行業(yè)動態(tài)
脫氮除磷在污水處理廠升級改造中的認識誤區(qū)
脫氮除磷是污水處理廠升級改造的核心內容。長期以來，我國在技術應用時普遍存在認識偏差、甚至是錯誤的，使得污水處理工藝路線選擇常常走偏，導致脫氮除磷運行時難以達標排放。在日益嚴格的排放標準以及嚴肅的環(huán)保監(jiān)管形勢下，升級改造成為必然。在這個問題上，采用新技術、延長流程似乎已經(jīng)成為升級改造的趨勢，很少有人回過頭來琢磨既有工藝的“天生”缺陷。其實，我們對歐洲國家已研究、應用了20多年的反硝化除磷(DPB)作用仍停留在學術重復和改名階段，深思熟慮的工程應用幾乎不復存在，以至于A2/O成為脫氮除磷的主流工藝。事實上，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(與硝化細菌并不存在泥齡矛盾)發(fā)揚光大，無需向無助于生物除磷的多級A/O、MBR、MBBR等方向發(fā)展，也可以棄用生物脫氮+化學除磷的常規(guī)處理模式。
我國對脫氮除磷技術應用的時間應該說幾乎與歐洲同步，A/O、A2/O、甚至倒置A2/O等工藝應用從20世紀末就已經(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，在實際應用中發(fā)現(xiàn)，A2/O在脫氮方面還較為滿意，但生物除磷普遍不靈，出水很難達到TP<1.0 mg P/L，不得不靠后端化學除磷方式滿足TP<0.5 mg P/L這樣的嚴格排放標準。
對此，國內工程界甚至學術界形成了各種各樣的認識和論點，像“脫氮與除磷存在泥齡矛盾”、“生物脫氮簡單、化學除磷容易”、“多級AO好于A2/O”、“MBR(A2/O+膜分離)可產(chǎn)生優(yōu)質出水”、“MBBR適合升級改造”等等，還有懷疑生物除磷理論不成熟的偏激觀點。
其實，上述論點都是基于對脫氮除磷(特別是反硝化除磷)理論的表觀認識或片面理解，仍然將脫氮與除磷分離看待的結果?；诜聪趸桌碚?，脫氮與除磷是一體的，是一種細菌(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胞內多聚磷酸鹽(poly-P)固然需要較短的污泥齡(SRT)，而硝化受細菌世代時間限制必須采用長SRT。但在工程應用中，其實磷細菌與硝化細菌所需要的最低SRT并無多大差別。MBR和MBBR在生物凈化機理上根本無助于生物除磷。
針對國內學術、工程界上述有關脫氮除磷的錯誤論點，本文將逐一通過既有理論、實驗數(shù)據(jù)、數(shù)學模擬予以詳細解釋并予以澄清。
1脫氮與除磷存在泥齡矛盾
傳統(tǒng)觀點認為，硝化菌(AOB/NOB)所需最小SRT要比磷細菌(PAOs/DPB)長;如果SRT滿足硝化細菌生長條件，磷細菌則不能較多地排出系統(tǒng)，導致除磷效果變差。這其實就是所謂脫氮除磷存在泥齡矛盾的認識出發(fā)點。但是之前通過對BCFS反硝化除磷系統(tǒng)各溫度下磷細菌與硝化菌最小SRT模擬實驗時發(fā)現(xiàn)，雖然反硝化工藝磷細菌(PAOs/DPB)所需最小SRT比硝化菌要短，但兩者差別不大，也就僅有1d之差，如圖1所示。
換句話說，工程上可將磷細菌與硝化菌最小SRT視為一致，即不存在什么泥齡矛盾，這與Brdjanovic等人實驗發(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，連磷細菌也生長不起來，低SRT排泥除磷也就失去意義。
圖1 反硝化除磷系統(tǒng)中硝化菌與磷細菌最小SRT比較
可見，脫氮與除磷存在泥齡矛盾其實是一種主觀臆斷，是僅從兩種細菌各自世代時間比較而得出的錯誤判斷。這也是為什么獨立于反硝化除磷的硝化雙污泥A2N系統(tǒng)在荷蘭只實驗演示而沒有實際工程應用的主要原因。
2 生物脫氮+化學除磷乃低碳源污水之策
化學除磷具有宏量效果好，微量效果差之特點，具體見圖2，圖中箭頭處數(shù)值為Fe/P (Al /P)物質的量之比。
圖2 化學除磷過程
根據(jù)化學反應動力學，初始PO43-濃度越高，化學反應所需的金屬離子與P摩爾比就越低，反之，則越高。上述階段性投加化學藥劑固然可以節(jié)省藥劑投加量，但所需反應時間較長。當然，可以采用反應伊始時便投加大藥劑，以縮短反應時間。換句話說，如果采用化學除磷方式將污水中通常2~5 mg P/L的PO43-降低至四類水體標準，過量投加化學藥劑所帶來的運行成本以及制造、運輸藥劑間接產(chǎn)生的CO2排放量顯然與污水處理節(jié)能降耗之目標背道而馳。
反觀生物除磷，具有微量效果極佳的顯著特點。在完全滿足磷細菌生長條件(厭氧--缺氧/好動態(tài)循環(huán)生長環(huán)境)以及所需環(huán)境條件(保證存在還原轉化所需乙酸碳源)的前提下，磷細菌在缺氧(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-全部吸收到細胞內形成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完全按磷細菌所需動態(tài)生長環(huán)境所設計，可以聚集大量磷細菌。只是在工程實踐中，我國很多地區(qū)污水中低C/P、C/N比可能限制磷細菌正常生長。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細菌生將物脫氮與除磷“合二為一”，無形中相當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，這已被模擬試驗所證實。
因此，將脫氮與除磷分別以生物和化學方式隔離并非低碳源污水脫氮除磷的上策，其結果將以較大化學藥劑投加量以及相應的碳排放作為代價。