1、探討城市污水生物處理出水的總磷達標問題    摘要：對影響城市污水生物除磷系統出水總磷達標的幾個主要因素作了分析探討，認為在進水BOD5/TP值適當、終沉池效率可靠、泥齡選擇合理和硝酸鹽回流干擾得以避免的情況下，生物除磷系統出水中的總磷濃度可達到污水綜合排放標準中的二級標準(1.0mg/L)。若要達到一級標準(0.5mg/L)則需采取過濾或投加化學藥劑等措施。 關鍵詞：城市污水 生物除磷 總磷  1 出水懸浮固體對生物除磷的影響 生物除磷系統主要是通過創造對聚磷菌(PAOs)生長的有利條件使其在活性污泥的菌群中占優勢，將活性污泥中的含磷量從1.

2、5%2.0%(常規活性污泥法，P/VSS)增加至5%7%，甚至高達10%以上1。提高除磷效率的主要途徑是首先將污水中的磷通過轉化和網捕為顆粒性磷，從而最大程度地降低出水中的溶解性磷含量，同時采用適當的分離方法將顆粒性磷通過排泥加以去除。圖1表明出水SS對總磷濃度的影響很大，如當P/VSS為6%、出水SS為20mg/L時出水顆粒性磷濃度已接近1.0mg/L1。 國內外經驗表明，如采用沉淀分離方式，當生物除磷系統效率較高、出水溶解性磷量很低、終沉池出水SS也較低時，出水總磷含量可滿足1mg/L(二級標準)的要求。由于沉淀出水SS很難達到5mg/L以下，即使生物除磷系統效率很高，處理出水中的總磷濃度

3、也不太可能在0.5mg/L以下(一級標準)，為達到這一嚴格標準，還必須采用過濾或投加化學藥劑等措施。 2 進水BOD5/TP值對生物除磷的影響 污水中有機物的可甥物降解性能對生物除磷過程的影響至為重要。影響生物除磷的最基本因素是生物處理厭氧段進水中VFAs(包括厭氧段中其他可快速降解基質的發酵產物)與總磷的比值，最好采用VFA/TP值來判斷污水除磷的可能性，但由于工藝反應過程的復雜性而無法測定厭氧區發酵產物的產生速率，因而一般采用進水的BOD5/TP值作為近似比值。試驗研究表明，進水BOD5/TP值20的生物除磷系統出水TP難以達到12mg/L，美國采用生物除磷工藝的9個污水廠和2個中試廠的運

4、行數據也顯示了出水TP隨進水的BOD5/TP值而變化，當進水BOD5/TP20時，出水TP可達到1mg/L2。上述生物除磷的最低有機物需要量的概念可用以區別污水系受碳的限制還是受磷的限制。污水受碳限制是指因污水除磷的碳源不足而使出水磷含量不能達標；污水受磷限制是指因除磷的碳源充足而使處理出水中的溶解性磷含量往往較低，故為獲得好的出水水質，采用污水受磷限制是可行的，但剩余的基質足以導致產生相當數量的非聚磷菌，這樣MLVSS中的含磷量將下降。因此認為由厭氧段進水的BOD5/TP值可預測系統的MLVSS含磷量和出水磷濃度。為測試方便，通常采用BOD5與磷去除量的比值(BOD5/P)來表達系統的除磷能

5、力：BOD5/P=進水BOD5/(進水TP-出水SP)(1) 各種不同生物除磷工藝的典型BOD5/P、COD/P值見表1。 表1 不同生物除磷工藝的BOD5/P與COD/P值生物除磷工藝類型除磷效率BOD5/P值(mgBOD5/mgP)COD/P值(mgCOD/mgP)無硝化A/O、VIP、UCT高15202634有硝化的A/O和A2O中等20253443Bardenpho工藝低2543將進水BOD5/TP值與表1中各工藝相應的BOD5/TP基準比值進行比較即可確定采用生物除磷的可能性以及可采用的工藝1。歐洲和美國等地某些生物除磷系統的生產運行表明，由于污水處理廠進水中的可快速降解有機物含量不

6、足而使除磷效果不理想，要始終保持出水TP1mg/L是比較困難的，往往還需要投加一些化學藥劑3。筆者認為，產生以上情況的主要原因在于原污水的發酵程度不同。污水中的可快速降解有機物的含量(特別是VFAs)對生物除磷系統的處理效果的影響極為明顯。厭氧段污水中的VFAs來源于進水及兼氧菌在厭氧段內對其他可快速降解基質進行發酵的產物。當系統為污水發酵提供了良好條件(如管道內溫度適宜、污水流速低、曝氣程度小)時則可保證足夠的可快速降解基質濃度，從而能夠取得有效的生物除磷效果。但是對那些不具備上述條件的相對新鮮的污水則除磷效果差4。因此雖然有的水樣BOD5/TP值相同，但由于可快速降解基質和VFAs的含量不

7、同會產生不同的除磷效果，這就是有些地區的生物除磷工藝在進水BOD5/TP值合適、終沉池效率可靠的情況下而出水TP卻難以達到1mg/L的重要原因之一。 3 泥齡的選擇 關于生物除磷的泥齡長短對處理效果的影響，各國學者對此意見不一。泥齡長短主要取決于處理系統的脫氮要求(主要是否需要進行硝化)，如果系統有硝化要求則系統的好氧泥齡的確定受硝化控制。但硝化菌所需的最短好氧泥齡大于聚磷菌所需的最短好氧泥齡。若硝化并非 系統的處理目標則應縮 短泥齡足以防止硝化作用的發生，使回流污泥中無硝酸鹽氮，以確保A/O系統的除磷效果。泥齡與BOD5/TP值之間存在密切關系，泥齡太短則聚磷菌難以生長繁殖，泥齡太長則除磷效

8、果下降。Fakase等人在城市污水處理A/O系統試驗中發現，當泥齡從4.3d增加到8d時，BOD5/TP值從19增至26，而活性污泥含磷量則從5.4%降至3.7%。生物除磷系統所需BOD5/TP值為泥齡的函數，泥齡較長而混合液含磷量較低時則 除磷所需的BOD5較高，例如活性污泥混合液含磷量為4.5%、泥齡為25d時，去除1mg磷所需BOD5為33mg，而當泥齡為8d時所需BOD5/TP值則下降至25。另根據試驗結果，當A/O系統泥齡在2.23.6d時除磷效果很好，但一旦泥齡超過3.6d后則因發生硝化作用而使除磷效果急劇下降3。可見以除磷為目標的A/O工藝不宜采用長泥齡，其原因為： 長泥齡導致生

9、物除磷系統產泥量減少，則通過排泥而去除的磷量也減少； 長好氧泥齡導致有機物的氧化相對完全，但污泥活性降低使好氧區對磷的吸收率下降，活性污泥混合液的含磷量減少； 長泥齡下因衰減反應造成磷的二次釋放。     4 系統中硝酸鹽的回流干擾 我國城市污水中的TKN一般約為4050mg/L，其中約2/3為NH3-N，硝化處理增加了系統中的NO3-N含量，由于NO3-N通過污泥回流進入厭氧段發生反硝化可消耗可溶性BOD，從而影響磷的釋放，降低了除磷效果，進而使出水TP無法達標。要減少硝酸鹽的回流量就必須提高系統的反硝化程度。但由于現行排放標準對處理出水的總氮尚無要求

10、，因此水廠往往會著重考慮NO3-N的達標而忽略了系統中的NO3-N含量，從而擬省去反硝化系統。這一問題已成為目前某些城市污水處理廠方案討論中的焦點之一。根據我國目前的情況，宜從消除回流污泥中的硝酸鹽對生物除磷的不利影響著手，根據除磷要求考慮反硝化程度。UCT/VIP等工藝的主要特點就是消除回流污泥中的硝酸鹽，但其流程較復雜。水環境聯合會(WEF)于20世紀90年代提出另一方法，就是將厭氧段的第一反應格作為回流污泥的反硝化池，一部分污水(5%20%)進入該池進行回流污泥的反硝化，其余污水進入厭氧池的第二反應格。此法優于UCT/VIP工藝，因為它取消了后者所增加的回流系統，而且由于在這一反硝化池中

11、的MLSS濃度高，使反硝化更為有效。如美國MasonNeck污水處理廠的生物除磷工藝就是將回流污泥引入第一反應格(缺氧段)進行反硝化，然后再順序進入第二反應格(厭氧段)，與一沉池污泥發酵液混合進行磷的釋放后再與生物濾池出水一起進入好氧段，形成了規模為30000m3/d的OWASA工藝(未設置好氧段MLSS的回流系統)，除磷效果良好3。早在1990年初，中國市工程華北設計研究院就結合泰安污水處理廠的建設要求而提出了改良A/A/O工藝，即在厭氧段前增設缺氧段，來自二沉池的回流污泥和10%的進水進入該段，停留時間為2030min以去除回流硝酸鹽氮，保證了厭氧段的穩定運行，測試結果表明，該工藝的除磷脫

12、氮效果優于改良UCT法。近年來在改良A/A/O工藝的基礎上又將好氧段MLSS回流系統取消，開發了缺氧/厭氧/好氧工藝(回流污泥反硝化生物除磷工藝)，突破了傳統A/A/O工藝的概念，與UCT/VIP相比省去了兩個回流系統，節省了基建造價和運行費用，運管理簡便靈活，而且由于缺氧池內的MLSS濃度接近回流污泥濃度而使反硝化效率較高，從而有效地消除了硝酸鹽氮對厭氧段的不利影響，出水TP可達標(1.0mg/L)。 5 結論 城市污水生物除磷系統在適宜的進水水質和正常運行條件下，一般可以獲得溶解性磷含量很低的出水，如發生出水TP超標(1 mg/L)現象，其原因一般不在生物處理的本身, 而主要在于沉淀效率，

13、由于出水中的顆粒性磷含量高而導致TP超標，因此必須從改善沉淀效果著手來解決問題。 進水水質特別是進入厭氧段污水中的可利用基質與總磷比值(BOD5/TP)的大小對生物除磷系統出水中的溶解性磷含量和工藝的選擇有重大影響。當最終沉淀采用重力沉淀池時，為使出水TP1mg/L,進入生物除磷系統厭氧段的進水BOD5/TP值需20。 生物除磷系統的泥齡選定必須適當，泥齡太短(2d)則聚磷菌難以生長繁殖，泥齡太長則除磷效果下降。 在確定生物除磷脫氮的工藝流程時，對NO3-N的回流干擾導致出水總磷超標的問題應給予足夠的重視。宜從消除回流污泥中的硝酸鹽對生物除磷的不利影響著手，根據除磷要求考慮反硝化程度。近年來國

14、內外相繼開發的前置缺氧/厭氧/好氧工藝除磷效果優于UCT/VIP法。 為常年保持生物除磷系統出水總磷達標(1 mg/L)，宜增設化學除磷作為后備措施以便必要時投加藥劑。對于可快速降解基質含量不足的污水，應考慮采用初沉污泥發酵措施來增加厭氧區VFAs含量，使出水總磷達標。 單獨生物除磷系統的出水TP難以達到一級標準(0.5mg/L),為達到這一嚴格標準，還必須采用過濾或投加化學藥劑等措施。 生物除磷系統出水總磷達標問題涉及諸多方面，其中水質特性的影響尤為重要，因此對于特定的污水宜首先進行水質測定分析和動態工藝試驗以解決相關問題。 <B參考文獻： 1Leslie Grady C P,Dagger Glen T,Lim Henry C.Biological wastewater treatment(2nd ed)M.New York:Marcel Dekker,Inc,1999.2Randall C W.Design and retrofit of wastewater treatment plants for biologic