脫氮除磷是污水處理核心內(nèi)容。由于對(duì)于脫氮除磷的認(rèn)識(shí)不夠深入，部分污水處處理項(xiàng)目的脫氮除磷效果一般。隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，以及環(huán)保監(jiān)管的加強(qiáng)，污水項(xiàng)目升級(jí)改造成為新趨勢(shì)。脫氮除磷也是污水處理設(shè)備達(dá)標(biāo)排放的前提。

很多人都認(rèn)為新技術(shù)效果就必然會(huì)有所提升，國(guó)內(nèi)不論是污水處理廠提標(biāo)改造還是農(nóng)村污水處理項(xiàng)目，往往盲目采用新技術(shù)。很少有人定下心來研究已有污水處理工藝的先天缺陷。其實(shí)，我們對(duì)歐洲國(guó)家已研究、應(yīng)用了20多年的反硝化除磷（DPB）作用仍停留在學(xué)術(shù)重復(fù)和改名階段，深思熟慮的工程應(yīng)用幾乎不復(fù)存在，以至于A2/O成為脫氮除磷的主流工藝。事實(shí)上，A2/O工藝本身便可聚集DPB，只不過效果較UCT要差。因此，變型為UCT便可將反硝化除磷（與硝化細(xì)菌并不存在泥齡矛盾）發(fā)揚(yáng)光大，無(wú)需向無(wú)助于生物除磷的多級(jí)A/O、MBR、MBBR等方向發(fā)展，也可以棄用生物脫氮+化學(xué)除磷的常規(guī)處理模式。

我國(guó)對(duì)脫氮除磷技術(shù)應(yīng)用的時(shí)間應(yīng)該說幾乎與歐洲同步，A/O、A2/O、甚至倒置A2/O等工藝應(yīng)用從20世紀(jì)末就已經(jīng)開始，以至于到目前形成了以A2/O及其變型為主的脫氮除磷工藝，村鎮(zhèn)污水處理中一體化污水處理設(shè)備也都采用這些工藝。然而，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，A2/O在脫氮方面還較為滿意，但在除磷效果上普遍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，出水很難達(dá)到TP<1.0 mg P/L，不得不靠后端化學(xué)除磷方式滿足TP<0.5 mg P/L這樣的嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)此，國(guó)內(nèi)工程界甚至學(xué)術(shù)界形成了各種各樣的認(rèn)識(shí)和論點(diǎn)，像“脫氮與除磷存在泥齡矛盾”、“生物脫氮簡(jiǎn)單、化學(xué)除磷容易”、“多級(jí)AO好于A2/O”、“MBR（A2/O+膜分離）可產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)出水”、“MBBR適合升級(jí)改造”等等，還有懷疑生物除磷理論不成熟的偏激觀點(diǎn)。

其實(shí)，上述論點(diǎn)都是基于對(duì)脫氮除磷（特別是反硝化除磷）理論的表觀認(rèn)識(shí)或片面理解，仍然將脫氮與除磷分離看待的結(jié)果。基于反硝化除磷理論，脫氮與除磷是一體的，是一種細(xì)菌（DPB，可以NO3-或O2分別作為電子受體）在缺氧環(huán)境下發(fā)生的同步脫氮除磷現(xiàn)象，可謂“一石兩鳥。生物除磷通過排泥去除細(xì)胞內(nèi)多聚磷酸鹽（poly-P）固然需要較短的污泥齡（SRT），而硝化受細(xì)菌世代時(shí)間限制必須采用長(zhǎng)SRT。但在工程應(yīng)用中，其實(shí)磷細(xì)菌與硝化細(xì)菌所需要的最低SRT并無(wú)多大差別。MBR和MBBR在生物凈化機(jī)理上根本無(wú)助于生物除磷。

1 、脫氮與除磷存在泥齡矛盾

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，硝化菌（AOB/NOB）所需最小SRT要比磷細(xì)菌（PAOs/DPB）長(zhǎng)；如果SRT滿足硝化細(xì)菌生長(zhǎng)條件，磷細(xì)菌則不能較多地排出系統(tǒng)，導(dǎo)致除磷效果變差。這其實(shí)就是所謂脫氮除磷存在泥齡矛盾的認(rèn)識(shí)出發(fā)點(diǎn)。但是之前通過對(duì)BCFS反硝化除磷系統(tǒng)各溫度下磷細(xì)菌與硝化菌最小SRT模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然反硝化工藝磷細(xì)菌（PAOs/DPB）所需最小SRT比硝化菌要短，但兩者差別不大，也就僅有1 d之差。換句話說，工程上可將磷細(xì)菌與硝化菌最小SRT 視為一致，即不存在什么泥齡矛盾，這與Brdjanovic等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)十分相符。這就是說，同步脫氮除磷系統(tǒng)中，SRT并不能取的太短，否則，連磷細(xì)菌也生長(zhǎng)不起來，低SRT排泥除磷也就失去意義。

可見，脫氮與除磷存在泥齡矛盾其實(shí)是一種主觀臆斷，是僅從兩種細(xì)菌各自世代時(shí)間比較而得出的錯(cuò)誤判斷。這也是為什么獨(dú)立于反硝化除磷的硝化雙污泥A2N系統(tǒng)在荷蘭只實(shí)驗(yàn)演示而沒有實(shí)際工程應(yīng)用的主要原因。

2 、生物脫氮+化學(xué)除磷乃低碳源污水之策

化學(xué)除磷具有宏量效果好，微量效果差之特點(diǎn)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，初始PO43-濃度越高，化學(xué)反應(yīng)所需的金屬離子與P摩爾比就越低，反之，則越高。上述階段性投加化學(xué)藥劑固然可以節(jié)省藥劑投加量，但所需反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)然，可以采用反應(yīng)伊始時(shí)便投加大藥劑，以縮短反應(yīng)時(shí)間。換句話說，如果采用化學(xué)除磷方式將污水中通常2~5 mg P/L的PO43-降低至四類水體標(biāo)準(zhǔn)，過量投加化學(xué)藥劑所帶來的運(yùn)行成本以及制造、運(yùn)輸藥劑間接產(chǎn)生的CO2排放量顯然與污水處理節(jié)能降耗之目標(biāo)背道而馳。 

反觀生物除磷，具有微量效果極佳的顯著特點(diǎn)。在完全滿足磷細(xì)菌生長(zhǎng)條件（厭氧--缺氧/好動(dòng)態(tài)循環(huán)生長(zhǎng)環(huán)境）以及所需環(huán)境條件（保證存在還原轉(zhuǎn)化所需乙酸碳源）的前提下，磷細(xì)菌在缺氧（DPB）或好氧（PAOs/DPB）環(huán)境中幾乎可以將水環(huán)境中的溶解性PO43-全部吸收到細(xì)胞內(nèi)形成poly-P。通過二沉池泥水分離，上清液中溶解性PO43-可降至“0”這樣的低水平。從生物脫氮除磷工藝角度來來看，A2/O或UCT完全按磷細(xì)菌所需動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)環(huán)境所設(shè)計(jì)，可以聚集大量磷細(xì)菌。只是在工程實(shí)踐中，我國(guó)很多地區(qū)污水中低C/P、C/N比可能限制磷細(xì)菌正常生長(zhǎng)。然而，從A2/O或UCT中所發(fā)現(xiàn)的反硝化除磷現(xiàn)象通過DPB細(xì)菌生將物脫氮與除磷“合二為一”，無(wú)形中相當(dāng)于增加了一倍脫氮除磷所需碳源。因此，低碳源污水脫氮除磷工藝首要考慮的就是創(chuàng)造DPB的最大富集條件。在此方面，UCT明顯好于A2/O，這已被模擬試驗(yàn)所證實(shí)。

因此，將脫氮與除磷分別以生物和化學(xué)方式隔離并非低碳源污水脫氮除磷的上策，其結(jié)果將以較大化學(xué)藥劑投加量以及相應(yīng)的碳排放作為代價(jià)。

3 、多級(jí)A/O比A2/O脫氮除磷效果好

多級(jí)A/O工藝以Bardenpho工藝為代表，隨后又衍生出多點(diǎn)進(jìn)水的多級(jí)A/O，

Bardenpho出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)還沒有發(fā)現(xiàn)反硝化除磷現(xiàn)象。這種工藝在設(shè)計(jì)原理上將脫氮與除磷分隔設(shè)置，通過前置反硝化方式將污水中大部分氨氮在第一個(gè)好氧池（O1）硝化回流至第一個(gè)缺氧池（A1）而脫氮。第二級(jí)A/O原理上是除磷，即通過第二個(gè)厭氧池（A2）釋磷、第二個(gè)好氧池（O2）吸磷。然而，這種工藝將進(jìn)水碳源（特別是VFAs）在第一級(jí)A/O中已大部分消耗（A1反硝化、O1碳氧化），留給第二級(jí)A/O的碳源已所剩無(wú)幾（特別是磷細(xì)菌所必須的VFAs），因此，磷細(xì)菌在這種情況下難以生長(zhǎng)、繁殖，除磷也就無(wú)從談起。顯然，Bardenpho工藝要想具備同步脫氮除磷功能需要進(jìn)水中的碳源異常充足，在滿足反硝化（A1）和直接碳氧化（O1）的需要后仍有碳源（VFAs）剩余，這樣才能保證A2中磷細(xì)菌對(duì)乙酸的攝取，進(jìn)而使O2產(chǎn)生吸磷作用。

Bardenpho工藝流程圖

三段多點(diǎn)進(jìn)水A/O工藝流程圖

多點(diǎn)進(jìn)水多級(jí)A/O在工藝設(shè)計(jì)上碳源分段進(jìn)入三個(gè)厭氧（實(shí)為缺氧）池，但在“厭”氧池內(nèi)發(fā)生的主要還是常規(guī)反硝化作用。首先，污泥回流中的NO3-首先在A1中反硝化而與磷細(xì)菌搶奪碳源，接下來O1池硝化產(chǎn)生的NO3-會(huì)進(jìn)入A2，以此類推。結(jié)果，這個(gè)工藝其實(shí)與Bardenpho類似，主要以硝化和反硝化為主，磷細(xì)菌也很難得勢(shì)生長(zhǎng)。

基于之前模擬A2/O時(shí)的相同水質(zhì)、水量以及反應(yīng)池體積，分別對(duì)圖3所示的Bardenpho和三段多點(diǎn)進(jìn)水工藝進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖4所示。顯然，Bardenpho幾乎沒有除磷作用，多點(diǎn)進(jìn)水工藝稍微存在一些除磷效果，但與A2/O效果簡(jiǎn)直不能同日而語(yǔ)。如果將與A2/O變型為UCT，除磷效果則會(huì)更好。

4、MBR為低氮、磷出水之選

A2/O+膜過濾（MBR）目前似乎已成我國(guó)污水處理升級(jí)改造的“標(biāo)配”。很多決策者將出水達(dá)標(biāo)和緩解黒臭水體的寶全部“押”在了MBR上。事實(shí)上，MBR對(duì)生物凈化功能（特別是脫氮除磷）的強(qiáng)化作用幾乎沒有，只是可以聚積較高的生物量而已。相反，曝氣池高的生物量意味著低的排泥量，這對(duì)以排除剩余污泥而產(chǎn)生的生物除磷作用十分不利。況且，膜只能截留不溶解的SS，如果前端吸磷效果不佳，溶解性PO43-將無(wú)法對(duì)其進(jìn)行截留。對(duì)A2/O和UCT模擬結(jié)果顯示，UCT在除磷效果方面遠(yuǎn)好于A2/O，只要保持出水SS在5 mg/L以下，出水TP甚至可以達(dá)到北京地方標(biāo)準(zhǔn)中的A標(biāo)準(zhǔn)（0.3 mg P/L）。而從傳統(tǒng)二沉池出水SS=10 mg/L降低至SS在5 mg/L以下只需傳統(tǒng)砂濾即可奏效。

有關(guān)MBR在能耗、占地、費(fèi)用、清洗等方面的綜合評(píng)價(jià)表明，MBR并不是一種稱得上具有可持續(xù)性的工藝。有鑒于此，荷蘭僅有的幾座MBR工藝在經(jīng)歷了幾年高能耗以及清洗（膜污染）導(dǎo)致的高昂運(yùn)行費(fèi)后已被拆除，繼而回歸傳統(tǒng)活性污泥+砂濾方式工藝。這對(duì)比中國(guó)更加缺地的荷蘭來說實(shí)屬一種明智的選擇。

對(duì)污水處理來說，脫氮除磷是關(guān)鍵，至于COD需達(dá)超低排放標(biāo)準(zhǔn)（30 mg/L）只是排放標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)制定的問題（荷蘭出水COD允許120 mg/L，但BOD5卻要求在1 mg/L；惰性COD進(jìn)入水體不會(huì)耗氧，也不會(huì)對(duì)健康構(gòu)成什么危害）。在脫氮除磷方面，普遍低碳源是我國(guó)污水的特征，但這不等于說傳統(tǒng)工藝就不能應(yīng)對(duì)低碳源下的脫氮除磷問題?；貧w傳統(tǒng)工藝，比如說，A2/O特別是UCT，反硝化除磷及側(cè)流磷回收等都可以輕易實(shí)現(xiàn)，完全可棄用前端投加碳源（脫氮），后端投加化學(xué)藥劑（除磷）的常規(guī)脫氮除磷方式，也不需要無(wú)限延長(zhǎng)流程（多級(jí)AO、后端深V濾池等），更不需要MBR或MBBR這些無(wú)助于生物除磷的所謂新工藝助力。