我国城镇污水处理设施脱氮除磷能力现状分析及对策建议

武新月

摘要：对于城市公共卫生安全实施效果，主要取决于城镇污水处理事业的发展，并关系到当前人居环境质量的改善成效。随着城镇污水处理设施建设力度的不断加大，在设施数量和处理能力等多个方面有着显著的提高趋势。随着水体氮磷污染问题日益突出，为避免氨氮、总磷超标问题持续存在，在分析我国城镇污水处理设施脱氮除磷现状时，需要提出有效对策和建议，旨在促进脱氮除磷能力的不断提升，避免将氮磷物质大量排入环境，降低水体氮磷污染问题的发生概率，以供参考。

关键词：城镇污水处理；处理设施能力；脱氮除磷现状；改善对策

引言：在城镇污水处理作业的实施过程中，通过总结污水处理设施的脱氮除磷现状，严格遵循污水处理厂的氮磷排放标准，要求加强对总体排放量的有效控制，并总结合适的处理工艺应用经验，提出提高城镇污水处理设施脱氮除磷能力的实施对策。通过加强技术管理，使氨氮总磷排放量得到有效削减，促进污水处理率的提升。

一、我国城镇污水处理设施脱氮除磷能力现状

（一）城镇污水处理设施氮磷污染物去除情况

以“十一”五期间为例，全国城镇污水处理设施所处理的污水总量高达1210亿立方米，所去除的COD（化学需氧量）高达3358万吨。在计算所去除的氨氮总量时，数量为228万吨，总氮为168万吨，总磷为36万吨。由上述数据可以看出，随着城镇污水处理能力的不断提升，能够形成对氮磷等污染物排放量的有效控制，并且可以发挥脱氮除磷能力的重要作用。通过掌握城镇污水处理设施的氮磷处理效果，可以看出相对于COD的削减成效，仍然存在一定的差距。

（二）全国城镇污水处理设施脱氮除磷能力现状

1.污水处理设施氮磷污染物出水浓度偏高

截至2010年，对于全国的污水处理厂而言，出水平均氨氮浓度约为8.21毫克/升，在计算平均总氮浓度时，约为14.30毫克/升，出水氨氮的一级B水量占95%，总氮达到一级B的水量占91%。其中，达到一级A的出水氨氮水量和总淡水量，分别占据86%和68%。当出水总磷达到一级B时，此时的水量占78%左右，达到一级A的出水总磷水量占比为41%。通过与地表水环境质量IV类标准进行对比，氨氮含量应不超过1.5毫克/升，在湖泊或水库中，总氮含量应不超过1.5毫克/升。其中，总磷含量应不超过0.1毫克/升。在我国污水处理厂的运作过程中，氮磷污染物的出水浓度相较于出水环境等水质要求相对较高（如表1所示）。

表1不同氮、磷污染物出水的水量比例

2.污水处理设施脱氮处理能力相对较低

据相关统计以，目前已经建成的污水处理厂为研究主体，一共有2043座污水处理厂在执行一级A标准和一级B标准，并且具有脱氮除磷功能，每天的总体处理能力高达7200万立方米，占据全国城镇污水处理能力指标的56%左右。其中，仍然有46%的规模，存在处理设施缺乏脱氮除磷能力的情况。

3.城市污水处理厂工艺分布情况

在我国污水处理事业持续发展的过程中，所形成的污水处理工艺种类多种多样，并且能够在污水处理厂当中得到广泛应用。例如，A2/O以及变形工艺、氧化沟、A/O、SBR机器变形工艺等等。其中，A2/O和氧化沟的使用比率最高，在运用上述两种工艺时，可以看出实际的污水处理能力占全部污水处理能力的49%。此外，对于其他类型的污水处理工艺，同样具备一定规模的应用效果。例如，AB工艺、曝气生物滤池、水解-好氧工艺、生物接触氧化工艺、稳定塘、BIOLAK工艺、土地处理等等[1]。

4.不同地区污水处理设施的脱氮除磷运营状况

以我国东部、中部和西部等地区为例，通过计算污水处理设施的出水氨氮平均浓度，其数据分别为5.58毫克/升、7.44毫克/升、8.79毫克/升。在计算总磷平均浓度时，同样以东部、中部、西部等地区为对照数据，分别为0.71毫克/升、0.88毫克/升、1.06毫克/升。通过分析实际的分布特点，可以看出东部的出水浓度最低，甚至低于全国的平均浓度。而对于中部和西部等地区，均高于全国平均浓度，西部的出水浓度最高。

二、生物脱氮除磷的基础理论

（一）生物脱氮

对于生物脱氮操作而言，通常会运用自然界氮的循环原理，并采用人工控制方法进行操作。在促进污水中含氮有机物转化时，形成氨氮的形式，通过设置合适的耗氧条件，运用硝化菌使氨氮变成硝酸盐氮，该类过程可以称之为“好氧硝化”。结合整个生物脱氮过程，其实质是氮的分解还原反应，能够从有机物中获取反应能量。在硝化和反硝化的过程中，结合影响脱氮效率的主要因素，在于溶解氧、pH值、温度、碳源等多个方面。随着生物脱氮系统的建立，硝化菌的增长速度比较缓慢，所以应保证污泥龄充足。随着反硝化菌的生长，通常需要处于缺氧条件下才能够进行，应配备充足的碳源，以便能够提供能量，为反硝化作用的顺利进行提供支持[2]。

（二）生物除磷

在污水中，由于受到废水类型的影响，所以决定了磷的存在形态。结合最常见的形态，主要有如下三种。即，磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。随着常规污水处理作业的开展，在对有机物实施生物降解时，通常伴随着微生物菌体的合成过程，且磷属于生物生长元素中的一种，并且能够成为生物污泥的组成部分，可以直接从水中去除。在运用污水生物除磷的过程中，在操作机理方面存在一致的看法。即，借助聚磷菌独特的代谢活动，能够促进液态污水的转化，形成固态污泥的形式。在普通的活性污泥中，磷的含量为1.5%~2.0%，由于受到聚磷菌的影响，所以污泥中的磷含量会随之提升，到达5%~7%的范围。所以，在运用生物处理方式时，需要创造合适的聚磷菌生长环境，以便促进聚磷菌群体的增殖。

三、提高我国城镇污水处理设施脱氮除磷能力的有效对策

（一）工艺技术性对策

1.升级改造现有脱氮除磷设施

对于现有的部分污水处理厂，由于普遍尚未实现优化运营的目标，所以在多数处理厂当中，仍然具有较大的脱氮除磷潜力，其开发空间广泛。因此，部分地区提出了氮磷减排的要求，需要结合现有的设施准确识别，判断其是否已经达到运营优化的效果，避免盲目地采用工程改造措施，使实际的投入得到充分利用。以国际经验为例，在处理典型水质的过程中，可以运用A2/O工艺，此时的出水TN可达到10毫克/升~15毫克/升，TP不超过1.0毫克/升，能够满足大部分的脱氮除磷需求。此时，并不需要再一次投入反硝化滤池或者MBBR等工艺，可以实现对成本的有效缩减。

2.制定合理排放标准，提供可行参考依据

在污水处理厂实施脱氮除磷操作时，需要综合考虑环境方面的需求，并保障该项操作的技术性、经济性与可行性。通过总结国外的实施经验，我国可以制定分级操作标准，首先制定与氮磷指标相关的基本排放标准，且该项标准的制定不宜过于严格，并且能够与全国范围内的脱氮除磷操作相互适应。按照各个流域的实际要求，进一步制定细化流域排放标准。

例如，在重点流域当中，可以执行类似一级A类的标准，而对于自然保护区、水源区等位置，由于该类水域具有极端敏感特性，所以制定的氮磷标准应更为严格。在一般流域当中，做好基本标准执行工作即可。由于污水处理厂的建设规模各不相同，在制定排放标准时，应遵循合理性、适用性的基本原则，既可以保障标准的可行性，还能够促进执行效率的提升。

3.优先采用生物除磷，后续辅以化学措施

对于生物处理工艺而言，有着巨大的发展潜力，可以促使出水总磷降至最低状态，在通常情况下需要优先考虑。在部分情况下，对于生物方法的应用，如果最终效果难以达标，可以优先考虑化学辅助除磷的方法，避免直接采用化学除磷，以免操作过程中存在盲目性，实现对处理成本的合理控制，缩减化学污泥的产生量，有效降低处理工作难度[3]。

4.优先考虑A2/O和氧化沟变形工艺

在我国城镇污水处理设施中，对于A2/O和氧化沟工艺的运用，所占据的比例相对较大。从投资经济、可行性、技术性等多个层面着重考虑，对于采用的A2/O和氧化沟工艺，在优先选择之后，可以基于原有工艺进行改造，达到节约投资的效果，使建设周期随之缩短。对于新建的污水处理厂，可以优先考虑使用A2/O变形工艺。以欧美地区为例，A2/O变形工艺的应用具有广泛性，使TP不超过1.0毫克/升，TN不超过8毫克/升，脱氮率高达80%~85%，且处理率同时大于85%。在运用A2/O变形工艺时，相较于其他类型的脱氮除磷工艺，如ABF工艺、MBR工艺等，其总体投资更低，可以获得稳定的处理效果，并且能够有效减少运行费用。

（二）运行管理对策

对于我国的城镇污水处理厂运行控制技术而言，在发展和管控的过程中属于薄弱环节，由于受到操作管理不善等因素的影响，所以会对最终的污水处理效果造成干扰。对于影响污水处理厂运行稳定性的关键因素，在于废水生物脱氮除磷工艺能力等方面，且最终的处理效果具有复杂性。在建立污水处理厂运行管理机制时，应保证污染源监控机制建设完善性，加强对污染物浓度的控制力度，充分做好源头控制，保障运营过程控制机制建设的规范性，建立健全的运行台账记录制度，促进自动控制化管理程度的提升。

为此，在实施运行管理工作时，一方面需要加强专业运转操作人员的培养，提高操作人员的技术管理水平，使操作人员能够熟练掌握生物脱氮除磷机理，并明确相关工艺的基本原理，在技术的监测和分析过程中及时发现问题，并提出有效问题解决方案。通过重视对操作人员专业能力方面的培训，使其在运用脱氮除磷工艺时，能够加强对运行参数的合理控制，并保障运行条件的适宜性。

另一方面，在条件许可的情况之下，通过引进先进的在线控制监测设备仪器，连续监测重要的工艺参数。例如，ＢＯＤ５、ＣＯＤ、ＤＯ、ＮＨ３－Ｎ、ＮＯ－３－Ｎ、ＮＯ２－Ｎ和总磷等。在自动化控制设备的加持下，根据实际的监测结果，及时对如下数据做出合理调整。即，污泥和混合液回流量、最优厌氧区容积、最优缺氧区容积、最优好氧区容积、曝气量等等，以便获得更好的运行条件，发挥工艺的运用效果。

结束语：在我国城镇污水处理厂的运作过程中，为达到节能减排的基本目标，需要针对污水处理设施的脱氮处理能力现状加以分析，并明确脱氮除磷的相关原理，提出有效的整改建议，在加强管控的同时，旨在促进城镇污水处理设施脱氮处理能力全面提升。

参考文献：

[1]吴悦颖,王洪臣,孙娟,等.我国城镇污水处理设施脱氮除磷能力现状分析及对策建议[J].给水排水,2021,(01):5-6.

[2]李燕,李昂,张雁秋,等.城市污水高效脱氮除磷的实践与探讨[C]//全国污水处理节能减排新技术新工艺新设施高级研讨会.中国城镇供热协会;中国矿业大学,2022.

[3]李永辉李泽兵李宝宏.城镇污水处理设施建设,工艺及发展状态分析[J].广州化工,2021,(17):152-154.