施汉昌谈脱氮除磷的控制及MBR应用

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国家环保总局2006年第21号公告要求，城市污水处理厂的污水应当排入重点流域、湖泊、水库和其他封闭、半封闭水域。随着标准的提高，脱氮除磷在污水处理中变得越来越重要。在“2012(第六届)水务行业先进技术论坛”城市污水处理技术深度论坛上，清华大学环境学院石汉昌教授就氧化还原态控制、化学投加量控制、膜生物反应器脱氮除磷潜力等技术问题进行了探讨。

脱氮除磷过程的氧化还原状态控制

史汉昌教授指出，工艺各阶段的氧化还原状态直接影响脱氮除磷效果，氧化还原状态的可控环节包括供气、内回流、外回流和曝气池排泥。通过前馈控制和反馈控制的结合，设定值可以根据负载变化进行前馈调节，被控变量的控制精度可以通过反馈来保持。小型污水处理厂可采用总管流量控制方式(控制曝气总管)；大型污水处理厂曝气池长且大，因此可采用分组流量控制方式(控制支管)。对于基于do反馈的精确曝气控制，史汉昌教授认为，其优点是可以维持好氧生物处理良好的供氧条件，在进水负荷较低时自动减少曝气量，达到节能的目的，且控制系统和仪表相对简单；但同时也存在一些缺陷，如没有全面考虑微生物在生物处理系统中的作用，只考虑供气系统的节能，控制策略相对滞后。

在局部添加生物填料强化脱氮方面，施汉昌教授认为，由于硝化细菌的生长速率低于一般异养微生物，通过固定生长方式使硝化细菌在生物载体上附着生长是提高污水处理系统低温氨氮去除能力的有效方法之一。其优点是可以结合目前国内广泛采用的a2o污水处理工艺条件，在曝气池段加入悬浮生物载体，以增强污水处理厂的脱氮效果，非常适合城市污水处理厂的升级改造。然而，需要考虑附着在填料上的生物膜和曝气池中悬浮活性污泥之间的竞争关系、附着在填料上的生物膜实现同步硝化和反硝化的能力以及填料的进料位置。

脱氮除磷过程的化学投加控制

在化学加药控制方面，史汉昌教授介绍了化学除磷可以显著提高出水磷的稳定性，这在美国、英国、丹麦和瑞典得到了广泛应用。但是，如果完全依赖化学除磷，试剂用量大，成本高，试剂的长期积累会影响生物反应系统，产生化学污泥。将生物除磷和化学除磷相结合，可以充分利用生物除磷成本低、化学除磷出水磷浓度低且稳定的优点。

关于化学除磷是否会影响生物系统活性的问题，史汉昌教授展示了不同化学物质对不同生物的影响结果。其中，铝盐对亚硝化细菌有明显的抑制作用，而聚合铝铁和铁盐的生物抑制作用相对较小。如果剂量小，不会影响生物种群的变化，但如果剂量过大，会影响生物除磷系统的功能。

此外，史汉昌教授还介绍了反硝化碳源的投加控制。反硝化滤池的主要目的是去除悬浮物和总氮。当生化系统脱氮效果不好时，在过滤器入口区域加入适量的碳源可以保证出水总氮达标。有两种控制模式:“前馈控制”和“前馈-反馈控制”。“前馈控制”是通过流入量和硝酸盐浓度来控制碳源添加量；“前馈-反馈控制”是指碳源投加量可以根据进水流量和进水、出水硝酸盐浓度进行调节，通过在线仪表控制，过滤器出水bod不会增加。当待去除的硝态氮浓度较低时，溶解氧消耗的碳源比例较高。如何在满足工艺操作要求的前提下，尽可能降低投加前的溶解氧浓度，也是操作中需要注意的问题。

膜生物反应器脱氮除磷的潜力

Mbr脱氮除磷技术是一项相对较新的技术。史汉昌教授介绍了清华大学环境研究所研制的mbr强化脱氮除磷中试系统，包括厌氧、预缺氧、好氧、后缺氧和膜池。该工艺处理效果理想，污水处理系统无需添加化学药剂即可稳定达到一级甲等标准。Mbr强化脱氮除磷工艺具有许多优点，如强化内源反硝化提高污水的脱氮能力，具有低c/n比、高微生物含量、抗冲击负荷能力强、冬季低温硝化能力强、胶体磷截留率高、污泥中磷含量高、除磷效果稳定等优点。

史汉昌教授还以无锡市mbr强化脱氮除磷示范工程为例，说明了该工艺的处理流程和运行效果。总的来说，mbr脱氮除磷技术的优点是:硝化效果好，受低温影响小；强化tn去除(曝气池内高污泥浓度(10-15g/l)可形成同步硝化/反硝化)，促进反硝化除磷(节约碳源)，促进内源反硝化)，促进除磷(长污泥龄时可除磷，膜对胶体去除有贡献，防止污泥流失)。