中国城市污水处理厂脱氮除磷工艺的应用与运行现状.doc

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1、中国城市污水处理厂脱氮除磷工艺的应用与运行现状王秀蘅，李楠，任南琪，张坤( 哈尔滨工业大学环境生物技术研究中心 哈尔滨 )摘 要： 介绍了中国河流湖泊海洋的氮磷污染现状、来源、程度，国家控制水体氮磷污染的水环境标准，城市污水的水质现状和提升污水处理厂脱氮除磷能力的紧迫性。综述了中国现有污水处理厂的发展概况，传统的脱氮除磷工艺如A/O、A2/O、氧化沟和 SBR 工艺，近年来发展的SBR变型工艺如DAT-IAT、CASS、CAST，引进技术如 UNITANK、BIOLAK和中国特有的工艺倒置 A2/O，改进AB工艺在中国污水处理厂的应用。通过对国内一些已投入运行的污水厂的脱氮除磷运行现状分析和总

2、结，为今后城市污水处理厂进行脱氮除磷工艺设计和运行提供参考。关键词： 氮磷污染；城市污水处理厂；运行；脱氮；除磷Biological Nutrient Removal of WWTP in ChinaXiuheng Wang*，Nan Li， Nanqi Ren*，Kun Zhang（Research Center of Environment & Biotechnology，Harbin Institute of Technology，Harbin， P R China)Abstract: With the advancement of civilization and increase o

3、f water environment pollution, the requirement for the wastewater treatment become stringent year by year in China. The removal of nutrient, such as nitrogen and phosphorus from wastewater, has become important due to new government regulations aimed at reducing the impact of these nutrients on envi

4、ronmental ecosystem. The current situation of water ecosystem pollution, urban wastewater characteristics, government regulation on nutrients in China is introduced. Information is presented on the biological nutrient removal technology application in China for the treatment of municipal wastewaters

5、 by reviewing the design and operation of WWTP. Common applications are the use of oxidation ditch，A/O、A2/O and SBR process. New developments of the SBR processes, such as DAT-IAT, CASS, CAST, UNITANK，BIOLAK and the reverse A2/O process, the modified AB process initiated in China are highly promisin

6、g for nutrient removal. These processes are described in this paper in term of the application; the stage of development and future research needs particular to China. Key words: WWTP; BNR; Wastewater Treatment; Nitrogen; Phosphorus; Operation随着中国经济飞速发展，污水量增加，水体污染加剧。污水处理厂的规划与建设正在紧锣密鼓的进行。1995年，我国建成城市

7、污水处理厂169座，其中二级生化处理厂116座，年处理污水17.49亿m3，处理率8.691。2000年，全国城市污水排放量21亿吨，COD总量740万吨，已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，城市污水的处理率仅为18.6%，二级处理率约为152。根据2002年的调研结果，我国现有城市污水处理厂应用工艺共有8大类，30.6采用普通活性污泥法，氧化沟工艺占13.9%，其它工艺占55.5%，包括AB法、A/O工艺、A2/O工艺、水解好氧工艺、SBR及其改进工艺和土地处理工艺3。还有少量采用一级处理或强化一级处理。随着我国对水环境质量要求的提高，中国城镇污水厂污染物排放标准(GB18

8、918-2002) 对污水厂的出水越来越严，特别提高了氮磷的标准，新建城市污水处理厂必须考虑氮磷去除问题，已运行的一些污水处理厂也正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。因此对目前的污水处理厂的脱氮除磷工艺的应用和运行效果进行综述是非常必要的，供新建和改造污水厂参考。1我国氮磷污染的现状与水环境标准1.1 水体氮磷污染状况我国的江河湖库及近海海域普遍受到不同程度的污染，总体上呈加重的趋势。监测表明：中国七大水系中，不适合作为饮用水源的河段接近40%，城镇河段中78%的河段不适合作饮用水源，城市地下水50%受到污染4。通过1960年到2000年对黄河312个监测点氮含量的连续监测，从1960年，

9、尤其1990年以后一直在增加。上游TN 1.0 mg/L，NH4+-N 4.0 mg/L，NH4+-N 0.10 mg/L；一些支流甚至达到TN=50-250 mg/L，NH4+-N=10-20 mg/L 5。珠江1998年的监测结果表明：氮污染主要是以NO3-N形式存在，浓度0.30-0.50 mg/L；氮磷比30-300；叶绿素a 含量0.8-7.8 mg/m3，河口的富营养化的限制因子是浊度和磷浓度6。全国湖泊和水库氮磷污染有加重趋势，水体藻类大量繁殖，且生存期长，覆盖面广，爆发次数多。太湖八十年代初以中营养为主，八十年代后期中营养-中富营养，九十年代中期大部分已为中富营养-富营养，目前

10、中富营养化面积占75%左右，夏季富营养或重度富营养占全湖面积10%左右7。我国已有约20万km2的近海海域受到氮磷污染影响，约4万km2的海域水质已不能满足水产养殖、海上运动娱乐及滨海旅游的要求。1999年中国海域共记录15 起赤潮，2000年28次，面积累计超过1万km2；2001年28次8。发生频次增加，面积扩大。1.2 水体中氮磷的主要来源我国水体氮磷污染来自生活污染、农业污染及工业污染源。生活氮磷污染来自城市人口的排泄物、食品废物和合成洗涤剂。农用化肥大量流失，如太湖流域化肥用量达300万t/年以上；上海郊区化肥消耗量在80万/年，流失率大于40% 9。食品加工企业、化肥生产企业等工业

11、废水中含有大量氮，磷化工行业排放含磷废水10。此外，畜禽养殖、水产养殖、旅游、航运等也对流域水体富营养化造成了压力。1.3 我国控制氮磷污染的水环境标准我国的环境标准工作是从1973年开始，有水环境质量标准和水污染物排放标准。表1列出水环境质量标准中对氮磷均作出规定，其中地表水和海水的水质标准对不同功能区类别的水域的氮磷标准值均提出了明确要求。为控制湖库的富营养化，根据我国湖库目前的水质状况，参照美国的基准和OECD的TSI综合指数，湖库项目标准规定了总氮、总磷、透明度、叶绿素a等四项特定项目。表2列出各类水污染物排放标准，以不同行业的水污染物处理技术为依据，分别规定了氮磷的最高允许排放浓度。

12、表1 控制氮磷的水环境质量标准序号标准名称及标准号氮磷控制指标实施日期1渔业水质标准（GB11607-89）非离子氨、凯氏氮总磷1990-3-12农田灌溉水质标准(GB5084-92)凯氏氮总磷1992-2-13地下水水质标准（GB/T14848-93）硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮1994-10-14海水水质标准（GB3097-1997）无机氮、非离子氨活性磷酸盐1998-7-15地表水环境质量标准（GHZB1-1999）硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、非离子氨、凯氏氮，总氮，透明度，叶绿素a总磷2000-1-1表2 控制氮磷的水污染物排放标准序号标准名称及标准号氮磷控制指标实施日期1纺织染整工业水污染物

13、排放标准（GB4287-93）氨氮1992-7-12钢铁工业水污染物排放标准（GB13456-92）氨氮1992-7-13肉类加工工业水污染物排放标准（GB13457-92）氨氮1992-7-14合成氨工业水污染物排放标准（GB13458-92）氨氮1992-7-15航天推进剂水污染物排放标准（GB14374-93）氨氮1993-12-16磷肥工业水污染物排放标准（GB15580-95）磷酸盐1996-7-17污水综合排放标准（GB8978-1996）氨氮总磷1998-1-18城镇污水厂污染物排放标准(GB18918-2002)总氮，氨氮总磷2003-7-12中国污水处理厂除磷脱氮工艺的历史沿

14、革与发展方向19世纪70年代中后期，我国开始建设城市污水处理厂。第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂1984年投入运行，处理规模为26万m3/d，其后陆续有几十座污水处理厂开工建设。这些污水厂均采用了传统推流曝气二级生物处理，主要处理目标是有机污染物和悬浮物，对于氮磷的去除率非常低11。80年代初，上海对一些污水处理新工艺进行试验后用于工程设计。1981年莘庄污水厂采用A/O工艺，1982年大观园污水厂采用转刷型氧化沟，1983年吴淞肉联厂污水厂采用SBR工艺，龙华肉联厂污水厂采用垂直轴曝气叶轮氧化沟，乳品五厂采用三槽式交替氧化沟11。进入九十年代，水体中各种污染物尤其是氮磷的标准更

15、为严格，新建城市污水厂必须考虑对氮磷污染物的控制，老水厂进行了脱氮除磷技术改造。3 污水脱氮除磷工艺在中国的应用与改进污水同步除磷脱氮工艺一方面能满足传统处理去除有机物、悬浮物的要求；另一方面又能除磷，并经过硝化、反硝化作用而达到脱氮目的。现行各工艺均包含着空间或时间上厌氧、缺氧、好氧三种状态的交替，通过组合和优化三种状态的组合方式及其数量的时空分布以及回流方式、位置而达到高效脱氮除磷的目的12。我国的污水处理厂设计采用的脱氮除磷工艺主要有5大类：AB改进工艺、A/O工艺、A2/O工艺，氧化沟工艺、SBR及其改进工艺，并就我国的应用效果提出或实施了相应的设计和运行改进。3.1 AB改进工艺AB

16、污水处理工艺，即生物吸附-生物降解两段活性污泥法，80年代初开始在我国应用于工程实践，在国内水厂的应用情况见表3。AB法具有抗冲击负荷能力强、对pH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业废水所占比例较高的城市污水处理厂。传统的AB工艺对氮磷的去除效果不佳，一些学者提出了改进方法，如ADMONT工艺13。我国强化AB法脱氮除磷普遍做法是将B段改为A/O或A2/O14，如深圳市罗芳污水处理厂15 16，滕州市污水处理厂17。在工业废水所占比例偏大的山东泰安城市污水处理厂应用A+A2/O工艺，具有较好的抗冲击负荷能力和避免污泥膨胀。山东椒江污水厂采

17、用改进的AB工艺，将10%原污水引入B段，并采用化学除磷措施进行辅助18。表3 AB工艺在中国的应用15 16 19 20编号厂名规模（万m3/d）应用年份改进1淄博市污水处理厂1419922青岛市海泊河污水处理厂819933新疆乌鲁木齐河东污水处理厂2019994滕州市污水处理厂82001B段，硝化/反硝化脱氮氧化沟5深圳市罗芳污水处理厂102002B段，A2/O3.2 A/O工艺A/O工艺即厌氧好氧工艺，通过聚磷菌在厌氧和好氧的循环实现磷的去除。也有部分A/O工艺以缺氧好氧方式运行，通过硝化菌和反硝化菌实现脱氮。A/O工艺流程简单、占地少、不需外加碳源脱氮，易于控制污泥膨胀，投资和运行费用

18、较低，在我国污水厂中广泛使用，如表4所示。运行情况表明：该工艺处理效果明显优于传统活性污泥法，具有很好的除磷或脱氮效果，但磷氮同步去除能力较低。3.3 A2/O工艺 A2/O工艺在只有除磷功能的A/O工艺中添加了一个无溶解氧缺氧池，反硝化回流混合液中的硝酸盐，操作简单，能同步除磷脱氮，运行费用低。A2/O工艺是我国最常用的同步除磷脱氮工艺，运行状况均较好，在国内水厂设计中的应用情况如表5所示。表4 A/O工艺在国内的应用1 21-23编号厂名规模（万m3/d）应用年份受纳水体与要求1上海市吴淞污水处理厂4.01988出水氨氮15mg/L2上海市周浦污水处理厂1.01988出水氨氮15mg/L3

19、天津纪庄子污水厂26.019891.0万m3/d 污水回用4上海市长桥污水处理厂2.21989出水氨氮15mg/L5北京市方庄小区污水厂4.01992全部污水回用作中水6北京市高碑店污水厂50199320万m3/d 污水回用7天津市东郊污水处理厂4019931.0万m3/d 污水回用8广东省番禺市祁福村污水厂1.01993淹没式生物膜法9青岛市李村污水处理厂81998改良A/O工艺10杭州四堡污水处理扩建工程60199911潮州市第一污水处理厂4200212沈阳市西郊污水厂60200530万m3/d 回用于工业3.4倒置2/工艺A2/O工艺要同时达到氮磷的去除目的，要求进水有较高的碳氮比和碳磷

20、比30。把A2/O系统的厌氧、缺氧环境倒置，形成倒置A2/O工艺31。缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区ORP较低，有利于微生物形成更强的吸磷动力；微生物厌氧释磷后直接进入好氧环境充分吸磷；所有污泥都将经历完整的释磷和吸磷过程，除磷能力有所增强；缺氧段位于工艺的首端，反硝化优先获得碳源，进一步加强了系统的脱氮能力。常州的城北污水处理厂和清潭污水处理厂均将原设计调整为倒置的A2/O工艺，COD、SS、TN、TP的去除率均有了不同程度的提高，尤以TP去除率提高最多32。3.5 氧化沟氧化沟是通过定向控制的曝气和搅动装置，搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内水平循环流动。氧化沟通过特殊的运

21、行方式，创造一定的溶解氧梯度，使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成生物脱氮功能。氧化沟工艺是我国20世纪90年代至今应用较多的污水处理工艺技术之一，见表6。Orbal氧化沟工艺已由我国自行设计，设备国产化。采用Carrousel氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。DE型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。3.6 SBR工艺与SBR变型工艺序批式活性污泥工艺即SBR工艺在自动控制程序的操纵下，交替进行进水、缺氧搅拌、厌氧搅拌、曝气和沉淀撇水，形成时间序列上的A2/O系统，实现脱氮除磷的目的。多种类型的SBR工艺在我国均有应用，包括属第二代SBR的ICEAS

22、工艺、DAT-IAT工艺，属第三代的CAST工艺、UNITANK工艺等41。ICEAS工艺将反应池分隔为小体积的预反应区和大体积的主反应区，污水连续进入预反应区，然后通过隔墙下端的小孔以层流速度进入主反应区，沿主反应区池底扩散，对主反应区的混合液基本上不造成搅动，连续进水同时沉淀、排水，不影响污水处理的进程。昆明市1997年建成的处理能力为15万m3/d的第三污水处理厂，采用ICEAS工艺，出水TN 5.3-12.1mg/L，TP 0.2-0.9mg/L42。表5 A2/O工艺在国内的应用21 22 24-29 编号厂名规模（万m3/d）应用年份受纳水体与要求1广州市大坦沙污水厂15.0198

23、9珠江2桂林市东区污水厂4.01990漓江3淀山湖风景区水厂0.121990淀山湖4昆明市第一污水厂5.51991滇池5邯郸市东污水厂6.61991回用于电厂冷却水6山东泰安市污水厂5.01992污水回用作景观用水7大连市春柳河污水厂6.019921.0万m3/d 回用于工业8大连市经济开发区污水厂6.01992回用于工业和电厂冷却水9太原市北郊水厂1.51992回用太钢1.0万m3/d，出水氨氮5mg/L10上海金山石化污水厂13.881992海域，出水氨氮15mg/L11福州市祥杭污水厂6.01993闽江12昆明市第二污水厂10.01993滇池13长沙市第二污水厂14.01993湘江14萧

24、山市污水厂8.01993钱塘江15西安邓家村污水处理厂1619946万m3/d采用A2/O+微絮凝过滤回用16保定鲁岗污水处理厂8199617珠海市香洲污水厂3.02005海域18合肥市污水厂15.0正在建设巢湖DAT-IAT工艺由一个连续曝气预反应池DAT和一个连续进水间歇曝气池IAT串联而成。工艺稳定性高，提高了池积和设备的利用率，增加了整个系统的灵活性。天津市经济技术开发区污水处理厂于1999年底投入运行43，这是DAT-IAT工艺在我国的首次使用，处理能力为10万m3/d。日处理能力为25万m3/d的抚顺三宝屯污水处理厂2002年建成44。CASS工艺分高负荷的基质快速积累和缓冲的预反

25、应区和较低负荷的主反应区。微生物处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，具有较好的脱氮、除磷功能。湖州碧浪污水处理厂45、徐州第二人民医院和北京航天城污水处理厂46等均采用了CASS工艺，运行状况均良好。CAST工艺在SBR基础上增加了选择器及污泥回流设施，并对时序做了一些调整，从而大大提高了可靠性及效率。浙江金华市污水处理厂、镇江新区污水处理厂使用的是CAST工艺。实践证明CAST具有很好的脱氮除磷效果，而且系统的抗冲击负荷能力强，对于工业废水比例较高的城市污水的处理较适用。UNITANK工艺主体为连通三格池结构，每池设有曝气系统，外侧两池设出水堰以及污泥排放装置，两池交替作为曝气和沉淀池，污水

26、可进人三池中的任何一个。在一个周期内，原水连续不断进人反应器，不需回流，通过进水点的变化达到脱氮除磷目的。澳门有两座污水处理厂采用该工艺。石家庄已建成了一座10万m3/d的UNITANK污水处理厂，上海石洞口污水处理厂、广西梧州污水处理厂也采用了该技术47。表7 氧化沟工艺在国内的应用1 22 28 33-40编号厂名规模（万m3/d）应用年份具体工艺1河北邯郸东郊污水处理厂5.41991三沟式氧化沟2昆明第一污水处理厂5.51991Carrousel氧化沟3珠海香洲水质净化厂31994A/O氧化沟4长沙第二污水厂141994Carrousel氧化沟5苏州新区污水处理厂41996三沟式氧化沟6

27、山东枣庄市污水处理厂71997三沟式氧化沟7深圳市滨河污水处理厂251997T型氧化沟8西安市北石桥污水处理厂 151998DE型氧化沟9山东省莱西市污水处理厂41998Orbal氧化沟10中山市污水处理公司101998Carrousel氧化沟11四川省新都污水处理厂12000一体化氧化沟12北戴河西部污水处理厂72000生化池与沉淀池分建式13威海高区污水处理厂12000Carrousel氧化沟14重庆市北碚污水处理厂52000改良型Carrousel氧化沟（A/O）15合肥市王小郢污水处理厂1.52001改良型氧化沟（前设厌氧池）16温州市中心区污水处理厂102003Orbal氧化沟17深

28、圳市罗芳污水处理厂二期工程252003三沟式氧化沟3.7 百乐卡工艺百乐卡（BIOLAK）工艺由最初采用天然土池做反应池而发展起来的污水处理系统，利用浮在水面的移动式曝气、底部挂有微孔曝气头的一种活性污泥系统，是一种具有脱氮除磷功能的多级活性污泥处理系统。该工艺在国内应用第一例是1999年10月开始运行的山东招远镇污水处理厂，规模为2万m3/d，第二例是深圳龙田污水处理厂，一期规模3万m3/d，二期3万m3/d 48。4结论随着中国经济的发展，污水量增加，江河湖库及近海海域普遍受到不同程度的污染。国家的水环境质量标准日趋严格，尤其是氮磷排放标准收紧。新建城市污水处理厂必须考虑氮磷的去除，已建设

29、污水处理厂要分期进行脱氮除磷改造。对我国现有的污水厂的调研和资料统计结果表明，我国应用最为广泛的脱氮除磷工艺是A/O、A2/O、氧化沟工艺和SBR及其变型工艺DAT-IAT、CASS、CAST、UNITANK等，并根据实际情况对原工艺进行了相应的设计改造或运行调整，以适应实际情况的需要。为今后城市污水处理厂脱氮除磷工艺设计和运行提供参考。参考文献1 中国城市污水处理现状及规划中国环保产业CEPI， 2003(1): 32352 国家环境保护总局2000年中国环境状况公报环境保护2001，7：3-93 王涛，楼上游中国城市污水处理工艺现状调查与技术经济指标评价给水排水， 2004，30(5):1

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