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摘要：当前我国城市现代化发展节奏越来越快，河流生态环境问题日益严重，城市黑臭水体也越来越多，国家对于黑臭水体的治理也下达了任务和命令，深圳市也开展了消灭黑臭水体的行动，要求各个黑臭水体治理后排出水各项指标都达到要求，尤其是氮磷指标。本文就黑臭水体白花河的现有治理方案对于脱氮除磷能力进行分析，并给出优化建议。
关键词：黑臭水体；污水治理；脱氮除磷；提标改造
引言
为贯彻落实国务院发布的《水污染防治行动计划》（“水十条”）以及2018年启动的城市黑臭水体整治专项巡查，深圳市生态环保局下达了开展全面攻坚国考省考断面水质达标和全面消除黑臭水体行动的命令。要求深圳150条（159个）黑臭水体2019年全面完成整治并实现长制久清。1467个小微黑臭水体2019年底前全面消除黑臭并建立动态管理机制。19条入海河流2020年按期达到地表水Ⅴ类。
白花河是深圳观澜河流域的一条黑臭水体，沿途排污口较多，主要收集附近的工业废水和生活污水，白花河项目主要处理的对象为SS、COD、氮磷以及重金属，采用的是磁分离一级强化+两级曝气生物滤池污水处理工艺。从目前的运营情况看，白花河项目的出水只能达到地表水Ⅴ类，且目前出水没考核TN指标，TN指标与V类地表水要求差距大，TN的去除是优化后的工艺必须解决的问题，同样TP的去除也尤为重要，本文就白花河的现有处理设施对脱氮除磷工艺进行论述和优化。
1 白花河的现状
白花河支流大水坑河向白花河排放污水量约为6.3万m3/d，由于大水坑河截污还未实施，水量较大，如直接排入附近市政管道，会造成污水主干管溢流，治理方案在大水坑河口实施总口截污，将一部分截流污水进行旁路处理，旁路处理采用超磁分离+曝气生物滤池工艺，处理规模为４万m3/d，共设置４套一体化设备。出水水质标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级Ａ标准（除TN外），处理后的尾水作为白花河的河道补水。剩余的污水通过污水提升泵站抽排至附近市政管道，进入下游污水处理厂进行处理。由于目前的治理标准除去了TN，但其实总氮及总磷的去除会影响水质的好坏。
2 曝气生物滤池脱氮
2.1曝气生物滤池脱氮原理
白花河污水处理设施采用的是磁分离一级强化+两级曝气生物滤池污水处理工艺（如图1、图2）。曝气生物滤池(BAF)是在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺开发的污水处理新工艺。曝气生物滤池采用颗粒滤料，集截留悬浮物和生物处理功能于一体，主要有填料表面所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用，兼具过滤、吸附、生物降解等功能。由于污水处理设施已在运行使用中，且一级处理的磁分离技术无法除氮，所以只能通过不对土建进行改造，只改变曝气生物滤池运行方式的方法降低TN的含量。
在曝气生物滤池反应器附着的生物膜上存在着不同的好氧、缺氧区域，在同一处理系统中可实现同步硝化反硝化[1]，将大大简化生物脱氮工艺并在去除有机物的同时能达到脱氮的目的，从而节省投资，提高处理效率。单独的向上流曝气生物滤池虽对氨氮有较高的去除率（如图3），但对总氮的去除率却很低，为了增加对总氮的去除率，常采用多个滤池并联的方式组合运行进行硝化反硝化脱氮，所以该工艺采用两级曝气生物滤池脱氮[2]。
2.2曝气生物滤池脱氮效果的影响因素
曝气生物滤池包括硝化和反硝化过程[3]，硝化过程主要发生在生物膜的好氧区域中，在曝气的情况下，好氧菌将水中的氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。反硝化过程发生在缺氧区域中，而除氮的关键过程就是反硝化过程，为了保证脱氮的效率，必须严格控制缺氧的环境[4]，在曝气生物滤池运行过程中，反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气，实现反硝化[5]。所以影响反硝化过程的因素，必定会影响TN的去除效果。
2.2.1 DO质量浓度
DO 质量浓度是影响同步硝化的一个主要限制因素。硝化是在好氧条件下发生的，而反硝化是在缺氧或厌氧条件下发生的，但在对DO质量浓度实行控制的条件下，可同时在生物膜的不同部位形成好氧区和缺氧区，这样便具有实现同步硝化反硝化的条件。章胜红[10]等人在保持温度25℃左右，pH值为7～8，C/N 比值为8左右(进水CODCr质量浓度为87～110mg/L)，在5.7～6.4mg/L(1～6d)，2.8～3.4mg/L(7～12 d)，0.8～1.5mg/L(13～18d)，0.4～0.7mg/L(19～24d)4个不同DO 质量浓度段下，考察了DO质量浓度对同步硝化反硝化的影响。当DO质量浓度为5.7～6.4 mg/L时，NH4+-N的去除率高，总氮有所去除，但在这一溶解氧浓度下，有少部分NH4+-N通过硝化反硝化转化为N2。当DO质量浓度为2.8～3.4mg/L和0.8～1.5mg/L时，NH4+-N的硝化效率有所降低，总氮的去除率增加，在此DO质量浓度下，反硝化菌比较活跃，代谢能力强，除由NH4+-N硝化生成部分硝酸盐氮(也可能发生短程硝化反硝化)转化为N2 外，进水中也有部分硝酸盐氮转化为N2。在这两个DO质量浓度下比较，后者DO质量浓度下的总氮去除率更高。但当DO质量浓度进一步降低，NH4+-N的硝化能力受到影响，总氮去除率也较高，但没有在0.8～1.5mg/L时的总氮去除率高。结果表明在DO质量浓度为0.8～1.5mg/L下，总氮去除率最高。
2.2.2反冲洗
由于曝气生物滤池需要定期的反冲洗去除截留的悬浮物和老化的生物膜，一般反冲洗后使得生物膜的厚度变薄，溶解氧（DO）很容易穿透生物膜[5]，破坏了反冲洗前所存在的缺氧环境，曝气生物滤池的效能会大大降低，尤其是对TN的去除效果影响较大，但由于本工艺的一级处理采用的是超磁强化混凝工艺，可以在一级处理过程中通过加添加磁种和混凝剂，使大部分SS与磁种结合形成絮团，通过超磁分离机进行分离，因此除去了大量的SS，不会在曝气生物滤池的生物膜上有很多截留悬浮物，所以为了强化脱氮，可以适当降低反冲洗的频率和强度，这样最终就可以达到理想的除氮效果[8]。
2.2.3碳氮比
实现生物反硝化的最关键因素是有机碳源[6]，有机碳源能为微生物能量代谢提供充足的碳，也是异氧好氧菌和反硝化过程中重要的电子供体。对于同步硝化反硝化系统，由于缺氧环境和好氧环境一体化及硝化反硝化同时发生[7]，会去除水中大量的COD、BOD等有机物，此时进水中的有机物便大大减少，使得有机碳源对整个反应影响尤为重要，碳氮比过低，满足不了反硝化过程的需要，过高则降低硝化反应的速率，不利于氨氮的去除。章胜红[10]等在研究中考察了在3种C/N （18.1～20，3.6～4.3，6.9～9.2）下总氮去除效果，在C / N 比值为18.1～20时，NH4+-N硝化生成的硝酸盐氮较少，此时异养菌占优势，抑制自养菌的活性。当C/N比值为3.6～4.3时，反硝化所需碳源不足导致反硝化作用减弱，使硝酸盐反硝化的效果弱且出水略高于进水的硝酸盐氮。在C/N比值为6.9～9.2时，同步硝化反硝化作用都强于另外两种条件下同步硝化反硝化的效果。从研究上看，较低的C/N比值有利于亚硝化反应的进行，但是不利于反硝化反应的进行。较高的C/N比值不利于亚硝化反应的进行，但是有利于以有机物电子供体的反硝化反应进行。因此若在同一反应器同时完成硝化与反硝化，应选择合适的C/N比值才能最大程度发挥反应器的效能。
3 污水处理设施除磷
3.1磁分离技术除磷
磁分离一级强化技术不仅能有效去除污水中的大量SS和重金属，还能去除部分TP和COD。投加磁种及混凝剂（PAC）、助凝剂（PAM），通过超磁强化混凝有效吸附有害物质，如工业废水中的细菌、病毒、重金属等，还可以使磁性物质与非磁性物质有效结合，从而形成絮团，经水流流过超磁分离机时，超磁分离机可以吸附到磁性絮体，从而能实现水和污染物的分离达到净化水质的目的，有效去除污水中的SS和部分TP。
3.2生物除磷
生物除磷法包括厌氧、好氧交替运行的条件下聚磷菌超量吸磷；微生物以污水中的总磷为营养物，同化作用除磷；此外还有微生物的吸附、絮凝和截留作用等也能对磷的去除产生效果。由于曝气生物滤池虽有厌氧好氧交替运行过程，但无污泥回流，所以从理论上无聚磷菌的去除效果，而是微生物的同化、吸附、截留、絮凝对总磷的去除起重要作用[9]。
3.3化学除磷
如果通过一级超磁强化混凝工艺和生物除磷后，还是没有达到TP的排放标准，那么可以在曝气生物滤池硝化区前端加FeCl3药剂的方法形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过排泥将沉淀物从污水中除去。
4 该工艺的前景
运行实践表明，曝气生物滤池具有占地面积小、处理效率高、抗冲击负荷强、无需二沉池、出水水质好等优点。曝气生物滤池技术将污水生物处理与深层过滤集于一身，充分体现了现代水处理工艺的特点。近年来曝气生物滤池己经成为国内外的研究热点，各种不同形式的曝气生物滤池不断推出，许多己经得到成功应用，并取得了很好的应用效果。在新材料方面，通过改性处理的新型吸附型填料，可以大大强化曝气生物滤池对难降解污染物的去除能力，从而在污水的高级处理和给水处理中发挥更大的作用[9]。曝气生物滤池是一种适合我国国情的水处理技术，应加大力量进行深入研究，推动该技术的国产化并在水处理中推广应用，并且在污水处理厂提标改造和深度处理等方向应用前景广阔。
结论
结合深圳市白花河的分散式污水处理设备的运行情况，在日处理能力最大按5.2万m3/d运行的情况下，出水为了能达到一级A标准且白花河的水质要达到地表水Ⅴ类，不久后需要提标到Ⅳ类水标准，结合理论指导，对曝气生物滤池的脱氮除磷能力进行优化，得出了以下结论：
1.想要曝气生物滤池脱氮效果最好，就要保持曝气生物滤池中的DO质量浓度为0.8～1.5mg/L。
2.反冲洗是维持曝气生物滤池功能所不可缺少的重要环节，但在反冲洗过程中，很容易使生物膜变薄，影响TN的去除效果，所以需要适当降低反冲洗的强度和频率。
3.碳氮比影响曝气生物滤池的脱氮率，总氮的去除率随着碳氮比的不同而变化，当碳氮比为6.9～9.2时，同步硝化反硝化作用都较强，所以要选取合适的碳氮比使曝气生物滤池的脱氮效果达到最佳。
4.该工艺除了一级超磁强化混凝除磷外，在曝气生物滤池中需要另外采用药剂来处理磷，选用的药剂为三氯化铁。
参考文献
[1]曹诚文. 不同运行方式曝气生物滤池的脱氮效能的研究[D].苏州科技学院，2009.
[2]孙成江. 交替曝气两级生物滤池反硝化除磷工艺效能及其菌群结构研究[D].济南大学，2015.
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[7]郭树河. 曝气生物滤池同步硝化反硝化脱氮试验研究[D].哈尔滨工业大学，2010.
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[9]汪银梅.新型曝气生物滤池(BAF)除磷脱氮特性研究[J].环境科技，2015，28(06):17-19+24.
[10] 章胜红，陈季华，孙志国．曝气生物滤池废水深度处理同步硝化反硝化机理及影响因素[J].东华大学学报，2007，2.
论文作者:陈述蔚1, 林维帅2,,李泓波3
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/25
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