城镇污水厂提标改造生物脱氮除磷技术研究

一、引言

随着我国城镇化进程的加速和人们环保意识的不断提高，对城镇污水厂出水水质的要求日益严格。现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》不断修订完善，对氮、磷等污染物的排放限值进一步降低 。然而，许多城镇污水厂原有的处理工艺和设施难以满足新的排放标准要求，出水氮、磷超标问题较为普遍，对受纳水体造成富营养化等环境问题，威胁水生态系统安全 。因此，开展城镇污水厂提标改造工作，尤其是优化生物脱氮除磷技术，成为改善水环境质量、实现水资源可持续利用的关键举措。

二、传统生物脱氮除磷技术存在的问题

（一）脱氮效率不足

传统的生物脱氮工艺（如 A/O、 A²/O 工艺）主要依赖硝化和反硝化两个过程实现氮的去除 。在实际运行中，由于碳源不足、溶解氧控制不当等原因，反硝化过程往往不充分，导致总氮去除率较低。例如，在一些污水厂中，进水碳氮比（C/N）低于 4 - 5 时，反硝化细菌缺乏足够的电子供体，难以将硝酸盐氮完全还原为氮气，使得出水总氮超标 。

（二）除磷效果不稳定

生物除磷主要依靠聚磷菌在厌氧条件下释磷、好氧条件下过量吸磷来实现 。但在实际运行中，厌氧环境难以严格保证，易受到溶解氧和硝酸盐氮的干扰，影响聚磷菌的释磷过程，导致后续好氧吸磷不充分 。此外，剩余污泥处理不当，如污泥厌氧消化过程中磷的释放，可能造成二次污染，使出水磷浓度升高，除磷效果不稳定。

（三）污泥产量大

传统生物脱氮除磷工艺在运行过程中会产生大量剩余污泥，污泥处理和处置成本较高 。同时，污泥中含有大量的氮、磷等污染物，若处理不当，会造成二次污染，增加了污水处理的环境风险和经济负担。

三、新型生物脱氮除磷技术

（一）短程硝化反硝化技术

短程硝化反硝化技术是将氨氮氧化控制在亚硝酸盐阶段，跳过硝酸盐阶段，直接将亚硝酸盐还原为氮气 。该技术可缩短生物脱氮流程，节省曝气能耗和碳源消耗，提高脱氮效率 。研究表明，通过控制溶解氧、pH 值等条件，可实现稳定的短程硝化反硝化过程，在进水 C/N 较低的情况下，仍能取得较好的总氮去除效果 。

（二）厌氧氨氧化技术

厌氧氨氧化是在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮直接氧化为氮气的生物过程 。该技术无需外加碳源，具有能耗低、污泥产量少等优点 。近年来，厌氧氨氧化技术在污泥消化液等高氨氮废水处理中得到成功应用，并逐渐向城镇污水厂的主流处理工艺拓展 。例如，通过将厌氧氨氧化工艺与短程硝化工艺相结合，可实现城镇污水的高效脱氮 。

（三）同步脱氮除磷技术

同步脱氮除磷技术是在一个反应器内同时实现脱氮和除磷的过程，如好氧颗粒污泥技术、生物膜 - 活性污泥耦合技术等 。好氧颗粒污泥具有结构紧凑、沉降性能好、生物量大等优点，内部存在缺氧和厌氧微环境，可实现同步硝化反硝化和生物除磷 ；生物膜 - 活性污泥耦合技术利用生物膜和活性污泥的优势互补，提高脱氮除磷效率，减少污泥产量 。

四、现有生物脱氮除磷技术的优化升级

（一）工艺参数优化

1.碳源调控

针对碳源不足的问题，可通过优化碳源投加方式和投加量来提高脱氮除磷效果 。例如，将碳源分段投加至厌氧区和缺氧区，优先满足聚磷菌释磷和反硝化细菌的需求；也可利用污水厂内部的污泥水解液、初沉池污泥发酵液等作为补充碳源，降低运行成本 。

2.溶解氧控制

精确控制各反应区的溶解氧浓度是提高脱氮除磷效率的关键 。在厌氧

区和缺氧区应严格控制溶解氧，避免干扰生物释磷和反硝化过程；在好氧区，根据微生物代谢需求合理调整溶解氧，既要保证硝化反应的充分进行，又要避免过度曝气造成能源浪费和污泥膨胀 。

（二）工艺组合优化

将不同的生物脱氮除磷工艺进行组合，发挥各自优势，提高处理效果 。例如，A²/O 工艺与生物滤池相结合，A²/O 工艺实现有机物去除和初步脱氮除磷，生物滤池进一步去除剩余的氮、磷污染物，提高出水水质 ；也可将传统工艺与新型工艺组合，如 A/O 工艺与短程硝化反硝化工艺结合，优化脱氮效果 。

（三）污泥处理优化

改进污泥处理工艺，减少污泥处理过程中氮、磷的释放 。例如，采用污泥厌氧消化与磷回收技术相结合，在污泥厌氧消化过程中，通过化学沉淀或吸附等方法回收磷资源，减少磷的二次释放；优化污泥脱水工艺，降低污泥含水率，减少污泥处理和处置成本 。

五、案例分析

在某城镇污水厂提标改造项目中，原采用 A²/O 工艺，出水氮、磷难以满足新的排放标准 。改造后，采用 “ 改良 A²/O+ 生物滤池 + 化学除磷” 组合工艺 。通过优化 A²/O 工艺的碳源投加和溶解氧控制，提高生物脱氮除磷效率；生物滤池进一步去除剩余的氮、磷污染物；化学除磷作为补充手段，确保出水水质达标 。改造后，出水总氮由原来的 25mg/L 降至 10mg/L 以下，总磷由 1.5mg/L 降至 0.5mg/L 以下，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 A 标准，取得了良好的处理效果 。

六、城镇污水厂提标改造生物脱氮除磷技术实施策略

（一）因地制宜选择技术

根据污水厂的进水水质、水量、排放标准以及当地的经济技术条件等因素，因地制宜地选择合适的生物脱氮除磷技术或技术组合 。对于进水碳氮比较高的污水厂，可优先考虑传统工艺的优化升级；对于碳源不足的污水厂，可采用新型脱氮技术或补充碳源的方式提高处理效果 。

（二）加强运行管理

建立完善的运行管理制度，加强对生物脱氮除磷工艺的参数监测和调控 。定期对处理设备进行维护和检修，确保设备正常运行；加强对操作人员的培训，提高其技术水平和操作能力，保障工艺稳定运行 。

（三）推动技术创新与应用

加大对生物脱氮除磷新技术、新工艺的研发投入，鼓励科研院所、企业开展技术创新合作 。同时，加强新技术的示范推广应用，及时总结经验，促进技术的成熟和完善，为城镇污水厂提标改造提供更多先进、可靠的技术选择 。

七、结论

城镇污水厂提标改造中生物脱氮除磷技术的优化和应用是提高出水水质、保护水环境的关键。通过实际案例表明，合理选择技术和工艺组合，加强运行管理，能够显著提高城镇污水厂的脱氮除磷效果，实现出水水质达标 。

未来，应继续深入研究生物脱氮除磷技术，不断创新和优化工艺，提高技术的适应性和可靠性，降低运行成本，推动城镇污水厂提标改造工作的顺利开展，为实现水资源的可持续利用和水生态环境的改善做出更大贡献。

参考文献

[1]蒋华英,吴艳娟,吴虹霁,等.岷、沱江流域城镇污水处理厂提标改造后脱氮除磷的情况分析[J].环保科技,2023,29(01):27-30.

[2]鲍任兵,高廷杨,宫玲,等.污水生物脱氮除磷工艺优化技术综述[J].净水技术,2021,40(09):14-20.DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2021.09.003.

[3]朱铖,程洁红,赵际沣,等.城镇污水处理厂氮磷去除潜力评估[J].净水技术,2018,37(11):75-82+119.DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2018.11.013.