1、活性污泥工藝簡介
20世紀初，活性污泥工藝最早在英國出現，是最主要的污水處理工藝。我國最早出現活性污泥工藝是在20年代初，應用于上海的一個污水處理廠。之后，日本的污水處理廠也開始采用活性污泥工藝。直至50年代末，世界各地所采用的活性污泥工藝都屬于傳統活性污泥工藝，因為它們跟最初的活性污泥工藝形式一致。目前仍然有大量的污水處理廠在運行傳統的活性污泥工藝，采用連續推流式的曝氣池，污泥負荷選用中等水平。近年來，水污染越來越嚴重，污水處理廠的增建迫在眉睫，活性污泥工藝也得以快速發展。據統計，全球有大約6萬座城市污水處理廠，而其中采用活性污泥工藝的污水處理廠超過半數，只有小部分采用小規模的穩定塘系統。在污水處理過程中，針對單一的有機污染物，可采用傳統活性污泥工藝；但對于比較復雜的綜合污水處理，就需要對傳統活性污泥工藝的池形、運行或曝氣方式、生物學方面以及填料等多個方面進行改進，從而充分滿足污水處理多樣化的處理要求，比如增強處理功能和運行穩定行，降低工藝費用，簡化運行程序等。
2、氮磷來源及除磷脫氮原理
水體中的氮磷主要有兩個方面的來源，一是由自然因素引起的，比如湖泊底部的泥向水體釋放的營養鹽，若要加以控制，要么技術上難以實現，要么經濟成本過高。另一方面是由人為因素引起的，比如農業排放的氮、磷，此類活動可以加以控制，下面具體介紹人為因素產生氮磷的兩個方面：（1）農藥、化肥以及動物的糞便等面源污染。人工合成的施入農田的化學肥料中的氮元素中超過50％都沒有被農作物吸收，是水體中氮磷的一大重要來源，因此，要科學施肥，推廣使用無磷農藥來緩解面源污泥問題。（2）工業和生活污水等點源污染。對于工業和生活污水，如果不加以處理就直接流入江、河、湖、海，會因為其相當高的氮磷含量使藻類過度生長，對環境破壞很大。常規的污水處理工藝得到的排放水中氮、磷含量很高，這是因為有機物被微生物氧化分解以后，會生成硝酸鹽、氨氮和磷酸鹽等含氮、磷的物質，其中一部分作為微生物的細胞組成存在，另一部分則都流入河道，這也導致經過二級處理后的污水仍然能使城市河道出現黑臭且藻類生長過剩的現象。所以，只有對污水進行深度處理，提高污水的除磷脫氮效率，減少有機物質的排放，才能有效的解決水體污染等生態問題，改善水資源環境。
對于生物脫氮來講，可以將氮轉化成氮氣，然后排入空氣，也可以經排泥來除去，主要包括以下四個過程：（1）氨化過程。氨化過程很容易完成，不屬于控制過程，這是因為多數微生物都能在反應池中的進行脫氨；（2）硝化過程。首先，氨氮在有氧條件下被亞硝酸菌氧化為亞硝酸鹽，這一過程為控速步驟，然后產物被硝酸菌氧化，生成硝酸鹽；（3）反硝化過程。在缺氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽還原成N2，氣態的氮氣一部分逸出水面，一部分變為氨氮參與生物合成；（4）同化過程。在同化過程中，一定量的氨氮會被同化，轉化為微生物細胞的組成部分。
對于生物除磷來講，主要分為二種情況：（1）在厭氧區，BOD被轉化為揮發性脂肪酸，揮發性脂肪酸又被吸收，繼而轉化為生物細胞內的碳能源而貯存下來，與此同時，磷酸鹽被除去；（2）在好氧區，通過利用生物細胞內的碳能源氧化代謝之后產生的能量，吸收過量的磷以促進新聚磷細胞的形成，從而使污泥富磷，排污泥去除磷。與此同時，還能通過化學沉淀來去除磷，該過程是在生物誘導下發生的，可作為生物去磷的輔助手段。
3、活性污泥工藝強化除磷脫氮措施
3.1新建反應池
由于脫氮需要一定別的好氧停留時間，如果原有工藝的曝氣池能夠滿足該條件，可利用規劃用地新建反應池，作為厭氧池或缺氧池使用，降低BOD負荷，為硝化反應的發生提供有利環境，從而達到脫氮除磷的效果。主要有以下兩種方式：（1）好氧池保持不變，用新建的厭氧池接受回流的污泥，改造成A/A/O工藝；（2）還是保持好氧池不變，增大外回流量，用新建的缺氧池接受回流的污泥，改造成為倒置的A/A/O工藝。相關污水處理廠應用該方法后表明，該工藝對氨氮和總氮、磷的去除效果都很好。
3.2改造初沉池
對于某些污水處理廠，沒有多余的土地能夠征用，在具備特定的條件時，若要強化除磷脫氮作用，就需要考慮將初沉池改造為反應池，可起到多方面的強化效果：改造后反應池容積增加，能夠更加靈活的為脫氮除磷提供其需要的好氧、缺氧或厭氧環境；由于反應池的容積增加，還增大了有機物總量和COD量，易降解，有利于反硝化作用和除磷過程；使反應池內的微生物適應性更強，原核微生物的繁殖能力也更加旺盛；使反應池內的無機懸浮小顆粒的數量增多，增大了載體的表面積，有利于微生物棲息。需要注意的是，先要測定污水水質才能據其進行初沉池的改造，在進行小試或者中試之后才能夠決定初沉時間。
3.3利用生物載體
生物載體的利用主要有以下三方面的優勢：（1）投加生物載體能夠滯留硝化細菌，從而能實現細菌泥齡的多樣，降低在硝化反應過程中短泥齡細菌的不利影響；（2）投加生物載體還能夠使污泥濃度增大，降低反應池中污泥的BOD負荷；（3）生物載體的利用也能夠創造局部厭氧或缺氧環境，有利于硝化反應和反硝化反應的同步進行，從而提高總氮脫除率。
3.4調整活性污泥工藝
目前，國內外通常采用最簡單的工藝條件變化來調整活性污泥工藝，即通過控制曝氣池的曝氣程度和氧環境，將工藝改造為以除磷或脫氮為目的A/O工藝。最近，有研究者已經開發出一種新工藝，適用于城市污水的脫氮除磷，其顯著特點為活性污泥濃度高，將曝氣池原有的間歇曝氣形式變成間歇曝氣，而且兩組生化反應池還可實現交替曝氣。通過在相關污水處理廠的生產運行后得出，該工藝除了能保持較高的除磷脫氮率，還能使曝氣量降低，節約能耗。
結束語
目前，由于受社會經濟發展程度的限制，我國的大量中小型城市在進行城市污水的處理時，仍然采用傳統的活性污泥污水處理方法，不僅污水處理率低，也達不到理想的除磷脫氮效果，因此需要在傳統技術的基礎上進行改進。對于活性污泥工藝，針對不同的處理要求，有多種強化除磷脫氮的措施，各有優缺。在改進時，要在檢測進水水質之后，結合實際情況，統籌考慮，再確定要采用的措施。比如，若需要增設構筑物或者增大反應池容積，要做到充分的利用原有構筑物以節省改造和運行費用，降低成本；此外，還要考慮到改造對操作技術的要求、施工工期以及后期管理等方面。
參考文獻
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