6000字让你轻松读懂12个脱氮除磷工艺！

6000字让你轻松读懂12个脱氮除磷工艺！

生物脱氮除磷（BNR）是指通过生物处理去除废水中营养物氮和磷的过程。脱氮除磷工艺经过几十年的发展，已经演变成多种工艺和工艺变型，为我们选择废水处理技术路线提供了许多选择。

1.A2/O工艺

1.厌氧池

图1为传统A2/O工艺流程，第一段为厌氧池，此池主要作用是释放磷（具体反应机理见上节）。其次，在此池内还可发生水解酸化反应。原水与二沉池返回的含磷污泥混合后，在兼性厌氧发酵菌的作用下，部分易生物降解的大分子有机物被转化成小分子挥发性脂肪酸（VFA）。聚磷酸盐菌将细胞内的聚磷酸盐水解为正磷酸盐并释放到水体中，释放出的能量可供转变为好氧的聚磷酸盐菌在厌氧抑制环境中生存，同时吸收水解后的小分子有机物合成PHB并储存于体内。另外，由于细胞合成作用，部分NH4+-N被去除，而回流污泥的稀释作用又使污水中的NH4+-N浓度降低；另外，回流污泥中的NO3--N进入厌氧池后，利用原水中易降解的有机物，很快被还原为氮气并释放出来，会部分去除进水中的有机物，该池出水几乎不含NO3--N。

影响因素：对于高氨氮废水，污泥回流携带有大量的NO3--N，当硝态氮浓度≥4mg/L时，邻池释放的可溶性有机物量会减少，池内不能形成良好的兼性厌氧环境，不仅不利于邻池的释磷反应，也不利于大分子有机物厌氧发酵成小分子有机物，不利于释磷反应的进行。

2. 缺氧池

废水经过厌氧池后，进入缺氧池，此池的首要作用是脱氮反硝化。硝酸氮由好氧池经内循环进入缺氧池，回流比按总氮去除率计算（见公式1）。混合液进入缺氧段后，反硝化菌利用污水中的有机物，将回流液中的硝酸氮还原为氮气并释放到空气中。因此，有机物和硝酸氮的浓度将大大降低。其次，此段可能发生磷的释放和吸收（反硝化除磷）反应，或者两者同时存在。另外，在生活污水处理过程中，缺氧池末端的COD基本都在50以下甚至更低，不考虑好氧池同时进行的硝化反硝化作用，TN浓度基本与出水相同。

η=r/（1+r）————1

式中：η——总氮去除速率；

r：回流比

3. 有氧池

混合液由缺氧池进入好氧池，曝气池的这个反应单元是多功能的，BOD去除、硝化、吸磷等反应都在这个反应器中进行。混合液的有机物浓度已经很低了，聚磷菌主要通过分解体内储存的PHB来获取自身生长繁殖的能量，同时吸收水中过量的可溶性正磷酸盐，以聚磷酸盐（Poly-P）的形式储存在细胞内，剩余的污泥沉淀后排出，达到除磷的效果。有机氨被氨化后再硝化，氨氮浓度明显下降。随着硝化过程的进行，硝酸盐氮浓度升高，碱度降低（对于高氨氮废水，需向好氧池投加大量碱以维持硝化反应）。

4.A2/O工艺优缺点

优点：同步脱氮除磷；反硝化过程为硝化提供碱度；释磷和反硝化过程中同时去除有机物；污泥沉降性能好，SVI值一般在100以下。

缺点：①回流污泥中含有硝酸盐进入厌氧区，影响除磷效果；②反硝化受内部回流比影响；③聚磷菌和反硝化菌都需要易降解的有机物。

A2/O是一种非常成熟的脱氮除磷工艺，后面介绍的其他脱氮处理工艺基本上都是针对A2/O工艺的缺点进行改造，在节能的基础上满足出水要求。

A2/O工艺运行中经常会出现一些问题，如：丝状菌膨胀、污泥老化、SVI值过高、厌氧、缺氧池表面出现黑色或黄色浮泥、曝气池表面出现白色泡沫或粘稠黄色泡沫、二沉池漏泥等。这些问题，除了进水指标波动、设计缺陷等原因外，都是由于工艺参数控制不好造成的。关于工艺参数的控制，本书中只给出了一个参考值，如：

溶解氧：2-4毫克/升

泥龄：10-15d

碳氮磷=100:5:1

反硝化碳氮比：（4-6）：1

碳磷比：20:1

MLSS：3000-/升

混合液回流比：200-300%

污泥回流比例：50-100%

厌氧、缺氧池搅拌功率：4-8W/m³（我根据水质和池型选择）

HRT：6-8h（对于市政污水，实践经验告诉我，用这个停留时间的人都会哭）

无氧：缺氧：有氧停留时间：1：1：（3-4）（这也是让人泪目的一个）

甚至有些半吊子的设计人员，也按照这些工艺参数来设计工业废水，对此，我真的很佩服设计人员的大胆和业主的抠门。

这些工艺参数仅供参考，还需根据自己污水厂/污水站的实际情况调整运行参数，才能达到良好的处理效果。所以各位污水工程师在运行过程中，需要分析问题，找到问题的根源，而不是盲目的排泥、加碳源、加营养物、增加/减少曝气等。自我分析问题之后，可以在社区或者群中讨论，而不是一出现问题就去问别人。每个污水厂/污水站的情况不一样，别人只会给你说他们遇到的情况，但不一定适用于你运营的污水厂，有时候，同样的现象在不同的​​污水厂会以完全相反的机理发生。

2.倒置A2/O工艺

与常规A2/O工艺相比，倒置A2/O工艺（见图2）从前至后为缺氧-厌氧-好氧。该工艺设计的初衷是为了减少污泥回流中硝态氮对厌氧释磷的影响，特别是针对高氨氮废水污泥回流携带大量硝态氮，抑制厌氧释磷反应。同时为了解决碳源分配问题，采用两点进水方式，提供厌氧释磷中有机物的消耗。

本工艺中硝酸盐氮在前端缺氧池中被完全反硝化，消除了硝酸盐氮对厌氧释磷的不利影响，保证了厌氧释磷的稳定。而且磷释放后，聚磷菌直接进入生化效率相对较高的好氧环境，使厌氧条件下形成的磷吸收能力得到更有效的利用。

有些设计人员在倒置A2/O工艺设计时省略了混合液回流，通过增加二沉池污泥回流来满足反硝化需求。虽然增加污泥回流不会改变二沉池的比表面积负荷率，但在一定程度上降低了二沉池的沉淀时间，因此不建议这样做。

厌氧释磷的实际停留时间（包括回流）一般要求在0.5-2h，倒置A2/O虽然满足了硝态氮对厌氧释磷的影响，但需要增加厌氧池的容积才能满足厌氧释磷的实际停留时间的要求，增加了土建费用。同时需要控制好多次进水，调节厌氧池和缺氧池的碳源配比，才能达到良好的脱氮除磷效果。

该工艺适用于原水中TN含量较高的废水，只要合理设计缺氧池的容积，就能达到完全反硝化，从而为厌氧释磷提供良好的厌氧环境。

3. A+A2/O工艺及JHB工艺

A+A2/O工艺（见图3）与A2/O工艺相比，在厌氧池前段增加了一个预反硝化池，主要是为了解决污泥回流携带的硝酸盐对厌氧释磷的影响，该工艺的目的与UCT工艺相同。

该工艺在进水TN含量较高时不太适用，因为污泥回流携带大量硝态氮，而前置反硝化池因设计停留时间较短（一般为0.5～0.8h）不能进行完全反硝化反应，影响厌氧释磷。

1991年等提出了（JHB）工艺，该工艺在A2/O工艺至厌氧区的污泥回流路线中增加一个缺氧池（见图4）。来自二沉池的污泥可利用进水中约33%（进水分配可调）的有机物作为反硝化碳源去除硝酸盐氮，从而消除了硝酸盐对厌氧池厌氧释磷的不利影响。

其实这两个工艺是一样的，只是叫法不同而已。在设计上，A+A2/O工艺也会设计多个进水点，毕竟碳源的有效分布才是关键。

4. UCT 流程

A2/O工艺的回流污泥很难保证不含硝态氮。为了彻底消除硝态氮对厌氧池的干扰，南非开普敦大学于1983年开发了UCT工艺（见图5），将污泥回流至缺氧区，并增加缺氧段向厌氧段的缺氧混合液回流，使污泥在缺氧反硝化后再回流至厌氧区，降低了回流污泥中的硝态氮含量，尽可能避免硝态氮对厌氧磷释放的影响。同时，此工艺中始终存在反硝化除磷现象。但当进水碳氮比较低时，缺氧池不能实现完全反硝化，仍有一部分硝态氮回流至厌氧区，对厌氧磷释放造成不利影响。

书中给出的设计参数为：厌氧区HRT 1-2h；缺氧区HRT 2-4h；好氧区HRT 4-12h；污泥回流比例80%-100%；缺氧回流比例200%-400%；硝化液回流比例100%-300%。（以上数据仅供参考，设计需根据实际水质情况确定。）

5. MUCT 工艺

与A2/O工艺相比，UCT工艺在适当的COD/KTN比值下，通过缺氧池的反硝化作用，可以使厌氧池回液中的硝酸氮含量接近于零。当进水COD/KTN较低时，缺氧池不能实现完全反硝化，导致一部分硝酸氮随缺氧池返回厌氧池，由此产生了改良UCT工艺—MUCT工艺（见图6）。

MUCT工艺有两个缺氧池，第一个缺氧池接收二沉池回流污泥，后一个缺氧池接收好氧池回流硝化液，这样污泥的反硝化和混合液的反硝化完全分离，进一步降低了硝酸盐进入厌氧池的可能性。

本工艺主要目的是优化除磷效果，第二缺氧池进水中含有一定量的碳源，这部分碳源的反硝化速率较高，当这部分碳源耗尽后，还可进行内源呼吸反硝化，虽然反硝化速率较低，但可以进一步提高TN的去除率。

6. 工艺系列

6.1 工艺流程（两级AO工艺）

(1974)开发的工艺属于早期的生物反硝化(除磷)工艺，其目的是在不加入外加碳源的情况下，达到90%以上的反硝化率。如图7所示，在第一缺氧段，硝化段出来的混合液在内回流中含有大量的硝酸盐氮，在第一缺氧段，原水中的碳源作为反硝化的电子供体，此段去除的硝酸盐氮约占70%(根据设计停留时间不同，去除率也不同)。BOD去除、氨氮氧化和磷吸收均在硝化(第一好氧池)段完成。第二缺氧段提供充足的停留时间，通过混合液的内源呼吸进一步去除残留的硝酸盐氮。最后的好氧段为混合液提供了较短的曝气时间，以减少二沉池进入厌氧状态和磷释放的可能性。

6.2 五阶段流程（简称流程）

由于发现该工艺中混合液回流中的硝态氮对生物除磷有十分不利的影响，通过对该工艺的中试研究，（1976）提出了一种真正的生物反硝化除磷工艺（见图8），即在工艺前段增加厌氧区。此工艺在南非称为五段工艺（简称该工艺），在美国称为改进工艺。改进工艺通常以低污泥负荷（较长泥龄）模式设计和运行，以提高反硝化效率。

五段工艺所采用的SRT较A2/O工艺较长（10-20天）。其他设计参数为：厌氧区HRT=0.5-1h；第一缺氧区HRT=1-3h；第二缺氧区HRT=2-4h；第一好氧区HRT=4-12h，第二好氧区HRT=0.5-1h；污泥回流比例为50%-100%；混合液回流比例为200%-400%。（以上数据仅供参考，具体设计请根据水质情况更改。）

6.3 三级改进工艺（或A2/O工艺）

试验表明，五级工艺不能将硝酸盐含量降至零。与第一缺氧区相比，第二缺氧池采用内源性呼吸反硝化，导致单位体积的反硝化速率很低。第二缺氧池的低效性促使和（1978）提出在某些情况下可以取消第二缺氧池，适当扩大第一缺氧池，以获得最大的反硝化处理效果和最低的回流污泥硝酸盐浓度，即三级改进工艺（见图9），也就是目前普遍采用的A2/O工艺。

7. 约翰内斯堡（）工艺

此工艺起源于南非约翰内斯堡，属于UCT变种工艺。此工艺（见图10）主要目的在于尽量减少污泥回流进入厌氧池的硝态氮，提高进水浓度较低的废水的处理效率（其实反硝化过程就是碳源合理配置的问题，不考虑反硝化除磷，低COD废水去除的磷越多，反硝化脱氮效果越差，关键看操作人员如何取舍）。回流的活性污泥直接进入缺氧池，有足够的停留时间利用内源呼吸还原污泥中携带的硝态氮，然后进入厌氧区进行磷释放反应。（题外话，有些资料里将此工艺归类为JHB工艺，我觉得知道工艺原理就够了，有些问题就不用担心了。）

8. PASF 工艺

近年来，有不少研究提出将活性污泥法与生物膜法（无污泥膜共存工艺）相结合，以缓解A2/O工艺中各类细菌群落对污泥龄要求的矛盾。此时系统中存在两类细菌群落：短泥龄悬浮活性污泥和长泥龄附着于生物膜的细菌群落，可有效解决硝化细菌和聚磷细菌的污泥龄矛盾。在此基础上开发的工艺即为PASF工艺（见图11）。该工艺分为两段，前段采用活性污泥法，主要包括厌氧、缺氧、好氧、二沉等；后段采用生物膜法，主要采用曝气生物滤池或添加填料的生物膜池。

本工艺中硝化作用主要集中在曝气生物滤池内，大量的硝化反应在二沉池之后完成，避免了携带硝氮的污泥回流对厌氧释磷的影响。另外，硝化细菌和聚磷菌的分离，更有利于创造最适合各类细菌生长的环境。本工艺中细菌群落分离具有很强的特异性，可以缩短各反应器的停留时间。同时，在前段活性污泥法无好氧除磷的情况下，可以大量富集反硝化除磷菌（DPB）发生反硝化除磷反应，节省碳源和能耗。

本工艺设计中好氧池起着降低污泥沉降比，进一步降低BOD的作用（不影响硝化反应），其几乎不参与硝化反应，因此池内停留时间可以很短（1-2h）。

9. 技术

（1992）首次提出了双污泥反硝化除磷工艺的原型（见图12）。

所谓双污泥系统，就是在固定膜生物反应器中硝化细菌和反硝化除磷细菌（DPB）独立存在，此工艺解决了聚磷菌与反硝化细菌竞争碳源的问题（参考反硝化除磷原理），也巧妙解决了活性污泥系统中培养硝化细菌所需SRT较长的缺点。

在此过程中，含DPB的回流污泥首先释放磷，将PHB储存在厌氧池中。经快沉池分离后，富含DPB的污泥超越固定膜反应器至缺氧池，含有氨氮的上清液直接进入固定膜反应器进行好氧硝化。生成的硝化液流入缺氧池与DPB污泥接触，完成反硝化除磷反应。由于DPB污泥不经过好氧池，其中的PHB几乎全部用于反硝化吸磷。由于DPB每吸收1份正磷酸盐需要7份NO3--N，所以当污水中的N/P低于7时，说明缺氧池中硝态氮含量不足，导致除磷不完全。因此需在缺氧池后增加复氧池，保证TP稳定、达标。

实际上该工艺仍存在一定的缺陷,如:①厌氧池不能完全吸附有机物,导致固定膜反应器进水中BOD升高,一方面抑制硝化反应,另一方面造成有机物的浪费和能耗增加;②当进水中氨氮含量较高时,缺氧池中的反硝化除磷菌不能完全去除硝酸盐氮,导致出水TN升高。