污水处理工艺中SBR工艺是如何脱氮除磷的？
前言：今天是连载专栏【污水处理一千零一个问题】的第94期更新。 污水博物馆致力于为您提供有价值、有趣的国内外污水处理知识。 去年7月初，污水博物馆发布了“污水处理1001问”栏目，希望以“污水（废水）处理”的形式与大家分享国内外最新专业、有趣的“污水（废水）处理”相关内容和信息。 1,001 个问题”。 期待您的关注！
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大量氮、磷排放会造成水体富营养化。 因此，我国将氨氮和总磷作为评价污水处理厂处理效果的重要考核指标。 目前污水处理主要以生物反硝化为主，反硝化的原理是通过好氧硝化和缺氧反硝化将污水中的氮转化为无害的氮。
一、原理
总氮是指可溶性和悬浮颗粒中的氮含量，包括NO3-、NO2-、NH4+等无机氮和氨基酸、蛋白质、有机胺等有机氮。 生物反硝化首先在厌氧环境下通过氨化作用将有机氮转化为氨氮。 这个过程称为氨化过程。 氨化过程易于进行，可以在无数的处理设施中完成； 然后在有氧环境中，氨氮通过硝化作用转化为硝态氮； 然后在缺氧环境中，硝态氮通过反硝化作用转化为氨气，从水中逸出。
2、主要流程
反硝化的主要工艺有活性污泥法（A2O、氧化沟、SBR等）和生物膜法（生物滤池、生物接触氧化池、生物转盘等），对污水中的氮有良好的去除效果。 但其流程和操作存在一定的局限性和复杂性。
1、活性污泥法：
(1)A2O法：
即厌氧-缺氧-好氧活性污泥法。 污水流经厌氧、缺氧、好氧三个不同功能区的过程中，污水中的有机物、N、P在不同微生物菌群的作用下被去除。 A2/O法是最简单的同步磷反硝化工艺。 它的总水力停留时间很短。 在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下，可抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀。 SVI一般小于100，有利于处理后的污水与污泥的分离。 厌氧、缺氧段运行时只需轻轻搅拌，运行成本低。 该工艺在国内外广泛应用。
--优点：该工艺是最简单的同步反硝化除磷工艺。 总水力停留时间和总生产面积较小； 在厌氧和好氧交替运行的条件下，丝状菌不能大量增殖，不存在污泥膨胀； 污泥含磷浓度高，肥效高； 操作时不需农药，只需轻轻搅拌，操作成本低。
--缺点：除磷效果难以进一步提高。 污泥生长有一定限度，且难以改善； 反硝化效果也难以进一步提高。 内循环量不宜太大，否则运行成本增加； 沉淀池必须保持一定的水位。 应降低溶解氧浓度以减少停留时间，且溶解氧浓度不宜过高，以免循环混合液对反应器产生干扰。
（2）氧化沟：氧化沟又称连续循环反应器，是荷兰公共卫生研究所（TNO）于20世纪50年代开发的。 氧化沟是常规活性污泥法的改进和发展，是延迟曝气法的一种特殊形式。 其主要作用是供给氧气，保证活性污泥处于悬浮状态，使污水、空气、污泥充分混合接触； 促使水流以一定流速（不小于0.25m/s）沿池长度循环流动，这对于维持氧化沟的净化功能具有重要意义。 氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定化、能耗低、易于自动控制等优点。 但在实际运行过程中，仍存在污泥膨胀问题、泡沫问题、污泥上浮问题、流量不均、污泥沉积问题等一系列问题。
(3)SBR：间歇式活性污泥法简称SBR工艺。 一个运行周期可分为进水、反应、沉淀、排水、闲置五个阶段。 这种集成工艺的特点是简单。 由于只有一个反应池，不需要二沉池、回流污泥和设备。 一般不设调节池，多数情况下可省去初沉池。
主要特征：
大多数情况下，无需设置调节池； SVI值低，易沉降，一般不会引起污泥膨胀； 通过调整操作方式，进行磷、反硝化反应； 自动化程度高； 当时的治疗效果比连续型要好； 单向投资较少； 土地面积较大，处理水量较小。
有一个问题：
A2O和氧化沟工艺均需要较大的罐区面积和较高的基础设施成本； 污泥回流、沉淀过程复杂、耗能，一般小型污水厂难以承受，不适合污水厂改造； SBR工艺要求精度高，需要使用滗水器来保证出水水质，后期还要设置调节池来调节出水量，自动化程度要求高。
2、生物膜法：
生物滤池占地面积大，生物接触氧化池固定载体施工和维护难度大，且都容易发生堵塞，给污水厂的长期稳定运行造成很大困难。 生物转盘水量较小，仅适用于水量较小的污水处理厂。
3、新技术
(1)MBBR膜法：MBBR工艺是在生物过滤器和生物流化床技术的基础上发展起来的。 同时发挥了生物膜法和活性污泥法的优点，克服了生物膜法常见的填料堵塞问题。 且反冲洗能耗高，也克服了活性污泥法中污泥流失的问题，使生物处理效果更加有效； MBBR载体采用高分子聚合材料制成，高分子材料融入了多种有益微生物快速粘附和生长的微量元素，通过特殊工艺进行改性和结构化。 它们具有比表面积大、亲水性好、生物活性高、成膜快、处理效果好、使用寿命长等优点。
MBBR载体上可附着大量微生物，使生化处理系统的生物量在污泥浓度不变的情况下可成倍增加。 系统的处理能力和效率也相应提高，对不同水质的冲击能力也得到加强。 当MBBR载体上附着的生物膜达到一定厚度时，生物膜形成溶解氧梯度，使好氧池内载体内部仍存在缺氧区域，让反硝化细菌在载体内部进行反硝化作用，即，同时硝化和反硝化。 它可以有效节省碳源，使其在较低的碳氮比下仍具有良好的反硝化能力。
MBBR载体的密度小于1，挂膜后密度与水相近，可悬浮于水体中。 实际操作中，采用曝气+搅拌的方式，使载体在水体中流化，形成气液固三相流化，加强了气、液相与载体的接触，大大提高了含氧量。反抗。 利用效率有效降低曝气量和能耗。
MBBR工艺只需按原生化工艺的比例添加载体并设置载体网格即可。 无需大量基础设施即可强化脱硝能力，大大节省投资成本。 污水处理厂提标改造具有良好的发展前景。
(2)短程硝化反硝化：传统的反硝化工艺是将NH4+氧化成NO2-，再氧化成NO3-； 起作用的两种细菌是亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌，统称为硝化细菌。 可以得出以下结论：硝化过程比硝化过程产生更多的能量，因此前者的反应速率比后者快； 硝化过程中产生大量的H+，使系统的pH值降低，而硝化过程对系统的pH值没有影响； 亚硝化过程与硝化过程的好氧比为3：1； 亚硝酸菌和硝酸菌的生理特性大致相似，但前者的生存周期较短，生长速度较快，因此能更好地适应冲击载荷和恶劣的环境条件。 当硝酸菌受到抑制时，就会发生NO2-积累。 显然，在传统的硝化-反硝化反硝化工艺中，在反硝化细菌的作用下，反硝化过程既可以从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。 然而，在从NO2-到NO3-，再从NO3-再到NO2-的反复转化过程中，消耗了更多的溶解氧和有机碳源。 如果在实际过程中，控制这个转化过程，使NH4+全部或大部分转化为NO2-而不是NO3-，直接用NO2-进行反硝化，这个过程称为短程硝化-反硝化。 经过环保工作者的不懈努力，许多反应器已经实现了短路硝化-反硝化工艺；
与传统反硝化工艺相比，短程硝化-反硝化表现出以下显着优点：
A。 节能：硝化阶段氧气供应量节省近25%，降低能耗；
b. 节省外部碳源：在反硝化过程中，NO2-至N2比NO3-至N2的反硝化过程中，使用的有机碳源减少40%；
C。 可缩短水力停留时间：在高氨环境下，NH4+的硝化速度和NO2-的反硝化速度均快于NO2-的氧化速度和NO3-的反硝化速度，因此水力停留时间可缩短被缩短，反应器的体积也相应减小；
d. 可减少剩余污泥产量：亚硝酸菌表观生产力系数为0.04~0./gN，硝酸菌表观生产力系数为0.02~0.07 g VSS/g N，NO2-反硝化细菌和NO3-表观生产力系数反硝化细菌的数量分别为0.345 g VSS/g N 和0.765 g VSS/g N。 因此，短程硝化反硝化过程中污泥产量可减少24~33%，反硝化过程中可实现少产。 泥50%；
短程硝化-反硝化工艺存在的问题：
短程硝化反硝化工艺目前还处于研究阶段，实际应用项目较少。由于短程硝化阶段温度、pH值等因素较难控制，有必要开发更多的短程硝化反硝化工艺。完善的在线检测和模糊控制技术，实现稳定的短程硝化反硝化，从而不断扩大短程硝化反硝化工艺的应用。
（3）厌氧氨氧化：厌氧氨氧化是厌氧氨氧化菌在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化成氮气的生物反应过程。 该反应通常对外部条件（pH值、温度、溶解氧等）有严格要求，但由于该反应不需要氧气和有机物的参与，因此其研究和工艺开发具有可持续发展的意义； 厌氧氨氮处理之前一般先进行短程硝化过程，将废水中的部分氨氮转化为亚硝酸盐。 目前在焦化废水、垃圾渗滤液等废水处理方面已有成功的应用实例； 厌氧氨氧化是一种微生物反应，反应产物是氮气。
具有以下优点：
由于氨直接作为反硝化反应的电子供体，可以消除外源有机物（甲醇），既节省了运行成本，又防止了二次污染； 由于氧气得到有效利用，降低了供氧能耗； 由于部分氨不经硝化直接参与厌氧氨氧化反应，产酸减少，产碱为零。 这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行成本，减少二次污染。
(5)曝气生物滤池(BAF)：
曝气生物滤池是20世纪90年代初出现的一种新型污水处理工艺。 已在欧美、日本等发达国家广泛流行。 该工艺具有去除SS、化学需氧量、BOD、硝化、反硝化、除磷、AOX（有害物质）功能，特点是集生物氧化和截留悬浮物于一体，节省后续沉淀池（二沉）坦克）。 其体积负荷和水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资小。 、出水水质好、运行能耗低、运行成本低； BAF是第三代生物膜反应器，它不仅具有生物膜工艺技术的优点，而且还起到有效的空间过滤作用。 通过使用特殊的过滤材料和正确的气体分布设计。
BAF具有以下工艺特点：
A。 采用气体水平向上流动的方式，实现气体和水的良好均匀分布，防止气泡在滤料层凝结而造成空气堵塞。 氧气利用率高，能耗低；
b. 与下流过滤相反，上流过滤在滤池的整个高度上保持正压条件，可以更好地避免形成通道或短流，从而避免形成影响过滤过程的通道。 空气陷阱；
C。 向上流动形成有利于工艺过程的半柱推送条件。 即使在高过滤速度和负载的情况下，仍能保证BAF工艺的持久稳定性和有效性；
d. 采用空气-水平行向上流动，更好地利用空间过滤。 空气可以将固体物质带入滤床深处，在滤池内得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长反应时间。 冲洗循环，减少清洁时间以及清洁过程中使用的空气和水的量；
e. 滤料层对气泡的切割作用是延长气泡在过滤器内的停留时间，提高氧气的利用率；
F。 由于过滤器优良的截污能力，无需在BAF后面设置二沉池；
BAF工艺适用范围：城市污水、生活污水、生活杂排水、食品加工水、酿造等有机废水处理。
（4）STCC：“STCC污水处理及深度净化技术”是一种新型的多介质填料的“曝气生物滤池技术”。 该技术是在“土壤净化法”长期实践经验的基础上，利用当地的天然材料和废弃材料，开发出“不饱和碳”、“脱氮材料”、“除磷”等多种介质的填料具有自净功能的材料”形成复合填料床。 特殊的曝气系统在填充床内形成好氧、缺氧、厌氧交替的环境，达到脱氮除磷的目的； 技术名称STCC的意思是：ST代表（标准），第一个C代表（组合），第二个C代表（碳），STCC的意思是“污水处理和深度净化技术与碳基材料生物的标准化组合”以过滤器为核心。”
城镇污水处理后出水优于《国家城镇污水处理厂污染物排放标准（-2002）》A类标准，可达到《国家地表水环境质量标准》（-2002）IV类标准。
适用范围：城市生活污水处理及深度处理、生态城市污水处理厂、河湖水体净化修复。
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