(jīng)過沉淀排出剩余污泥，達到除磷的效果。有機氨被氨化繼而被硝化，氨氮濃度顯著下降。隨著硝化過程的進行，硝氮濃度增加，堿度降低（對于高氨氮廢水，需在好氧池中大量投加堿才能維持硝化反應的進行）。
4）A2/O工藝的優(yōu)缺點
優(yōu)點：同時脫氮除磷；反硝化過程為硝化提供堿度；釋磷及反硝化過程同時除去有機物；污泥沉降性能好，SVI值一般均小于100。
缺點：①回流污泥含有硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)，對除磷效果有影響；②脫氮受內回流比影響；③聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有機物。
A2/O這是一個很成熟的脫氮除磷工藝，后續(xù)介紹的其他脫氮處理工藝基本上是為克服A2/O工藝的缺點而進行改動的，從而在節(jié)能的基礎之上滿足出水要求。
在A2/O工藝運行中經(jīng)常一些問題，如：絲狀菌膨脹、污泥老化、SVI值過高、厭缺氧池表面出現(xiàn)黑色或者黃色浮泥、曝氣池表面出現(xiàn)白色泡沫或者粘稠的黃色泡沫、二沉池跑泥等等。出現(xiàn)這些問題，除進水指標的波動、設計缺陷外，其他均為工藝參數(shù)沒有控制好所導致的。關于工藝參數(shù)的控制，這個在書本上僅僅給出了一個參考值，比如：
DO：2-4mg/L污泥齡：10-15dC：N：P=100：5:1反硝化碳氮比：（4-6）:1碳磷比：20:1MLSS：3000-4000mg/L混合液回流比：200-300%污泥回流比：50-100%厭、缺氧池攪拌功率：4-8W/m（我是根據(jù)水質、池體類型進行選型）HRT：6-8h（針對市政污水，實際經(jīng)驗告訴我，這個停留時間誰用誰哭）厭氧：缺氧：好氧停留時間：1:1:（3-4）（這也是誰用誰哭）
甚至有些半吊子設計人員根據(jù)這些工藝參數(shù)去設計工業(yè)廢水，對于這點，我真的很佩服設計人員的膽大、業(yè)主的摳門。
這些工藝參數(shù)只是參考，運行參數(shù)需要針對自己的污水廠/污水站的實際情況進行調整，從而達到良好的處理效果。所以，在運行中各位污師需要針對問題進行分析，找到問題的根本所在，而不是盲目的排泥、投加碳源、投加營養(yǎng)、增加/減少曝氣等等。在自我分析問題之后可以到污托邦社區(qū)或者污托邦群里面進行討論，而不是出現(xiàn)問題第一時間問別人，每個人運行的污水廠/污水站的情況都不一樣，別人給你的只會是他遇到過的情況，但不一定適用于你運營的污水廠，甚至有時候同樣一個現(xiàn)象，在不同污水廠發(fā)生的機理是完全相反的。
2、倒置A2/O工藝
與常規(guī)的A2/O工藝相比，倒置A2/O工藝（見圖7）從前往后以此為缺氧-厭氧-好氧，該工藝的設計初衷是為了降低污泥回流中硝態(tài)氮對厭氧釋磷的影響，特別是對于高氨氮廢水污泥回流中攜帶有大量的硝氮，抑制厭氧釋磷反應。同時，為了解決碳源分配的問題，采用兩點進水的方式來提供厭氧釋磷中有機物的消耗。
該工藝由于硝態(tài)氮在前端的缺氧池中完全反硝化，消除了硝氮對厭氧釋磷的不利影響，從而保證厭氧釋磷的穩(wěn)定進行，并且聚磷菌釋磷后直接進入生化效率比較高的好氧環(huán)境，使其在厭氧條件下形成的吸磷動力得到了更有效的利用。
有些設計人員在設計倒置A2/O工藝時省去了混合液回流，通過增大二沉池的污泥回流來滿足反硝化需求。增大污泥回流雖然不改變二沉池的比表面積負荷率，但是在一定程度上降低了二沉池的沉淀時間，不建議采用。
厭氧釋磷的實際停留時間（含回流量）一般要求在0.5-2h，倒置A2/O雖然滿足了硝氮對厭氧釋磷的影響，但是需要增加厭氧池的池容，從而滿足厭氧釋磷實際停留時間的要求，增加了土建成本。同時多點進水需要很好的進行控制，以此來調整厭、缺氧池的碳源配比達到良好的脫氮除磷效果。
該工藝適合原水中TN含量比較高的廢水，只要缺氧池的容積設計的合理可以完全反硝化，從而為厭氧釋磷提供良好的厭氧環(huán)境。
3、A+A2/O工藝與JHB工藝
A+A2/O工藝（見圖8）與A2/O工藝相比，在厭氧池的前段增加了一個預脫硝池，主要是為了解決污泥回流中攜帶的硝酸鹽對厭氧釋磷的影響。該工藝與UCT工藝的目的是相同的。
在進水TN含量較高的情況下，該工藝不太適用，因為污泥回流中攜帶有大量的硝氮，預脫硝池因設計停留時間過短（一般在0.5-0.8h）無法進行完全的反硝化反應，從而影響厭氧釋磷。
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