在日益严格的排放标准和严厉的环保监管下，污水处理厂的升级改造已成为必然，而脱氮除磷是升级改造的核心技术内容。

早在20世纪末的欧洲（特别是荷兰），脱氮除磷的理论和实践就已经非常成熟。 基于“反硝化除磷（DPB）”的同步脱氮除磷工艺（BCFS）的规模化工程应用以及“厌氧氨氧化（ANAMMOX）”现象的发现和证实，预示着可持续污水时代的到来治疗技术的到来

我国脱氮除磷技术的应用几乎与欧洲同步。 至此，已经形成了基于A2/O及其变体的脱氮除磷技术。 但在实际应用中发现A2/O具有良好的反硝化效果，但生物除磷普遍较差（出水TP>1.0mg/L），必须依靠后端化学除磷来满足严格的排放标准（TP<0.5 mg/L）。

对此，国内工程界和学术界形成了各种认识和争论，其中不乏误解。 本文主要围绕“反硝化与除磷存在污泥龄矛盾”、“生物脱氮简单、化学除磷容易”、“多级AO优于A2/O”、“MBR可产率高”等方面进行阐述。 ——优质出水”和“MBBR适合升级改造”等五个误区，通过理论分析、实验数据、数学模拟等详细解释和澄清。

误区一：泥龄脱氮与除磷存在矛盾

传统观点认为硝化细菌（AOB/NOB）所需的最小固体停留时间（SRT）比聚磷细菌（PAOs/DPB）长。 如果SRT满足硝化细菌的生长条件，磷细菌将无法从系统中排出更多，导致系统除磷效果不佳。 正是基于这样的认识，污泥龄脱氮与脱磷之间存在着矛盾。

在对BCFS反硝化除磷系统中两种细菌在不同温度下的最小SRT进行模拟实验时，发现（如图1所示）除磷细菌所需的最小SRT比硝化细菌短，但差别不大（仅相差1天）。 ，可视为工程上无差异（即不存在泥龄矛盾）。 在同步脱氮除磷系统中，SRT不能太短，否则磷菌将无法正常生长繁殖，低SRT下的排泥除磷也没有意义。 从图1可以看出，在低温（T<10℃）条件下，磷菌的生长受温度影响较大。 此时，磷菌的最小SRT甚至显得比硝化菌长。

图1 反硝化除磷系统中硝化菌与除磷菌最小SRT对比

可见，脱氮与除磷污泥龄的冲突只是一种主观猜想，是仅仅比较两种细菌的​​世代时间而衍生的误解。

误区二：生物除磷+化学除磷是低碳源污水的策略

从图2可以看出，化学除磷具有宏观效果好、微观效果差的特点。 根据化学反应动力学，初始PO43-浓度越高，化学反应所需的金属离子与P物质的量之比越低，反之亦然。

图2 化学除磷工艺流程

笔记：

1、图中箭头处的数据为Fe/P或Al/P物质的比值；

2.铁盐为FeCl3·6H2O，铝盐为Al2(SO4)3·18H2O；

3、宏观阶段初始磷浓度为20mg/L，微观阶段初始磷浓度为2.85mg/L。

如图2所示，分阶段添加化学药剂虽然可以节省化学药剂的用量，但需要较长的反应时间。 如果在反应开始时加入大量化学物质，可以缩短反应时间。 但如果采用化学除磷，将污水中的PO43--P（2~5mg/L）降低到IV类水标准（TP≤0.3mg/L），则可溶性PO43--P的最低浓度为0.1mg/L，另外0.2mg/L在初始SS中考虑）。 化学品用量过多造成的运营成本增加以及化学品生产和运输过程中产生的间接碳排放，都与污水处理的节能降耗目标背道而驰。

另一方面，生物除磷具有微量效果好的显着特点。 在充分满足磷菌生长条件（缺氧/好氧动态循环生长环境）和所需环境条件（保证还原转化所需醋酸碳源存在）的前提下，磷菌可以在缺氧状态下生存（ DPB）和良好的条件。 在有氧（PAOs/DPB）环境下，水环境中几乎所有可溶性PO43--P都能被细胞吸收，形成poly-P（聚磷酸盐）。 泥水分离后上清液中的可溶性PO43--P可降至“0”。

从生物脱氮除磷技术来看，A2/O或UCT完全是根据磷菌所需的动态生长环境而设计的，有利于磷菌的大量积累。 但在工程实践中，由于我国部分地区污水C/P、C/N较低，磷菌的正常生长可能会受到限制。 但从A2/O或UCT中发现的反硝化除磷现象来看，生物反硝化和除磷是通过DPB细菌“结合”起来的，无形中使脱氮除磷所需的碳量增加了一倍。 来源。 因此，对于低碳源脱氮除磷工艺，首先要考虑的是如何为DPB创造最大限度的富集条件。 在这方面，通过模拟实验已经证实UCT明显优于A2/O。

因此，通过生物法和化学法分别处理反硝化和除磷并不是低碳源污水反硝化和除磷的最佳策略。 最终，将以更大的化学品用量和增加的间接碳排放为代价。

误区三：多级A/O除氮除磷效果优于A2/O

多级A/O工艺以Bardenpho工艺为代表，后来又衍生出多点进水的多级A/O工艺，如图3所示。

图3 典型的多级A/O工艺流程

Bardenpho工艺出现于20世纪70年代，当时反硝化除磷尚未被发现。 根据设计原理，该工艺将反硝化和除磷分离。 通过预反硝化，污水中的大部分氨氮在第一好氧池（O1）中被硝化，并返回第一缺氧池（A1）进行反硝化。 二级A/O除磷原理上，即通过二级厌氧池（A2）释放磷，通过二级好氧池（O2）吸收磷。 然而，该过程在第一级A/O（A1反硝化、O1碳氧化）中消耗了大部分进水碳源（特别是VFA），剩下的碳源全部留给第二级A/O。 剩下的不多了（尤其是磷细菌必需的VFA）。 在这种情况下，除磷菌就很难生长繁殖，谈生物除磷就没有意义了。 显然，Bardenpho工艺要具有同时脱氮除磷的功能，进水中的碳源必须极其充足。 在满足反硝化（A1）和直接碳氧化（O1）的需要后，仍然会有碳源（VFA）剩余，所以为了保证A2中磷菌对乙酸的吸收，O2可以吸收磷。

在多点进水、多级A/O的工艺设计中，碳源分阶段进入三个厌氧（实际上是缺氧）池，但“厌氧”池中主要发生的是常规反硝化。 首先，污泥回流中的NO3-首先在A1中反硝化，并与磷菌竞争碳源。 接下来，O1池中硝化产生的NO3--N将进入A2，以此类推。 事实上，这个过程与Bardenpho类似，主要以硝化和反硝化作用为主，磷细菌很难获得有利的生长。

基于之前A2/O模拟中使用的相同水质、水量和反应罐容积，分别对图3所示的两个过程进行模拟，结果如图4所示。对于TN，Bardenpho的效果最好去除效果（比其他两种工艺低1~2 mg N/L）。 除磷效果差异较大。 Bardenpho几乎没有除磷作用。 多点进水工艺有一定的除磷效果，但与A2/O相差甚远。 若将A2/O改性为UCT，除磷效果会更好。

图4A2/O、Bardenpho和多级A/O工艺水模拟对比

误区四：MBR是低氮低磷出水的选择

A2/O+膜过滤（MBR）似乎已经成为我国污水处理升级改造的“标准配置”。 有业内人士认为，为了使出水达标，缓解水体黑臭，必须采用MBR。 事实上，MBR对生物净化功能（特别是脱氮除磷）几乎没有增强作用，而只能积累较高的生物量。 相反，曝气池内生物量高意味着污泥排放量低，而生物除磷是通过将生成的富磷污泥以剩余污泥的形式排放来实现的，这对生物除磷非常不利。 而且，该膜只能截留不溶性SS。 如果前端吸磷效果不好，可溶性PO43-就无法拦截。

A2/O和UCT工艺的模拟结果表明，UCT的除磷效果远优于A2/O。 只要出水SS保持<5 mg/L，出水TP甚至可以达到北京地方标准（≤0.3 mg P/L）。 为将传统二沉池出水SS=10 mg/L降低至SS≤5 mg/L，可采用传统砂滤。

另外，从能耗、占地、成本、清洁等方面对MBR进行综合评价表明，MBR不是一个可持续的工艺。 鉴于此，荷兰仅有的几套MBR工艺在经历了几年因清洗（膜污染）带来的高能耗和高运行成本后被拆除，重新回归到传统的活性污泥+砂滤工艺。 对于比中国更缺土地的荷兰来说，这是明智之举。

误区五：MBBR适合升级改造

轻质悬浮填料的出现带动了生物膜技术的空前发展。 人们希望在曝气池中添加悬浮填料，以使生物质（活性污泥）的悬浮生长量增加一倍以上。 生物质（生物膜）的增值，也促进了MBBR（移动床生物膜反应器）工艺的出现和应用。 理论上，单位体积生物量的增加既可以减小反应器的体积，也可以增加反应器对污染负荷的处理能力。 因此，MBBR应运而生。

针对污水处理中各种细菌所需的生长环境，在A2/O好氧缺氧池中投入填料，使生物量增加一倍，可强化碳的氧化、硝化、反硝化作用。 然而，将填料放入厌氧池中可能只会有助于颗粒有机物的水解和酸化，而不会促进磷菌的倍增，因为磷菌是一种“动态”细菌，需要处于厌氧缺氧/缺氧状态。条件好。 它可以在有动态氧气循环的环境中生长。 厌氧池中投入的填料显然很难满足这种环境需要，因此磷菌不会像常规的异养菌（OHO）和硝化菌那样大量繁殖。 只有在SBR反应器中添加填料才有可能获得PAOs/DPB、OHO和AOB/NOB同时倍增的机会。 因此，填料对A2/O等连续流工艺生物除磷的增强作用仅限于水解和酸化，并不会明显提高除磷效果。

总之，在MBBR中添加表观比表面积填料，有利于生物膜生长、老化和脱落，避免有机物沉积。 产生的生物体数量的增加也将有助于生物净化。 但对于城市污水，传统活性污泥法只需维持3 000~4 000 mg/L MLSS，即可完全有效去除COD、N、P，无需额外添加填料增加太多生物质，除非进水中各种污染物的浓度极高。 然而，添加的填料对生物除磷（连续流工艺，如 A2/O）没有贡献。 反而会造成悬浮污泥破碎细化，造成二次沉淀困难。 最后，我们不得不求助于后端膜分离（MBR）来解决出水SS分离的问题。 这将延长流程、消耗能源、并使运营管理复杂化。

结论

日益严格的污水处理排放标准和环境监管执法，不仅使现有污水厂普遍面临升级改造的困境，也给新建污水处理厂的工艺设计提出了选型问题。 行业在追求新技术、新工艺的过程中，已经形成了传统工艺无法满足严格排放标准的“共识”。 对于城市污水来说，脱氮除磷是重中之重。 至于出水COD需要达到超低排放标准（<30mg/L），只是标准制定不科学的问题（荷兰出水COD允许120mg/L，但要求BOD5为1） mg/L；惰性COD进入水体时不会消耗氧气，不会对健康造成任何危害）。 在脱氮除磷方面，低碳源普遍是我国污水的一个特点，但这并不意味着传统工艺无法应对低碳源下的脱氮除磷问题。

反硝化除磷给低碳源污水反硝化除磷带来了福音。 在DPB的作用下，原本被认为是分开的反硝化（反硝化）和吸磷（好氧）在缺氧环境（以NO3的形式——作为电子受体）合二为一。 另外，可采用厌氧上清液流量测定沉淀/回收磷的方法，充分发挥其化学除磷宏观效果好、生物除磷微观效果好的特点。 只需添加少量化学品即可解决低碳源和磷回收问题，达到事半功倍的效果。

回到传统工艺，例如A2/O，尤其是UCT，反硝化除磷和侧流磷回收可以轻松实现。 完全可以放弃前端添加碳源（反硝化）和后端添加化学品（常规脱氮除磷方法不需要无限延长工艺流程（多级AO、后端深V）过滤器等），也不需要借助MBR或MBBR等无助于生物除磷的所谓新工艺。

原始信息：郝小迪、方晓敏、李天宇、吴媛。 污水处理厂提标改造的误区[J]. 中国给排水, 2018, 34(04): 10-15.DOI: 10.19853/j.zgjsps.1000 -4602.2018.04.003.

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