城镇污水处理厂生物除磷工艺应用及影响因素分析

引言

生态环境部发布的《2022中国生态环境状况公报》指出：2022 年全国城镇污水处理厂处理污水为625.8亿m?，污水处理率达 97.9%。污水中含有大量蛋白质、氨氮、脂肪等有机物，以及寄生虫卵等病原微生物,其中氮磷等植物营养物质含量过多会加剧水富营养化污染。而粪便、洗涤剂和工业废水是城市污水中磷的主要来源，常以正磷酸盐、聚磷酸盐、有机磷酸盐等形式溶解于污水中。因此，氮(N)、磷(P)是城镇污水处理厂处理污水需要关注的2大主要指标。但长期以来，受居民生活习惯等因素影响，我国城镇生活污水中碳-氮比较低，且生化需氧量浓度一般低于 200mg/L。城镇居民生活污水处理过程中,除了选择合适的工艺技术，还要充分考虑污水处理厂污水中的磷含量、除磷工艺要求，以及除磷技术的复杂程度等，选择不同的除磷工艺技术目前，城镇污水处理厂除磷工艺主要有物理法、化学法和生物法。其中，应用较为广泛的为生物法除磷，工艺成熟、操作简便、成本较低。

1.生物除磷工艺机理

磷是评价水质的重要指标，当水体中的磷含量超过0.01mg几时，极易出现富营养化。污水中的磷主要以元素磷、正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐等形式溶解于水中。目前，粪便、洗涤剂及某些工业废水是城镇污水中磷的3种主要来源。而城镇污水处理厂除磷工艺，物理法除磷技术复杂、处理成本高;化学法是最早应用于除磷实践的一种除磷方法，处理费用高，所用药量大易产生大量化学污泥。因此，目前国内城镇污水处理厂纷纷运用生物法除磷。常见的生物除磷工艺有A/0工艺、A0多级多段工艺、A,N-SBR工艺等，如天津市咸阳路污水处理厂、铜仁市污水处理厂、昆明市污水处理厂等，均选择不同的生物除磷工艺，处理效果良好。生物除磷就是指在好氧条件下利用聚磷菌大量吸收污泥中磷，并排出污泥，剩余的污泥与污水进入厌氧状态。厌氧条件中发酵产酸菌作用下污水中的有机物转化为乙酸苷，污泥中的聚磷菌在厌氧条件下分解，部分能量供聚磷菌生存部分能量供聚磷菌吸收，将有机物转化成的乙酸苷转化为聚-B -羟丁酸形态藏于体内，聚磷菌分解为无机磷释放回污水中。进入好氧环境中，体内的聚-B -羟丁酸被聚磷菌好氧分解,释放能量,供聚磷菌增殖，及吸收污水中磷酸盐，并以聚磷形式积累于体内。在运用生物除磷工艺处理生活污水中的磷含量时，由于活性污泥在运行过程中不断增殖，为保证系统持续、高效稳定运行，因此需要及时将运行系统中的活性污泥排出。但排出的活性污泥中含有大量吸收磷的聚磷菌，从而达到除磷效果。生物除磷工艺流程如图1所示

 

二、城镇污水处理厂生物除磷工艺应用案例分析

1.案例概况

2021年10月，某城镇生活污水处理厂建成投人运行。设计日处理生活污水3500m?/d，设计出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(见表1)，选用“A?/0+MBR”生物处理工艺技术。污水经格栅、提升泵房、沉砂池后进入曝气池、沉淀池处理，出水段采用曝气生物滤池深度处理工艺，污泥经浓缩池浓缩后脱水，最高允许排放浓度(日均值)见表1。

 

2.工艺参数

设计水量(0)3500m?/d，污泥龄(SRT)18.5d;污泥负荷(FM)=0.12kgBOD,gMLsS·d;污泥浓度(MLSS)4200mg。厌氧池溶解氧0.2~0.4mg,缺氧池0.5mg,好氧池 2mg几以上停留时间,厌氧池 2.5h,缺氧池1.2h,好氧池6.5h。污泥指数(SVI)50~145mg，污泥回流比(R)70%~80%

3.监测结果

从污水处理厂运行情况来看，排水中的COD、BOD,、TN、NH3-N、SS 等均达标。总磷(TP)较难达标，需要在废水处理过程中持续加人聚铝除磷药剂，但这样会增加污水处理成本。经监测，某污水处理厂运行工艺段各项指标见表 2。厌氧池溶解氧监测结果为 1.092mg，超过限值(0.2mg儿)的 4.46 倍，可见 TP 较难达标，与厌氧池中溶解氧浓度过高有关，影响了生物除磷工艺效果。此外，生物池内污泥沉降比高，污泥浓度值也很高，其中好氧池污泥沉降比、污泥浓度分别达到了79mg几、4108mg。说明，生物池内污泥龄较长，污泥出现膨胀，发生污泥老化情况因此，该污水处理厂除磷不达标的又一因素是排泥不够及时。生物池既是除磷工艺构筑物，也是污水脱氮主要构筑物。生物脱氮需将硝化的含大量硝酸盐混合液硝化回流后反硝化反应，因此在生物池中含有大量硝酸根离子和亚硝酸根离子。

 

三、城镇污水处理厂生物除磷工艺运行分析及调试

从监测结果来看，厌氧池、缺氧池中溶解氧浓度含量超过了标准限值，且生物池污泥龄较长是导致污水处理厂出水TP未达到一级(A)标准的主要原因。为此，需要全面分析并采取相应的调试措施。

1.溶解氧

该污水处理厂采用A?/0+MBR除磷工艺，将收集的城镇污水经调节池，直接进入生物池厌氧段。从设备布设情况看，进水管道布设位置高生物池水位低，水流出现较为明显的跌水现象需增设推流器，提升厌氧池、缺氧池内水流速好氧池布设微孔曝气器，作为充氧设备。因此为解决厌氧池溶解氧偏高而影响除磷效果，该污水处理厂在确保厌氧池污泥不沉条件下，减小推进器速度，最大限度地减少因推进器旋转而产生的氧气溶解;同时，投加除氧剂，降低厌氧池污水溶解氧浓度。经过7d调整，厌氧池内不同溶解氧浓度得到了显著降低，除磷效果显见表3。

2.污泥龄

为维持生物运行系统始终保持较为稳定的运行工况，需要及时排出剩余污泥，根据排出的污泥量特点和规律，计算出生物池中污泥龄。污泥排出量越多，生物池内污泥龄越短，反之则污泥龄越长。为控制该污水处理厂生物池内污泥龄应加大每天剩余污泥排放量。而 A?/0+MBR 工艺的运用，不仅要求实现污水除磷，还要保证生物脱氮处理达到预期效果。因此，最大限度缩短污泥龄时，也要兼顾解决其他污染物指标对污泥龄影响。污泥龄调试情况见表4，污泥龄<15d时生物池中的TN、TP去除率均较高。因此，该污水处理厂将生物池污泥龄确定为15d。

3.污泥回流比

增大污泥回流比不仅会降低回流污泥浓度还能有效稳定悬浮污泥浓度，减少二沉池的沉淀时间，从而更利于防止污水中磷的提前释放。该污水处理厂污泥回流比设计在70%~80%，应适当调节增加污泥回流比，控制在80%~95%左右防止污水中磷含量的提前释放，增加二沉池容及活性污泥系统动力消耗。

4.小结

通过降低生物池中溶解氧，调节污泥龄及停留时间，该污水处理厂出水总磷浓度显著降低，取得了良好的预期效果，总磷去除率达 70%。

四、城镇污水处理厂生物除磷工艺影响因素控制措施

1.控制生物池溶解氧浓度

厌氧条件下释放磷，好氧条件下磷被吸收而实现去除，可见生物处理工艺应用时的厌氧区、好氧区的溶解氧浓度直接影响除磷效率和除磷量。由于聚磷菌代谢较为缓慢，一般只能吸收低分子有机物好氧菌，因此污水中也要保持一定浓度溶氧量，但溶解氧浓度不宜过高，过高会导致聚磷菌以外的其他异养菌竞争碳源，导致污水处理时释磷不够充分而影响整体除磷效果。因此，在聚磷菌生化作用过程中，要严格控制好厌氧区、好氧区等不同区域溶解氧浓度。从实际调试情况来看，好氧池出水端溶解氧浓度应控制在1.5mg几~2m儿，厌氧区溶解氧浓度一般控制在2mg几 以下，工艺除磷效果较好。

 

 

2.调节污泥龄

生物除磷工艺中污泥龄是影响除磷效果的又一因素。污泥龄体现了聚磷菌的代谢状态，以及聚磷菌的世代时间。实践表明，污水处理厂污泥龄过长，污泥极易被氧化，使得聚磷菌出现释磷现象，影响除磷工艺效果。此外，污泥龄较长还会滋生大量非聚磷菌，抑制聚磷菌生长，降低除磷效果。而污泥龄越短，聚磷菌体内的聚磷量就会越多，排放出更多的污泥量，且短的污泥龄具有较高活性，体内含磷值也较高，缩短污泥龄可有效提升除磷效果。但污泥龄也不宜过短，必须要满足污泥龄大于世代时间这一要求，以保证污水处理过程中聚磷菌生化反映所需的时间和环境。从本次调试情况看，污泥龄控制在 15d 以内A?/0+MBR 工艺除磷效果更佳。

3.调节污泥回流比

污水处理过程中去除N、P、CODcr会产生大量活性污泥，其中污泥回流比会直接影响N、PCOD.等污染物去除效果。为确保生物除磷工艺较好的去污能力，达到预期去除效果，使其保持较高的污泥浓度。综合考虑该污水处理厂污水处理设备运行参数及实际运行效果，该污水处理应保持80%的最佳污泥回流比。

结语

近年来，随着工业化、城市化进程加快，城市人口数量和规模均呈现出较大幅度增长，城市生活污水排放量持续增加，污水中含有大量氮磷化合物，如处理不当直接排放到周边环境会引发水体富营养化，加剧水环境污染。为适应不断增长的污水处理现实需要，市政污水处理厂纷纷进行改扩建，并通过控制溶解氧浓度、调节污泥龄污泥回流比、水力停留时间和沉淀时间及温度等有效提升污水处理环境中NH?-H、TP、COD等指标控制能力。因此，优化生物除磷工艺技术的应用，减少化学药剂的投加，降低污水处理成本，实现微生物扩繁和利用,具有广阔的市场应用前景。

作者：连剑斌

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