城市污水处理脱氮除磷工艺技术与案例分析
彭永珍，中国工程院院士、北京工业大学环境学科首席教授。
彭永珍，中国工程院院士，北京工业大学环境学科首席教授
1.生物除氮除磷是一种具有成本效益的方法
环境污染和水体富营养化的严重性迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮磷排放标准，这也使得污水除氮除磷技术一度成为污水处理领域的热点和难点。在除磷方面，可以通过生物和化学方法除磷;在反硝化方面，生物反硝化是目前最经济、最有效的方法。混凝沉淀不能去除NH4+和NO3-，微滤、超滤、纳滤膜不能去除NH4+和NO3-。对于城市污水处理来说，全氮标准是关键和难点，生物脱氮是目前最经济、最有效的方法。
2、传统A/O脱硝除磷工艺中存在的问题
几种污水生物除氮除磷工艺的比较如图1所示。传统的A/O除氮除磷工艺（图2）存在两个问题：一是出水（包括NH4+、NOX--N）的总氮浓度与回流液的总氮浓度相同;二是出水总氮浓度（TN）高。
图1 几种废水生物脱硝除磷工艺对比
图2 传统A/O脱氮除磷工艺
3. 分段式进水A2/O工艺理论与技术
分段进水A2/O的深度反硝化脱磷工艺流程图如图3所示。分阶段进水A2/O深层脱硝除磷工艺特点：无需硝化液内回流，只需污泥回流;不需要额外的碳源来满足A类排放标准，尤其是TN排放标准;只有当需要深度反硝化和除磷时，才需要额外的碳源。
分段给水A2/O工艺的优点：脱氮除磷率高;最大限度地利用原水碳源;抗冲击荷载，减少二次沉淀池的固体荷载;防止丝状污泥膨胀;原有的污水处理厂易于改造。
图3 分段进水A2/O深层反硝化脱磷工艺
在北京高碑店污水处理厂进行了试点测试。
1、实验研究与过程控制
测试装置主反应器的有效容积为340 L。
垂直流二次沉淀池容积为88 L，采用中心进水口和周围三角堰出水口。
进水水质见表1，去除率见表2
表1 北京市高碑店污水处理厂进水量
表2 去除率
2、分段进水脱硝除磷工艺类型及技术特点
分阶段进水脱硝除磷工艺的工艺模式包括：四段式A/O分段进水脱硝脱磷工艺、A2/O分段进水工艺和改进型UCT分段进水深层脱硫除磷工艺。技术特点主要体现在以下三个方面：
4. A2/O-BAF同步脱氮除磷工艺及技术
一、研究背景及意义
目前，低碳氮比废水越来越普遍，传统脱氮除磷工艺问题更加突出。AAO的主要矛盾是碳源不足，低C/N比污水在我国非常普遍，城市污水厂的反硝化除磷面临污水中碳源短缺的问题。传统A2O脱硝除磷工艺难以克服的缺点：生物反硝化的前提是完成充分的硝化，需要较长的污泥龄;生物除磷的前提是残余污泥较多，需要较短的污泥龄;仅通过操作控制无法同时实现最佳脱氮和除磷效果。
2. AAO-BAF工艺介绍及深层除氮除磷实验研究
AAO-BAF工艺流程图如图4所示。深层除氮除磷实验研究：技术参数见表3，稳定运行时污染物去除率见图5。污染物在稳定运行的典型周期内的变化如图6所示。
图4 AAO-BAF工艺流程图
表3 A2O和BAF组合工艺技术参数
图5 稳定运行时的污染物去除率
图6 稳定运行期间典型循环中污染物的变化
进水TN=76.8 mg/L，TN平均去除率为81.2%。
进水TP=5.4 mg/L，平均TP去除率为90.3%。
平均出水量分别为TN≤13.2 mg/L和TP ≤ 0.23 mg/L
A2O-BAF工艺低温下COD的去除规律为：负荷为0.//d，COD平均去除率为86.2%。
厌氧段PAOs的放磷过程和缺氧段的反硝化消耗了大部分可生物降解的有机质，厌氧段和缺氧段出水的COD值分别为91.77 mg/L和48.08 mg/L。
好氧切片COD变化无统计学意义，但BAF中COD去除率仅为2.52%。
低温（14-15°C）下，AAO-BAF深层脱硝除磷性能：缺氧磷吸食率为91%，好氧磷吸食率为9%;在低碳氮比条件下，反硝化脱磷是该过程中除磷的主要方法。
3. A2O-BAF工艺的优点
5、分段进水A2/O达到A级升级改造案例——青岛城阳污水处理厂改造
传统A2/O工艺存在的问题有：（1）硝化不完全;（2）冬季气温较低时，出水NH4+-N难以控制在5mg/L以下;（3）反硝化不完全;（4）TN去除率低，平均仅为27%;（5）除磷效果差;（6）出水中总磷含量高，平均值为1.9mg/L;（7）进水中有机碳源未充分利用;（8）大量溶氧进入缺氧池，破坏缺氧环境，脱硝效率低。（9）混合效果不好，搅拌机功率小，缺氧区有明显的浆水分离界面;（10）好氧池与缺氧池隔墙截面过大，有回混现象。
三段式进水A2/O工艺的改造如图7所示，改造后的出水达到一级A排放标准。升级后的特点和优点：不增加辅助结构，不增加总水力停留时间;一般情况下，没有外部碳源达到甲级标准;加强缺氧反硝化工艺，缩短好氧时间，提高TN去除率。悬浮填料的加入增加了生物量和硝化菌，加强了硝化过程。减少曝气时间和功耗。
这是迄今为止唯一一个被中国环保工业协会评为达到甲级标准的城镇污水治理示范工程。国家环保产品质量监督检验中心的检验报告见表4。
图7 三段式入口A2/O工艺改造流程图
聚焦科技研发，推进开放式合作
彭永振院士团队介绍
北京工业大学水污染治理研究所现有教师12人，其中教授6人，副教授2人。35岁以下的教师有8人，占80%。研究方向为污水处理系统自动控制与智能控制、污水生物除氮除磷新技术理论与应用、SBR工艺创新及其过程控制、生物污水处理新理论新技术、水环境与污水处理工程管理信息系统等。
团队技术领先，屡获殊荣。
来源 |环保水圈、农村污水、黑臭水体等公众账号
编辑 | 赵博士。污水处理工作室