城市污水的除磷技术分析

2.2.1A/O工艺

A/O工艺是最基本的生物除磷工艺，微生物首先进入A/O工艺的A段，处于厌氧或无氧环境，其体内积累的多聚磷酸盐会释放到水体中，随后进入A/O工艺的O段，处于好氧环境，此时微生物大量吸收污水中的可溶性磷酸盐并在其体内合成多聚磷酸盐并积累，含磷污泥一部分以剩余污泥形式排出，另一部分回流至A段，重新进入释磷、聚磷的循环。

A/O除磷工艺简单，不需投加药剂，建设和运行费用低。其问题是除磷效果取决于排出的剩余污泥量，要求进水中磷与BOD的比值较低。否则，由于BOD负荷低，剩余污泥量少，难以达到稳定的运行效果。该工艺除磷率为75%左右，出水磷含量在1mg/L左右或稍低，难以进一步提高。

2.2.2 A²/O

A²/O工艺在A/O工艺基础上增加了缺氧阶段，使好氧区混合液回流到缺氧区进行脱氮反硝化，从而将除磷与反硝化结合起来。曝气区体积减小，产生的剩余富磷污泥量有望减少。但由于内循环的存在，系统排出的剩余污泥只有一小部分经历了完整的磷释放和吸收过程，其余部分基本上没有经过厌氧状态而直接从缺氧区进入好氧区，不利于系统和除磷。另外，为了降低回流污泥中的硝酸盐，必须增加混合液回流量，从而增加电耗。

2.2.3 流程

该工艺将生物除磷与化学除磷相结合，将一部分回流污泥(约占进水流量的10%～20%)分流至厌氧池进行除磷。污泥在厌氧池内一般停留8～10小时，聚磷菌在厌氧池内释放磷。除磷后的污泥返回曝气池继续吸磷。含磷上清液进入化学沉淀池，加入石灰后形成沉淀。其除磷效果可达90%以上，处理后出水含磷量可低于1mg/L。对进水水质波动适应能力强，受进水BOD影响较小。另外，大部分磷以石灰污泥形式沉淀去除，因此污泥处理不像高磷剩余污泥那么复杂。

2.2.4 脱氮除磷工艺

随着经济的快速发展和工业化程度的不断提高，富含氮、磷的生活污水和含有农药、化肥残留的农业废水量不断增加，导致含有大量营养物的废水排入封闭水域，对受纳水体造成危害。目前，我国水体特别是内陆湖泊的富营养化现象日趋严重，因此加强污水中磷的处理，严格控制外排水中的磷含量显得尤为重要。目前国内外对污水中磷的去除研究并不多，现有的除磷工艺各有优缺点。本文对各种除磷技术进行分析，比较了各种技术的优缺点，并提出了未来除磷技术的发展趋势。

1 物理化学除磷

物化除磷法主要利用沉淀、结晶、吸附等物理化学反应，将废水中的磷转化为不溶性磷酸盐沉淀而去除。

1.1 化学混凝沉淀法

化学混凝沉淀法主要是将某些易溶于水的金属盐投入水中，金属离子与磷发生反应生成难溶性盐脱离水体，达到去除水中磷的目的。磷去除率在75%左右，处理效果稳定，系统操作简便，易于实现自动化，抗冲击能力强，对管理人员的要求不高，因此成为最常用的除磷方法。但由于人工投加化学药剂，增加了水处理成本，而且产生大量污泥，处理难度大；若填埋需要较大的场地；若焚烧，费用很高。上海市白龙港污水处理厂一期（枯水期120万m3/d，雨水期426.1万m3/d）采用化学混凝沉淀法除磷，作为强化一级处理。

1.2 离子交换法

离子交换法是利用多孔阴离子交换树脂选择性地吸收去除废水中的磷，但存在树脂药物易中毒、交换容量低、选择性差等一系列问题，因此该方法难以在实际中应用。

1.3 吸附除磷

吸附法主要利用某些多孔或大比表面积固体材料对水中磷酸根离子的吸附亲和力来实现废水的除磷过程。制备合适的高效吸附剂是吸附除磷的关键，许多学者对天然材料和矿渣的吸附除磷性能进行了研究。赵桂玉等人利用天然沸石复合吸附剂处理含磷废水，取得了良好的效果。吸附除磷作为一种高效、低能耗的从低溶解度液体中去除特定溶质的方法，特别适用于废水中有害物质的去除。在化学药剂饱和和吸附剂再生过程中，可能会产生污水，不能直接排放，给应用带来了困难。您也可以在中国污水处理工程网查看更多技术文献。

1.4 结晶除磷

它主要利用污水中的磷酸根离子与钙离子、氢氧根离子反应生成碱式磷酸钙（羟基磷灰石）[a(OH)(PO4)3]的结晶现象，羟基磷灰石作为晶核析出在除磷剂上，从而达到除磷的目的。除磷剂一般采用磷矿，也有采用多孔材料作为载体，在其表面培养羟基磷灰石作为晶核。该方法处理过程中产生的污泥量比化学沉淀法少得多，而且析出的羟基磷灰石可用于磷的回收，占地面积小，容易控制；但结晶法要求进水呈碱性（PH>8）且有一定的钙离子浓度，当污水中含有大量有机物时，容易导致除磷剂失效。因此，该方法作为含磷废水的深度处理方法是可行的。

综上所述，物化除磷几种方法系统相对简单，控制容易，但都存在着各种问题，使得物化除磷难以单独应用，但物化除磷作为一级处理或深度处理是可行的，且可以与生物除磷技术相结合。

2 生物除磷技术

生物除磷技术主要是利用微生物的作用，将废水中的磷转化为微生物产生的养分，并通过污泥排出来完成除磷。

2.1 污水生物除磷机理

污水生物除磷是利用了聚磷菌对磷的过量吸收现象。聚磷菌一旦处于厌氧条件，就会将好氧条件下吸收的磷释放出来，然后进入好氧区后，聚磷菌就能对储存的PHB进行好氧分解，释放出的大量能量可供聚磷菌生长繁殖使用。当环境中存在溶解性磷时，一部分能量可供聚磷菌主动吸收磷酸盐，以聚磷酸盐形式储存，此时磷的积累量超过了微生物正常生长所需的磷量。可见，微生物在好氧条件下吸收的磷大大超过厌氧条件下释放的磷。由于系统经常排出剩余污泥，因此细菌过量吸收的磷也会从系统中排出，因此可以获得较好的除磷效果。

2.2 污水生物除磷工艺

生物除磷技术经过几十年的发展，已经成为一项非常成熟的技术，并逐渐在污水除磷工艺中得到应用。工程实践中常用的工艺有：A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺、SBR工艺和氧化沟工艺。生物除磷工艺表现出良好的除磷效果，改善污泥沉降性能，减少活性污泥膨胀等突出问题的优点。

2.2.1A/O工艺

2.2.2 A²/O

2.2.3 流程

2.2.4 脱氮除磷工艺

该工艺设计为两级A/O工艺，涵盖二级缺氧、好氧操作工艺，除磷效果好（可达97%），一是因为在二沉过程中会有磷释放，二是因为在一级缺氧池中存在局部厌氧条件，会有磷释放，但该法的一大缺点是流程长、构筑物多。

2.2.5氧化沟工艺

氧化沟工艺由于其特殊的运行方式，在空间上形成缺氧、好氧状态的交替变化，达到硝化、反硝化和生物灭菌的目的。可在低负荷、长泥龄条件下运行。由于无需回流，比一般工艺节能10%～20%。若水量大或负荷高，工艺节能占比大。我国邯郸污水处理厂采用三级氧化沟工艺，是目前国内投入运行规模最大的氧化沟系统。

凡生物除磷系统均有以下特点：保证厌氧区真正处于厌氧状态，既无游离溶解氧，又无硝酸根离子等结合氧；通过改变污泥回流方式和路径，阻止硝酸根离子进入厌氧区，阻止厌氧区发生反硝化作用，从而防止聚磷菌竞争性抑制厌氧释磷；保证厌氧区进水中可生物降解有机物的含量，使聚磷菌在与其他细菌争夺食物的竞争中占据优势；如何在进水中加入初沉污泥酸性发酵液。

生物除磷技术因其工艺简单、操作方便、处理效果好、运行灵活等特点而被广泛应用。随着生物及其技术的发展，新的除磷理论不断涌现，生物除磷技术也将得到进一步发展，开发可持续的污水生物除磷技术也将成为研究重点。

3 新型生物除磷技术——反硝化聚磷菌除磷工艺

3.1反硝化除磷机理

反硝化除磷是在厌氧/缺氧交替操作条件下，富集一类具有反硝化作用的兼性厌氧微生物，聚磷菌可以利用NO3作为电子受体，通过自身代谢完成过量磷的吸收和反硝化过程，最大程度减少对碳源的需求，实现能源和资源的双重节约。反硝化除磷可节约COD约50%，节约氧气约30%，减少剩余污泥量约50%。

大量实验室及生产规模的生物除磷脱氮研究也表明，当微生物在经历厌氧、缺氧、好氧三个阶段时，约有50%的聚磷菌能同时利用氧和NO3作为电子受体进行磷的富集，即反硝化聚磷菌（DPB的除磷效果相当于总聚磷菌的50%左右）。这些发现一方面表明硝酸盐也可作为某些微生物氧化PHB的电子受体，另一方面也证实了污水生物除磷系统中确实存在DPB微生物，通过驯化可以获得富含DPB的活性污泥。

3.2 反硝化除磷

该技术对城市污水，特别是低C/N比的污水有很好的处理效果。目前，满足DPB所需环境和基质的工艺有单极和双极两种。单极工艺中DPB菌、硝化细菌和非聚磷酸盐细菌同时存在于悬浮生长混合液中，依次经历厌氧/缺氧/好氧三种环境，最具代表性的是BCFS工艺；双极工艺中硝化细菌独立于DPB存在于反应器中，以BCFS工艺和A2N工艺最具代表性。

3.2.1 BCFS 流程

BCFS工艺是在UCT工艺及原理基础上发展起来的，改进之处是增加了两个反应池、一个接触池和一个混合池；增加了两个混合循环Q1、Q3。接触池的作用是：使回流污泥与厌氧池出来的混合液在池内充分混合，吸附剩余的COD；有效防止污泥膨胀。混合池的作用是在不影响反硝化或除磷的情况下最大程度保证污泥再生；易于控制SVI；最大程度利用DPB，获得最小的污泥产量。混合液循环Q1的作用是增加硝化或同时反硝化的机会，从而获得良好的出水氮浓度。Q3起到辅助回流污泥向缺氧池补充硝酸盐氮的作用。

BCFS结合了生物和化学除磷工艺，是将生物除磷和化学除磷相结合进行在线磷分离和离线磷沉淀，充分利用反硝化聚磷菌的脱氮脱氮双重效应，达到完全除磷和最佳脱氮的效果。由于BCFS工艺中充分利用了污泥龄，容易满足硝化细菌生长所需的生长条件，因此污泥产量相对较低。目前，荷兰BDG公司和WGS工程咨询公司正在竞相争取BCFS的技术合作，开发设计同心反应池，实现计算机自动控制。但该工艺回流系统相对复杂，总回流比高，同时工艺流程也相对复杂。污水处理厂通常采用同心圆配置，运行管理相对复杂，运行费用较高。

3.2. 流程

1992年我们在国内率先开发出第一种以PHB为碳源进行厌氧污泥反硝化的工艺，取得了良好的除磷、脱氮效果。后来又提出了带双回流系统的硝化反硝化除磷工艺。该工艺是在厌氧池和好氧池之间增加沉淀池和固定膜反应器。固定膜反应器的作用是避免氧化造成的有机碳源的损失，稳定系统的硝酸盐浓度。污水在厌氧池中释磷，在沉淀池中实现泥水分离，含氮较多的上清液进入固定膜反应器进行硝化，沉淀出来的污泥与固定膜反应器中的NO一起进入缺氧段，完成反硝化吸磷。

该工艺优点在于可解决除磷系统反硝化碳源不足的问题，降低系统能耗，减少剩余污泥量，COD消耗低。

3.2.3A2N流程

硝化菌和反硝化聚磷菌分别培养在不同的污泥体系中，即双污泥体系，简称A2N工艺。A2N连续流反硝化除磷双污泥体系利用DPB中PHB的“一碳两用”实现脱氮除磷，为改进现有的污水生物脱氮除磷工艺提供了新思路。A2N-SBR工艺是一种新兴的双污泥反硝化除磷工艺，由AAO-SBR反应器和N-SBR反应器组成。AAO-SBR主要作用是去除COD和反硝化除磷；N-SBR反应器主要起硝化作用。这两个反应器的活性污泥完全分离，每次沉淀后的上清液相互交换。

彭永振等对连续流双污泥系统反硝化除磷特性进行了研究，研究发现A2N双污泥系统可以使硝化细菌和反硝化聚磷酸菌在各自的最佳环境中生长，有利于系统高效、稳定的反硝化除磷。当C/N比提高6.49时，TN、TP、COD的去除率分别为92.7%、97.95%、95%。

A2N工艺在实际应用中面临的主要问题是：当缺氧段硝酸盐量不足时，限制磷的过量摄入；而当硝酸盐量过多时，硝酸盐会随回流污泥进入厌氧段，干扰磷的释放和聚磷菌PHB的合成。

反硝化除磷技术将反硝化和生物除磷结合在一起，是一种可持续的生物污水处理工艺，目前已由实验研究转向工程应用，具有良好的发展前景。

1.4 结晶除磷

2 生物除磷技术

生物除磷技术主要是利用微生物的作用，将废水中的磷转化为微生物产生的磷，并通过污泥排出来完成除磷。

2.1 污水生物除磷机理

污水生物除磷是利用了聚磷菌对磷吸收过量的现象。聚磷菌一旦处于厌氧条件，就会将好氧条件下吸收的磷释放出来，然后进入好氧区后，聚磷菌就能对储存的PHB进行好氧分解，释放出的大量能量可供聚磷菌生长繁殖使用。当环境中存在溶解性磷时，一部分能量可供聚磷菌主动吸收磷酸盐，以聚磷酸盐形式储存，此时磷的积累量超过了微生物正常生长所需的磷量。可见，微生物在好氧条件下吸收的磷大大超过厌氧条件下释放的磷。由于系统经常排出剩余污泥，因此细菌过量吸收的磷也会被排出系统，因此可以获得较好的除磷效果。

2.2 污水生物除磷工艺

2.2.5氧化沟工艺

3 新型生物除磷技术——反硝化聚磷菌除磷工艺

3.1反硝化除磷机理

A large of and -scale and have also shown that when go the three of , and , about 50% of the can use both and NO3 as to , (DPB's is to about 50% of the total ). These , on the one hand, show that can also be used as an for some to PHB, and on the other hand, they also that DPB do exist in the of , and with DPB can be .

3.2反硝化和去除磷

这项技术对城市污水有良好的治疗，尤其是C/N比的污水一种是双极过程中的BCF过程，硝化细菌在反应器中独立于DPB。

3.2.1 BCFS流程

The BCFS is on the basis of the UCT and . The is to add two tanks, a tank and a tank; and add two Q1 and Q3. The of the tank is: the and the mixed from the tank are fully mixed in the tank to the COD; . The of the tank is to to the or ; easy to SVI; the use of DPB to the . The of the mixed cycle Q1 is to the of or , so as to a good . Q3 plays the role of the to to the tank.

BCF结合了生物学和化学磷的去除过程。很容易满足硝化细菌的生长，目前，污泥的输出相对较低，WGS工程咨询公司正在争夺BCF的技术合作，以开发和设计同心储罐，但是，该过程均应相对复杂。 RIC圆形配置，操作和管理相对复杂，并且运营成本相对较高。

3.2