近年來我國水體富營養化問題日趨嚴重，如滇池、太湖都出現了氮、磷污染。依據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準規定，污水處理工藝方案必須有除磷脫氮功能，為滿足排放標準工程設計上就必須在污水生物或二級處理后增加除磷脫氮工藝。故除磷脫氮深度處理工藝是防治水體氮、磷污染的最有效的方法。
生物除磷脫氮工藝是目前污水處理廠設計中廣泛采用的工藝，也是實際工程運行中較為經濟和常用的方法，故本文重點介紹生物除磷脫氮工藝。
1生物除磷脫氮機理
1.1 生物除磷機理
生物除磷理論基礎是“聚合磷酸鹽（Poly-P）累積微生物”的攝磷釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下受壓抑，消耗糖元，將細胞內的聚合磷酸鹽水解為磷酸鹽并釋放，產生的能量用來吸收降解環境中的有機物，轉化為胞內碳源儲存物PHB（聚β羥丁酸）貯存起來。當進入好氧環境內，聚磷菌以O2為電子受體，降解胞內貯存的PHB產生能量，過剩的能量從環境中攝磷，以聚磷酸高能鍵的形式貯存，形成高濃度含磷污泥，含磷污泥隨剩余污泥排出，水中的磷得到去除。[1]
1.2 生物脫氮機理
生物脫氮理論基礎是“氨化-硝化-反硝化”三步脫氮原理。
氨化：污水中的含氮有機物在好氧條件下，被氨化菌分解、轉化為氨態氮。硝化：氨態氮在好氧條件下，被硝化菌分解氧化，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4）轉化為亞硝酸氨；然后，亞硝酸氨在硝酸菌的作用下，進一步轉化為硝酸氨。反硝化：硝酸氨和亞硝酸氨在缺氧條件下，被反硝化菌還原為氣態氮，水體中的氮得到去除。
2除磷脫氮傳統工藝
根據上述機理，生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個不同過程的交替循環，經過多年發展，目前污水廠采用較廣泛的工藝有：A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝。
2.1 A2/O工藝
A2/O法是同步除磷脫氮工藝，即Anaerobic-Anoxic-Oxic厭氧-缺氧-好氧工藝，A2/O工藝是在上世紀70年代由美國專家在A/O工藝的基礎上開發的，在原工藝中間加一缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達到硝化脫氮的目的。
厭氧區（A），主要功能是釋放磷，同時氨化；缺氧區（A），首要功能為脫氮，硝態氮是通過好氧反應器混合液回流（內循環）送來的；好氧區（O），本去需設置曝氣設備，為反應器充氧，反應器功能為：去除BOD，硝化反應，吸收磷，并內循環混合液至缺氧反應器。[2]
A2/O工藝效果穩定，同步除磷脫氮，水力停留時間短，在厭（缺）氧、好氧交替運行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹(SVI<100），有利于后續泥水分離，運行費用低。在實際工程設計中還需設置二沉池和鼓風機房，回流設備和回流構筑物。占地大，對管理要求高，故本工藝一般用于大中型污水廠。
2.2 SBR工藝
SBR工藝即間歇式活性污泥處理系統。其工作原理是：流態上完全混合，有機物降解是時間上的推流。反應器的間歇運行，是通過其主要反應器-曝氣池的運行操作而實現的。然而傳統的SBR工藝除磷脫氮效果一般，為提高處理效果，派生出一系列的改良工藝。如CAST工藝將反應階段設計成為缺氧-好氧-厭氧環境；而ICEAS工藝反應階段反復“曝氣好氧，閑置缺氧”；都能取得較好的去除效果。[3]
2.3 氧化溝工藝
氧化溝是我國污水處理廠常用的工藝形式。氧化溝工藝是上世紀50年代由荷蘭的巴斯威爾（Pasveer）所開發的一種污水處理技術，通過不同溶解氧濃度梯度，實現厭氧、缺氧、好氧除磷脫氮。
3除磷脫氮新工藝發展
上述工藝隨廣泛應用，但也存在一些問題，如：投資大，運行費用高等。隨著污水處理技術的發展，出現了一批能耗低，投資省，管理簡單的處理工藝。下面介紹三種新型工藝：生物倍增工藝、MSBR工藝及分點進水工藝。
3.1生物倍增（Bio-Dopp）工藝
生物倍增污水處理工藝是由德國恩格拜環保技術公司開發的一項先進處理技術。該工藝由Bio-Dopp特有的曝氣系統、固定床以及快速澄清池組成。在這一個反應器內同時實現：生物除磷脫氮、氧化去除有機物、污泥硝化穩定。
Bio-Dopp工藝集中污水生物處理工藝的優點，把微生物去除過程集中在一個反應器內同步進行，并實現水泥分離，省去傳統工藝中的二沉池。通過培養特殊菌種達到低氧高效除磷的效果。而且Bio-Dopp曝氣系統產生微小氣泡，曝氣效率高，反應器控制在低溶解氧水平（0.1-0.3mg/L） [5] ，因此，曝氣量大大降低，降低了噸水處理成本。經試驗及實際運轉，本工藝出水水質優良，正常情況下能滿足一級A標準，在低溫情況下亦能滿足一級B標準，此外該工藝還有占地小，投資低，產泥少，操控簡單等優點。
3.2 MSBR工藝
MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor)是改良型序批反應器，是根據SBR技術特點，結合傳統活性污泥技術，發展出來的新型工藝。在MSBR反應器中同時進行生物除磷及生物脫氮。MSBR不需要設置初沉、二沉池，仍能連續進水、出水，并且水位恒定；連續排水，使池容及設備利用率達到最大。[7]
反應器由三個主要部分組成：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。其運行原理如下：污水進入厭氧池，回流活性污泥中的聚磷菌在此進行充分放磷，然后混合液進入缺氧池進行反硝化，反硝化后的污水進入好氧池，有機物被好氧降解，活性污泥吸磷后在進入SBR池（序批池）進行沉淀，污水經澄清后排放。同時另一座SBR池在回流混合液條件下進行硝化、反硝化。回流污泥先進入濃縮池進行濃縮，上清夜直接進入好氧池，濃縮污泥進入缺氧池。這樣，即進行反硝化，又消耗回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽，為后續的缺氧放磷做預處理。將回流量控制在1.5倍原水進水量，可以使反硝化充分進行。具體參見http://www.manhuagui.cn更多相關技術文檔。
其實，MSBR工藝是A2/O工藝與SBR串聯，并發揮兩種傳統工藝的優點，是高效的組合。MSBR工藝，用地省；有機物降解更完全；能耗低；脫氮除磷效果更好；污泥的沉降性能和脫水性能良好，剩余污泥處理方便；耐沖擊負荷能力強，適合污水水質廣泛。
3.3分點進水工藝
分點進水高效脫氮除磷工藝是中國礦業大學張雁秋教授自主提出的。污水分點進入厭氧池，曝氣池。此舉提高活性污泥的硝化菌、聚磷菌的比例，縮短硝化速度，實現了短時高效脫氮除磷[6]。
分點進水工藝經試驗運行，證實除磷脫氮效率高（80%以上），并且實際運行費用省，污泥SVI值低，不易發生污泥膨脹等優點。
4結語
目前我國處于市政建設，環境治理快速發展階段，同時我國水資源匱乏，水污染嚴重，因此對水處理出水水質、回用率要求已有新的標準。我國很多早期建設的污水處理廠出水已不滿足現行標準，需要進行提升改造，增加除磷脫氮設備。相信在傳統工藝的基礎上還會開發出很多新型高效的處理工藝，并投入實際工程使用。（天津市市政工程設計研究院）
參考文獻：
[1] 張自杰. 排水工程下冊.第4版.北京.中國建筑工業出版社.2000.
[2] 王佳偉，周軍，干一萍，王洪臣.溶解氧對A2/O工藝脫氮除磷效果的影響及解決方法[J].給水排水，2009,35(1)：42
[3]李燕，丁毅，張雁秋. SBR優化運行對脫氮除磷影響的研究[J].安徽農業科學，2009, 37(9)：65
收稿日期：2011-05-05
作者簡介：劉昆（1981-），男，工程師，研究方向：市政給排水管網、泵站以及水處理技術設計工作。
生物除磷脫氮工藝是目前污水處理廠設計中廣泛采用的工藝，也是實際工程運行中較為經濟和常用的方法，故本文重點介紹生物除磷脫氮工藝。
1生物除磷脫氮機理
1.1 生物除磷機理
生物除磷理論基礎是“聚合磷酸鹽（Poly-P）累積微生物”的攝磷釋磷原理。聚磷菌在厭氧條件下受壓抑，消耗糖元，將細胞內的聚合磷酸鹽水解為磷酸鹽并釋放，產生的能量用來吸收降解環境中的有機物，轉化為胞內碳源儲存物PHB（聚β羥丁酸）貯存起來。當進入好氧環境內，聚磷菌以O2為電子受體，降解胞內貯存的PHB產生能量，過剩的能量從環境中攝磷，以聚磷酸高能鍵的形式貯存，形成高濃度含磷污泥，含磷污泥隨剩余污泥排出，水中的磷得到去除。[1]
1.2 生物脫氮機理
生物脫氮理論基礎是“氨化-硝化-反硝化”三步脫氮原理。
氨化：污水中的含氮有機物在好氧條件下，被氨化菌分解、轉化為氨態氮。硝化：氨態氮在好氧條件下，被硝化菌分解氧化，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4）轉化為亞硝酸氨；然后，亞硝酸氨在硝酸菌的作用下，進一步轉化為硝酸氨。反硝化：硝酸氨和亞硝酸氨在缺氧條件下，被反硝化菌還原為氣態氮，水體中的氮得到去除。
2除磷脫氮傳統工藝
根據上述機理，生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個不同過程的交替循環，經過多年發展，目前污水廠采用較廣泛的工藝有：A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝。
2.1 A2/O工藝
A2/O法是同步除磷脫氮工藝，即Anaerobic-Anoxic-Oxic厭氧-缺氧-好氧工藝，A2/O工藝是在上世紀70年代由美國專家在A/O工藝的基礎上開發的，在原工藝中間加一缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達到硝化脫氮的目的。
厭氧區（A），主要功能是釋放磷，同時氨化；缺氧區（A），首要功能為脫氮，硝態氮是通過好氧反應器混合液回流（內循環）送來的；好氧區（O），本去需設置曝氣設備，為反應器充氧，反應器功能為：去除BOD，硝化反應，吸收磷，并內循環混合液至缺氧反應器。[2]
A2/O工藝效果穩定，同步除磷脫氮，水力停留時間短，在厭（缺）氧、好氧交替運行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹(SVI<100），有利于后續泥水分離，運行費用低。在實際工程設計中還需設置二沉池和鼓風機房，回流設備和回流構筑物。占地大，對管理要求高，故本工藝一般用于大中型污水廠。
2.2 SBR工藝
SBR工藝即間歇式活性污泥處理系統。其工作原理是：流態上完全混合，有機物降解是時間上的推流。反應器的間歇運行，是通過其主要反應器-曝氣池的運行操作而實現的。然而傳統的SBR工藝除磷脫氮效果一般，為提高處理效果，派生出一系列的改良工藝。如CAST工藝將反應階段設計成為缺氧-好氧-厭氧環境；而ICEAS工藝反應階段反復“曝氣好氧，閑置缺氧”；都能取得較好的去除效果。[3]
2.3 氧化溝工藝
氧化溝是我國污水處理廠常用的工藝形式。氧化溝工藝是上世紀50年代由荷蘭的巴斯威爾（Pasveer）所開發的一種污水處理技術，通過不同溶解氧濃度梯度，實現厭氧、缺氧、好氧除磷脫氮。
3除磷脫氮新工藝發展
上述工藝隨廣泛應用，但也存在一些問題，如：投資大，運行費用高等。隨著污水處理技術的發展，出現了一批能耗低，投資省，管理簡單的處理工藝。下面介紹三種新型工藝：生物倍增工藝、MSBR工藝及分點進水工藝。
3.1生物倍增（Bio-Dopp）工藝
生物倍增污水處理工藝是由德國恩格拜環保技術公司開發的一項先進處理技術。該工藝由Bio-Dopp特有的曝氣系統、固定床以及快速澄清池組成。在這一個反應器內同時實現：生物除磷脫氮、氧化去除有機物、污泥硝化穩定。
Bio-Dopp工藝集中污水生物處理工藝的優點，把微生物去除過程集中在一個反應器內同步進行，并實現水泥分離，省去傳統工藝中的二沉池。通過培養特殊菌種達到低氧高效除磷的效果。而且Bio-Dopp曝氣系統產生微小氣泡，曝氣效率高，反應器控制在低溶解氧水平（0.1-0.3mg/L） [5] ，因此，曝氣量大大降低，降低了噸水處理成本。經試驗及實際運轉，本工藝出水水質優良，正常情況下能滿足一級A標準，在低溫情況下亦能滿足一級B標準，此外該工藝還有占地小，投資低，產泥少，操控簡單等優點。
3.2 MSBR工藝
MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor)是改良型序批反應器，是根據SBR技術特點，結合傳統活性污泥技術，發展出來的新型工藝。在MSBR反應器中同時進行生物除磷及生物脫氮。MSBR不需要設置初沉、二沉池，仍能連續進水、出水，并且水位恒定；連續排水，使池容及設備利用率達到最大。[7]
反應器由三個主要部分組成：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期過程中保持連續曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。其運行原理如下：污水進入厭氧池，回流活性污泥中的聚磷菌在此進行充分放磷，然后混合液進入缺氧池進行反硝化，反硝化后的污水進入好氧池，有機物被好氧降解，活性污泥吸磷后在進入SBR池（序批池）進行沉淀，污水經澄清后排放。同時另一座SBR池在回流混合液條件下進行硝化、反硝化。回流污泥先進入濃縮池進行濃縮，上清夜直接進入好氧池，濃縮污泥進入缺氧池。這樣，即進行反硝化，又消耗回流濃縮污泥中的溶解氧和硝酸鹽，為后續的缺氧放磷做預處理。將回流量控制在1.5倍原水進水量，可以使反硝化充分進行。具體參見http://www.manhuagui.cn更多相關技術文檔。
其實，MSBR工藝是A2/O工藝與SBR串聯，并發揮兩種傳統工藝的優點，是高效的組合。MSBR工藝，用地省；有機物降解更完全；能耗低；脫氮除磷效果更好；污泥的沉降性能和脫水性能良好，剩余污泥處理方便；耐沖擊負荷能力強，適合污水水質廣泛。
3.3分點進水工藝
分點進水高效脫氮除磷工藝是中國礦業大學張雁秋教授自主提出的。污水分點進入厭氧池，曝氣池。此舉提高活性污泥的硝化菌、聚磷菌的比例，縮短硝化速度，實現了短時高效脫氮除磷[6]。
分點進水工藝經試驗運行，證實除磷脫氮效率高（80%以上），并且實際運行費用省，污泥SVI值低，不易發生污泥膨脹等優點。
4結語
目前我國處于市政建設，環境治理快速發展階段，同時我國水資源匱乏，水污染嚴重，因此對水處理出水水質、回用率要求已有新的標準。我國很多早期建設的污水處理廠出水已不滿足現行標準，需要進行提升改造，增加除磷脫氮設備。相信在傳統工藝的基礎上還會開發出很多新型高效的處理工藝，并投入實際工程使用。（天津市市政工程設計研究院）
參考文獻：
[1] 張自杰. 排水工程下冊.第4版.北京.中國建筑工業出版社.2000.
[2] 王佳偉，周軍，干一萍，王洪臣.溶解氧對A2/O工藝脫氮除磷效果的影響及解決方法[J].給水排水，2009,35(1)：42
[3]李燕，丁毅，張雁秋. SBR優化運行對脫氮除磷影響的研究[J].安徽農業科學，2009, 37(9)：65
收稿日期：2011-05-05
作者簡介：劉昆（1981-），男，工程師，研究方向：市政給排水管網、泵站以及水處理技術設計工作。
