污水处理厂升级改造中的认识误区

脱氮除磷是污水处理厂升级改造的核心内容。长期以来，我国在技术应用时普遍存在认识偏差、甚至是错误的，使得污水处理工艺路线选择常常走偏，导致脱氮除磷运行时难以达标排放。在日益严格的排放标准以及严肃的环保监管形势下，升级改造成为必然。在这个问题上，采用新技术、延长流程似乎已经成为升级改造的趋势，很少有人回过头来琢磨既有工艺的“天生”缺陷。其实，我们对欧洲国家已研究、应用了20多年的反硝化除磷(DPB)作用仍停留在学术重复和改名阶段，深思熟虑的工程应用几乎不复存在，以至于A2/O成为脱氮除磷的主流工艺。事实上，A2/O工艺本身便可聚集DPB，只不过效果较UCT要差。因此，变型为UCT便可将反硝化除磷(与硝化细菌并不存在泥龄矛盾)发扬光大，无需向无助于生物除磷的多级A/O、MBR、MBBR等方向发展，也可以弃用生物脱氮+化学除磷的常规处理模式。

作者简介：郝晓地(1960-)，男，山西柳林人，教授，从事市政与环境工程专业教学与科研工作;主要研究方向为污水生物脱氮除磷技术、污水处理数学模拟技术、可持续环境生物技术。现为国际水协期刊《Water Research》区域主编(Editor)。

我国对脱氮除磷技术应用的时间应该说几乎与欧洲同步，A/O、A2/O、甚至倒置A2/O等工艺应用从20世纪末就已经开始，以至于到目前形成了以A2/O及其变型为主的脱氮除磷工艺。然而，在实际应用中发现，A2/O在脱氮方面还较为满意，但生物除磷普遍不灵，出水很难达到TP<1.0 mg P/L，不得不靠后端化学除磷方式满足TP<0.5 mg P/L这样的严格排放标准。

对此，国内工程界甚至学术界形成了各种各样的认识和论点，像“脱氮与除磷存在泥龄矛盾”、“生物脱氮简单、化学除磷容易”、“多级AO好于A2/O”、“MBR(A2/O+膜分离)可产生优质出水”、“MBBR适合升级改造”等等，还有怀疑生物除磷理论不成熟的偏激观点。

其实，上述论点都是基于对脱氮除磷(特别是反硝化除磷)理论的表观认识或片面理解，仍然将脱氮与除磷分离看待的结果。基于反硝化除磷理论，脱氮与除磷是一体的，是一种细菌(DPB，可以NO3-或O2分别作为电子受体)在缺氧环境下发生的同步脱氮除磷现象，可谓“一石两鸟。生物除磷通过排泥去除细胞内多聚磷酸盐(poly-P)固然需要较短的污泥龄(SRT)，而硝化受细菌世代时间限制必须采用长SRT。但在工程应用中，其实磷细菌与硝化细菌所需要的最低SRT并无多大差别。MBR和MBBR在生物净化机理上根本无助于生物除磷。

针对国内学术、工程界上述有关脱氮除磷的错误论点，本文将逐一通过既有理论、实验数据、数学模拟予以详细解释并予以澄清。

1 脱氮与除磷存在泥龄矛盾

传统观点认为，硝化菌(AOB/NOB)所需最小SRT要比磷细菌(PAOs/DPB)长;如果SRT满足硝化细菌生长条件，磷细菌则不能较多地排出系统，导致除磷效果变差。这其实就是所谓脱氮除磷存在泥龄矛盾的认识出发点。但是之前通过对BCFS反硝化除磷系统各温度下磷细菌与硝化菌最小SRT模拟实验时发现，虽然反硝化工艺磷细菌(PAOs/DPB)所需最小SRT比硝化菌要短，但两者差别不大，也就仅有1 d之差，如图1所示。换句话说，工程上可将磷细菌与硝化菌最小SRT 视为一致，即不存在什么泥龄矛盾，这与Brdjanovic等人实验发现十分相符。这就是说，同步脱氮除磷系统中，SRT并不能取的太短，否则，连磷细菌也生长不起来，低SRT排泥除磷也就失去意义。

图1 反硝化除磷系统中硝化菌与磷细菌最小SRT比较

可见，脱氮与除磷存在泥龄矛盾其实是一种主观臆断，是仅从两种细菌各自世代时间比较而得出的错误判断。这也是为什么独立于反硝化除磷的硝化双污泥A2N系统在荷兰只实验演示而没有实际工程应用的主要原因。

2 生物脱氮+化学除磷乃低碳源污水之策

化学除磷具有宏量效果好，微量效果差之特点，具体见图2，图中箭头处数值为Fe/P (Al /P)物质的量之比。

图2 化学除磷过程

根据化学反应动力学，初始PO43-浓度越高，化学反应所需的金属离子与P摩尔比就越低，反之，则越高。上述阶段性投加化学药剂固然可以节省药剂投加量，但所需反应时间较长。当然，可以采用反应伊始时便投加大药剂，以缩短反应时间。换句话说，如果采用化学除磷方式将污水中通常2~5 mg P/L的PO43-降低至四类水体标准，过量投加化学药剂所带来的运行成本以及制造、运输药剂间接产生的CO2排放量显然与污水处理节能降耗之目标背道而驰。

反观生物除磷，具有微量效果极佳的显著特点。在完全满足磷细菌生长条件(厌氧--缺氧/好动态循环生长环境)以及所需环境条件(保证存在还原转化所需乙酸碳源)的前提下，磷细菌在缺氧(DPB)或好氧(PAOs/DPB)环境中几乎可以将水环境中的溶解性PO43-全部吸收到细胞内形成poly-P。通过二沉池泥水分离，上清液中溶解性PO43-可降至“0”这样的低水平。从生物脱氮除磷工艺角度来来看，A2/O或UCT完全按磷细菌所需动态生长环境所设计，可以聚集大量磷细菌。只是在工程实践中，我国很多地区污水中低C/P、C/N比可能限制磷细菌正常生长。然而，从A2/O或UCT中所发现的反硝化除磷现象通过DPB细菌生将物脱氮与除磷“合二为一”，无形中相当于增加了一倍脱氮除磷所需碳源。因此，低碳源污水脱氮除磷工艺首要考虑的就是创造DPB的最大富集条件。在此方面，UCT明显好于A2/O，这已被模拟试验所证实。

因此，将脱氮与除磷分别以生物和化学方式隔离并非低碳源污水脱氮除磷的上策，其结果将以较大化学药剂投加量以及相应的碳排放作为代价。

编辑：赵凡