郝吉明、彭永臻、曲久辉、贺泓、刘文清、李广贺解析环保前沿技术

随着我国污水处理不断提高，消除黑臭水体解决，由水体富营养问题日益严重。我们可以看到尽管是2015年的指标数据，现在也是这样，我国重要大型湖泊水库面临非常严重的富营养化，至今没有得到解决。中国污水处理厂主要矛盾从有机物去除转到氮磷污染物的去除，特别是氮磷去除普遍不高，成为当今污水处理厂亟待解决的主要矛盾。

这是2002年颁布的标准，比较难以达标是总氮，还有总磷。主要围绕氮磷没有达标。我们看看澳大利亚，他们标准比我们还要严，总氮的标准是10，达标率90%不行，总氮小于10%，达标率90%不行，还要保证总氮小于5%，概率至少保证50%。非常严格的控制。

我们国家水污染中脱氮除磷存在的问题。我国大多数的污水处理厂都没有达到一级A的排放标准，其中瓶颈问题是总氮没有达标。我国的污水处理标准过严了，不是这样，达到一级A的标准，仍然遏制不了富营养化的蔓延。我国应该针对敏感水环境区域制定更加严格的标准。太湖、环渤海周边等要制定严于国家一级A标准的排放。

还有另外一种情况，有些地区流域真没有必要到一级A的标准。台湾不用搞脱氮除磷，台湾周边是公海，排点氮磷往海里一放，给海里增加到富营养化物质。黑龙江往往没有必要脱氮除磷。还有一些区域实际上也没有富营养化，从来没有听说特别大的河流有富营养化的问题。富营养化有几个条件，氮磷、温度、阳光、扰动，因此标准该严的严，该松的松。

下面是比较具体，第二个问题传统污水生物处理工艺和问题。从全世界来看，在两个世纪有固体沉淀，处理城市污水的悬浮物，上世纪20年代初，我记得上学到上海参加污水处理厂特别惊讶，20年代在上海建立一个活性污泥法污水处理厂。上世纪70、80年代，全世界脱氮除磷，富营养化在全世界爆发了。随着BOD、脱氮除磷，使污水处理工艺越来越复杂，带来很多技术问题，处理工程，包括机械仪表处理问题。脱氮除磷的问题纳入处理流程之外，提出了非常多的科学问题。

再看看脱氮除磷的大问题，污水除磷可以通过生物除磷和化学除磷。污水脱氮，只有生物脱氮才是最经济有效的，而且对于城市污水来讲是唯一的，不仅是经济有效而且是唯一的方法，到现在还没有听说哪个城市污水处理厂不用生物脱氮。原因是什么？混凝沉淀不能去除微滤、纳滤口径，区别不了水分子大小，只有反渗透才能区别水分子大小。反渗透处理是中水，对于城市污水处理来讲生物脱氮是唯一选择的。

城市污水总氮代表是关键难点。

生物脱氮反两步，第一个硝化，第二个反硝化。一个电子供体，一个是电子受体，水中氨氮和有机氮从污水处理分离出来完成脱氮的问题，一个需要氧气，一个需要有机碳源，这是关键点。

生物除磷，有除磷微生物和菌，没有氧的条件下，把磷从细胞中释放出来，可以使水中磷从3每升毫克达到几十毫克，在耗氧和曝气过程中，把水中磷聚集在细胞中，摄取磷，而且是过量的，把含有磷的污泥排除污水处理系统就完成了处理，就是这样简单。

这是我们用的工艺AN/O除磷工艺，释放出磷，然后曝气、好氧，然后沉淀池，然后处理水。还有反硝化反应器缺氧然后到硝化反应器好氧，然后到沉淀池，到处理水。这个两个结合起来既除磷又脱氮，厌氧、缺氧和好氧。对小型的污水处理厂应用广泛的是序批式活性污泥法，小于5万吨的经常用这样一种工艺。

我们看到什么问题，无论对A/O都存在这样的问题。缺氧，有机物进来这个是氨氮，缺氧池没有变化，在好氧池，此消彼涨形成硝态氮，用有机物还原硝态氮。回流中的硝阶氮和出水的硝阶氮相同，因为他们都来源于这个地方，就是说出水和回流污泥和剩余污泥中硝阶氮、氨氮、总氨是一样的，这种工艺很难彻底深度的脱氮。

有一种工艺是分段进水，把A/O分成四段，假定硝化能够100%，反硝化100%充分的。如果分成四段，进入第一段原水和有机物，把回流污泥的硝态氮还原，回流污泥假设100%，回流污泥量等于进水量，把总氨去掉了，第一段产生的而第二段还原了，第三段被第四段水有机物还原掉了，前三段总氮全部被去掉，只有第四段的氨氮被氧化产生硝态氮，才能随出水流出。第四段有污泥回流比100%，第四段有一半的总氮可以去掉，这个工艺去掉1/8的总氮。但是这四段比较繁琐，我们经常用三段，这个工艺可以完成深度脱氮。三段可以去掉6/5总氮。如果进水总氮30，出水氮达到5。它还有一个优点，微生物浓度非常高，第一段回流污泥浓度被1/3的水稀释，因此污泥浓度比较高。

ICEAS工艺是我们国家用的比较多的工艺，可以说80%的ICEAS都按照这样一个工艺，下面的模式在运行。这个是搅拌。这个表示曝气，这个表示沉淀，这个表示进水，但是进贯穿始终，说明什么？说明在曝气阶段，一边曝气一边进水，我们国家脱氮的重大障碍就是缺少碳源，有机物浓度比较低，氨氮总氮比较高，反应的时候没有碳源，往往加碳源。三小时一边曝气一边进水，用珍贵能源，曝气需要能源，去除了可贵的碳源，因此既浪费了能量又把有机物去掉了。

把进水在搅拌进水中进，曝气中不进，不仅可以大量节省碳源，提高效率，而且节能降耗，有机物不需要能量去除，用反应化去除，几个工程实践都收到很好的效果。我国现在的ICEAS几乎用我说的刚才模式运行。

第三个新型生物脱氮除磷技术。有一种技术叫做短程硝化。刚才说了什么是硝化反硝化，特别城市污水中90%以氨氮形式出现的总氮，还有一部分有机氮，有机氮一曝气就转化成氨氮了，氨氮经过曝气变成硝态氮，有机碳源作用下，这时候不曝气了，变为氮气，完成脱氮的过程，氮气可以去除。短程硝化过程简捷。亚硝酸氮这个过程减少了曝气量，这个过程减少了外加碳源，减少20%氧气，减少20%二氧化碳的释放等等。它为实现厌氧提供了底物。

全世界包括中国在内，全世界污水处理厂都没有实现短程硝化，有的仅仅一部分。这是我们学校的中试基地，实现了三年短程硝化，而且规模比较大一点。

刚才我说了除磷的基本原理，厌氧、吸磷、放磷，放磷在耗氧状态下吸收磷，然后把污泥排出处理。反硝化除磷，这个过程既完成反硝化又完成了磷的吸收，一个碳源两用。我们把含有富有磷的污泥排除系统完成了污水生物处理。