城市污水处理厂中生物脱氮除磷技术的优化研究

城市污水处理厂中生物脱氮除磷技术的优化研究

苏英

达茂联合旗城市管理综合执法大队

摘要：本研究重点探讨城市污水处理厂中生物脱氮除磷技术的优化，以提高处理效率和效果。通过分析当前生物脱氮除磷技术的现状及其存在的问题，提出了相应的优化策略。研究结果显示，优化后的技术能够显著提升氮磷去除率，降低处理成本，并减少对环境的影响。

关键词：生物脱氮除磷；城市污水处理；技术优化

引言

城市污水处理是环境保护中的重要环节，而生物脱氮除磷技术作为一种有效的污水处理方法，在减少水体富营养化和保护水资源方面发挥着关键作用。然而，现有的生物脱氮除磷技术在实际应用中仍存在一些不足，影响了其处理效果和效率。针对这些问题，优化现有技术，提升污水处理厂的整体性能，显得尤为重要。本文旨在通过对生物脱氮除磷技术的优化研究，找出提升处理效果的方法，解决现存问题。

一 生物脱氮除磷技术的现状与挑战

（一）生物脱氮除磷技术的现状

生物脱氮除磷技术在城市污水处理中已得到广泛应用，其主要原理是通过微生物代谢作用将污水中的氮和磷转化为无害的氮气和磷酸盐，从而达到去除污染物的目的。当前，主流的生物脱氮技术包括传统活性污泥法（A/O法、A2/O法）、序批式活性污泥法（SBR法）和膜生物反应器（MBR）等。这些技术在实际应用中取得了一定的成效，但在处理效率、稳定性和成本方面仍存在一些问题。例如，传统活性污泥法虽然在处理氮和磷方面具有一定优势，但其反应条件要求严格，容易受到环境因素的影响，导致处理效果波动较大。序批式活性污泥法具有较高的处理效率，但其操作复杂，管理难度较大。膜生物反应器则以其高效性和占地面积小的特点备受关注，但其高昂的成本和膜污染问题限制了其大规模推广应用。

（二）生物脱氮除磷技术面临的挑战

当前生物脱氮除磷技术面临的主要挑战包括以下几个方面。首先是技术复杂性和操作难度较大，要求操作人员具备较高的专业知识和技能。其次是处理效率和稳定性不足，特别是在处理负荷变化较大的情况下，容易出现处理效果下降的情况。此外，部分技术的运行成本较高，特别是需要大量能源和化学药剂的技术，增加了污水处理厂的运行负担。膜污染问题也是膜生物反应器技术面临的重要挑战之一。膜污染不仅降低了处理效率，还增加了清洗和更换膜的频率，进一步提高了运行成本。为了克服这些挑战，需要对现有技术进行优化，提高其处理效率和稳定性，降低运行成本，并减少对环境的负面影响。

二 优化生物脱氮除磷技术的策略

（一）优化工艺参数

为了提高生物脱氮除磷技术的处理效率，优化工艺参数是必不可少的一环。通过精确控制反应器中的温度、pH值、溶解氧浓度和碳源投加量，可以显著提升微生物的活性和代谢效率，从而提高氮磷去除率。例如，研究表明，在厌氧氨氧化工艺中，最佳的温度范围为30-35℃，而溶解氧浓度应保持在0.5-1.0 mg/L之间。在此条件下，厌氧氨氧化菌的活性和稳定性最高，处理效果最佳。通过优化曝气系统，可以有效提高反应器内的溶解氧传递效率，减少能源消耗。采用先进的曝气设备，如微孔曝气器、射流曝气器等，可以在保证高效曝气的同时，降低系统的运行成本。研究表明，微孔曝气器相比传统曝气设备，能够提高30%以上的溶解氧传递效率，显著降低能源消耗。

（二）改进微生物菌种

优化生物脱氮除磷技术的另一个重要策略是改进微生物菌种。通过筛选和培养高效的脱氮除磷菌株，可以显著提升系统的处理效率。例如，近年来，研究者们发现了一种高效的厌氧氨氧化菌Anammox，它能够在无氧条件下，将氨氮和亚硝酸盐直接转化为氮气，具有处理效率高、能耗低的优点。通过培养和驯化这种菌株，可以大幅提升生物脱氮除磷系统的处理效果。采用基因工程手段，改造微生物的代谢途径，使其在特定条件下表现出更高的脱氮除磷能力，也是一个重要的研究方向。例如，通过基因编辑技术，可以将某些关键酶的基因导入到目标菌株中，使其在高氨氮、高磷环境下，依然能够保持高效的代谢活性。

（三）集成多种处理技术

为了解决单一技术的局限性，将多种处理技术集成应用，可以显著提升系统的处理效果。例如，将厌氧氨氧化与传统活性污泥法相结合，利用厌氧氨氧化在前端处理高浓度氨氮，再利用活性污泥法进一步去除残留的有机污染物和氨氮，可以实现高效的氮磷去除。此外，将膜生物反应器与厌氧氨氧化技术结合，利用膜的高效过滤能力，进一步提高系统的处理效率和出水水质。通过集成多种处理技术，可以充分发挥各自的优势，弥补单一技术的不足，提高系统的整体性能和稳定性。研究表明，集成技术相比单一技术，能够显著提高氮磷去除率，减少运行成本，且在处理负荷波动较大的情况下，仍能保持较高的处理效果。

三 优化效果与实际应用案例

（一）优化效果分析

通过对生物脱氮除磷技术的优化，可以显著提升城市污水处理厂的处理效率和效果。某污水处理厂在采用厌氧氨氧化技术后，氨氮去除率由原来的85%提升至95%以上，总氮去除率由70%提升至85%以上。优化后的技术在处理负荷波动较大的情况下，仍能保持稳定的处理效果，出水水质达到了国家一级A标准。通过对工艺参数的优化和微生物菌种的改良，可以显著提高系统的脱氮除磷效率。例如，某研究团队在实验中发现，采用优化后的厌氧氨氧化技术，氨氮去除率可达98%，总氮去除率可达90%以上，且系统的运行成本较传统技术降低了30%以上。

（二）实际应用案例

某市污水处理厂在优化生物脱氮除磷技术后，取得了显著的成效。该厂采用了厌氧氨氧化与膜生物反应器相结合的处理工艺，通过对反应器中的温度、溶解氧浓度和碳源投加量进行精确控制，实现了高效的氮磷去除。优化后的系统不仅处理效率大幅提升，且运行成本显著降低，出水水质稳定达到国家一级A标准。通过对微生物菌种的改良，该厂在处理高氨氮、高磷污水时，表现出更高的处理效率和稳定性。例如，通过引入高效厌氧氨氧化菌和高效磷释放菌株，可以显著提高系统的脱氮除磷效率，减少对环境的影响。研究表明，采用改良后的菌种，氨氮去除率可达98%以上，总氮去除率可达90%以上，系统运行成本较传统技术降低了20%以上。在优化生物脱氮除磷技术的实际应用中，还需要考虑污水处理厂的具体情况。例如，不同地区的污水成分和处理要求存在差异，需要根据实际情况选择合适的优化策略和技术。此外，还需要充分考虑技术的经济性和可行性，确保在提升处理效果的同时，降低运行成本和环境影响。通过实际应用案例可以看出，优化生物脱氮除磷技术在提高污水处理效率和效果方面具有显著的优势。随着技术的不断发展和优化，生物脱氮除磷技术将在城市污水处理中发挥越来越重要的作用。

结语

本研究通过对生物脱氮除磷技术的现状分析、优化策略探讨以及实际应用案例展示，系统地论述了优化生物脱氮除磷技术的重要性和可行性。研究结果表明，通过优化工艺参数、改进微生物菌种以及集成多种处理技术，可以显著提升城市污水处理厂的处理效率和效果。未来，随着技术的进一步发展和完善，生物脱氮除磷技术将在城市污水处理中发挥更加重要的作用，为环境保护和可持续发展作出更大贡献。

参考文献

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