污水處理廠升級(jí)改造中的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:脫氮除磷是污水處理廠升級(jí)改造的核心內(nèi)容。長(zhǎng)期以來，我國(guó)在技術(shù)應(yīng)用時(shí)普遍存在認(rèn)識(shí)偏差、甚至是錯(cuò)誤的，使得污水處理工藝路線選擇常常走偏，導(dǎo)致脫氮除磷運(yùn)行時(shí)難以達(dá)標(biāo)排放。在日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)以及嚴(yán)肅的環(huán)保監(jiān)管形勢(shì)下，升級(jí)改造成為必然。在這個(gè)問題上，采用新技術(shù)、延長(zhǎng)流程似乎已經(jīng)成為升級(jí)改造的趨勢(shì)，很少有人回過頭來琢磨既有工藝的“天生”缺陷。其實(shí)，我們對(duì)歐洲國(guó)家已研究、應(yīng)用了20多年的反硝化除磷(DPB)作用仍停留在學(xué)術(shù)重復(fù)和改名階段，深思熟慮的工程應(yīng)用幾乎不復(fù)存在，以至于A2/O成為脫氮除磷的主流工藝。事實(shí)上，A2/O工藝本身便可聚集DPB，只不過效果較UCT要差。因此，變型為UCT便可將反硝化除磷(與硝化細(xì)菌并不存在泥齡矛盾)發(fā)揚(yáng)光大，無需向無助于生物除磷的多級(jí)A/O、MBR、MBBR等方向發(fā)展，也可以棄用生物脫氮+化學(xué)除磷的常規(guī)處理模式。

作者簡(jiǎn)介：郝曉地(1960-)，男，山西柳林人，教授，從事市政與環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)與科研工作;主要研究方向?yàn)槲鬯锩摰准夹g(shù)、污水處理數(shù)學(xué)模擬技術(shù)、可持續(xù)環(huán)境生物技術(shù)。現(xiàn)為國(guó)際水協(xié)期刊《Water Research》區(qū)域主編(Editor)。

我國(guó)對(duì)脫氮除磷技術(shù)應(yīng)用的時(shí)間應(yīng)該說幾乎與歐洲同步，A/O、A2/O、甚至倒置A2/O等工藝應(yīng)用從20世紀(jì)末就已經(jīng)開始，以至于到目前形成了以A2/O及其變型為主的脫氮除磷工藝。然而，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，A2/O在脫氮方面還較為滿意，但生物除磷普遍不靈，出水很難達(dá)到TP<1.0 mg P/L，不得不靠后端化學(xué)除磷方式滿足TP<0.5 mg P/L這樣的嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)此，國(guó)內(nèi)工程界甚至學(xué)術(shù)界形成了各種各樣的認(rèn)識(shí)和論點(diǎn)，像“脫氮與除磷存在泥齡矛盾”、“生物脫氮簡(jiǎn)單、化學(xué)除磷容易”、“多級(jí)AO好于A2/O”、“MBR(A2/O+膜分離)可產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)出水”、“MBBR適合升級(jí)改造”等等，還有懷疑生物除磷理論不成熟的偏激觀點(diǎn)。

其實(shí)，上述論點(diǎn)都是基于對(duì)脫氮除磷(特別是反硝化除磷)理論的表觀認(rèn)識(shí)或片面理解，仍然將脫氮與除磷分離看待的結(jié)果?；诜聪趸桌碚摚摰c除磷是一體的，是一種細(xì)菌(DPB，可以NO3-或O2分別作為電子受體)在缺氧環(huán)境下發(fā)生的同步脫氮除磷現(xiàn)象，可謂“一石兩鳥。生物除磷通過排泥去除細(xì)胞內(nèi)多聚磷酸鹽(poly-P)固然需要較短的污泥齡(SRT)，而硝化受細(xì)菌世代時(shí)間限制必須采用長(zhǎng)SRT。但在工程應(yīng)用中，其實(shí)磷細(xì)菌與硝化細(xì)菌所需要的最低SRT并無多大差別。MBR和MBBR在生物凈化機(jī)理上根本無助于生物除磷。

針對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)、工程界上述有關(guān)脫氮除磷的錯(cuò)誤論點(diǎn)，本文將逐一通過既有理論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模擬予以詳細(xì)解釋并予以澄清。

1 脫氮與除磷存在泥齡矛盾

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，硝化菌(AOB/NOB)所需最小SRT要比磷細(xì)菌(PAOs/DPB)長(zhǎng);如果SRT滿足硝化細(xì)菌生長(zhǎng)條件，磷細(xì)菌則不能較多地排出系統(tǒng)，導(dǎo)致除磷效果變差。這其實(shí)就是所謂脫氮除磷存在泥齡矛盾的認(rèn)識(shí)出發(fā)點(diǎn)。但是之前通過對(duì)BCFS反硝化除磷系統(tǒng)各溫度下磷細(xì)菌與硝化菌最小SRT模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然反硝化工藝磷細(xì)菌(PAOs/DPB)所需最小SRT比硝化菌要短，但兩者差別不大，也就僅有1 d之差，如圖1所示。換句話說，工程上可將磷細(xì)菌與硝化菌最小SRT 視為一致，即不存在什么泥齡矛盾，這與Brdjanovic等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)十分相符。這就是說，同步脫氮除磷系統(tǒng)中，SRT并不能取的太短，否則，連磷細(xì)菌也生長(zhǎng)不起來，低SRT排泥除磷也就失去意義。

圖1 反硝化除磷系統(tǒng)中硝化菌與磷細(xì)菌最小SRT比較

可見，脫氮與除磷存在泥齡矛盾其實(shí)是一種主觀臆斷，是僅從兩種細(xì)菌各自世代時(shí)間比較而得出的錯(cuò)誤判斷。這也是為什么獨(dú)立于反硝化除磷的硝化雙污泥A2N系統(tǒng)在荷蘭只實(shí)驗(yàn)演示而沒有實(shí)際工程應(yīng)用的主要原因。

2 生物脫氮+化學(xué)除磷乃低碳源污水之策

化學(xué)除磷具有宏量效果好，微量效果差之特點(diǎn)，具體見圖2，圖中箭頭處數(shù)值為Fe/P (Al /P)物質(zhì)的量之比。

圖2 化學(xué)除磷過程

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，初始PO43-濃度越高，化學(xué)反應(yīng)所需的金屬離子與P摩爾比就越低，反之，則越高。上述階段性投加化學(xué)藥劑固然可以節(jié)省藥劑投加量，但所需反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)然，可以采用反應(yīng)伊始時(shí)便投加大藥劑，以縮短反應(yīng)時(shí)間。換句話說，如果采用化學(xué)除磷方式將污水中通常2~5 mg P/L的PO43-降低至四類水體標(biāo)準(zhǔn)，過量投加化學(xué)藥劑所帶來的運(yùn)行成本以及制造、運(yùn)輸藥劑間接產(chǎn)生的CO2排放量顯然與污水處理節(jié)能降耗之目標(biāo)背道而馳。

反觀生物除磷，具有微量效果極佳的顯著特點(diǎn)。在完全滿足磷細(xì)菌生長(zhǎng)條件(厭氧--缺氧/好動(dòng)態(tài)循環(huán)生長(zhǎng)環(huán)境)以及所需環(huán)境條件(保證存在還原轉(zhuǎn)化所需乙酸碳源)的前提下，磷細(xì)菌在缺氧(DPB)或好氧(PAOs/DPB)環(huán)境中幾乎可以將水環(huán)境中的溶解性PO43-全部吸收到細(xì)胞內(nèi)形成poly-P。通過二沉池泥水分離，上清液中溶解性PO43-可降至“0”這樣的低水平。從生物脫氮除磷工藝角度來來看，A2/O或UCT完全按磷細(xì)菌所需動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)環(huán)境所設(shè)計(jì)，可以聚集大量磷細(xì)菌。只是在工程實(shí)踐中，我國(guó)很多地區(qū)污水中低C/P、C/N比可能限制磷細(xì)菌正常生長(zhǎng)。然而，從A2/O或UCT中所發(fā)現(xiàn)的反硝化除磷現(xiàn)象通過DPB細(xì)菌生將物脫氮與除磷“合二為一”，無形中相當(dāng)于增加了一倍脫氮除磷所需碳源。因此，低碳源污水脫氮除磷工藝首要考慮的就是創(chuàng)造DPB的最大富集條件。在此方面，UCT明顯好于A2/O，這已被模擬試驗(yàn)所證實(shí)。

因此，將脫氮與除磷分別以生物和化學(xué)方式隔離并非低碳源污水脫氮除磷的上策，其結(jié)果將以較大化學(xué)藥劑投加量以及相應(yīng)的碳排放作為代價(jià)。

3 多級(jí)A/O比A2/O脫氮除磷效果好

多級(jí)A/O工藝以Bardenpho工藝為代表，隨后又衍生出多點(diǎn)進(jìn)水的多級(jí)A/O，如圖3所示。

圖3 典型多級(jí)A/O工藝流程