純水設(shè)備保養(yǎng)解析：污水處置生物脫氮工藝
20世紀(jì)50年代，世界各地的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象促使研究者對(duì)脫氮除磷產(chǎn)生了濃厚的興趣。1962年，瑞士人Wuhrmann提出在硝化系統(tǒng)之后緊接著一個(gè)反硝化系統(tǒng)的工藝構(gòu)型，這種工藝構(gòu)型是高負(fù)荷活性污泥系統(tǒng)中，利用內(nèi)部存儲(chǔ)的碳源進(jìn)行后置反硝化。為了獲得較高的脫氮效率，需要在后置的缺氧區(qū)投加碳源。另外，后置缺氧區(qū)中內(nèi)源呼吸會(huì)導(dǎo)致氨氮的釋放，從而影響出水水質(zhì)。
也是1962年，Ludzack和Egginger提出了半好氧活性污泥法”工藝，如下圖所示，該工藝是一個(gè)集成的反應(yīng)器，反應(yīng)器中有一個(gè)沉淀的局部，沉淀后的污泥回到好氧區(qū)，純水設(shè)備保養(yǎng)同時(shí)硝化后的混合液通過(guò)曝氣的作用返回到前部的半好氧區(qū)”對(duì)于COD較低濃度的污水，脫氮的效果令人失望，主要原因是好氧區(qū)返回的大量DO影響了工藝的性能。
還是1962年，年輕的PerriMcCarti來(lái)到斯坦福大學(xué)，7年之后他提出了厭氧濾池中投加CH3OH進(jìn)行反硝化的想法，并在加州圣華金谷地區(qū)排水系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)踐，McCarti研究實(shí)際上成為后來(lái)反硝化濾池的早期實(shí)踐。
通過(guò)深入詳細(xì)的試驗(yàn)，McCarti建立起了甲醇用于反硝化的投加量計(jì)算公式，這一公式今天仍被廣泛使用。
Cm=2.47N0+1.53N1+0.87D0
Cm甲醇的投加量，mg/L
N0起始的NO3-N濃度，mg/L
N1起始NO2-N濃度，mg/L
D0起始的DO濃度，mg/L
上世紀(jì)70年代初，一代大師Eckenfeld和Balakrishnan合作提出用接觸穩(wěn)定工藝貯存的碳源來(lái)進(jìn)行反硝化，首先污水中的有機(jī)物與微生物接觸吸附，然后進(jìn)入第一個(gè)沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀之后的污泥進(jìn)入一個(gè)非曝氣的完全混合接觸區(qū)，利用吸附的有機(jī)物進(jìn)行反硝化，沉淀之后的污水進(jìn)入一個(gè)好氧硝化池。通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了85%脫氮效果，但是由于第一個(gè)沉淀池中的一局部入流進(jìn)入接觸池會(huì)導(dǎo)致出水氨氮不能達(dá)到很低的濃度。
上述的這些研究，人們極力想找到一種可靠、廉價(jià)的脫氮方式，但始終沒(méi)有找到一種性價(jià)比很高的工藝。當(dāng)時(shí)在Eckenfeld門下有個(gè)來(lái)自南非的學(xué)生叫JameBarnard當(dāng)時(shí)他正在美國(guó)讀書(shū)，目睹了Eckenfeld研究。1971年，JameBarnard告別了老師回到故鄉(xiāng)南非。
JameBarnard接受了McCarti采用厭氧濾池去除N03-N想法，與McCarti不同的Barnard嘗試想盡量采用原污水中的碳源進(jìn)行脫氮。采用的試驗(yàn)工藝路線還是Balakrishnan-Eckenfeld工藝，但做了一些改進(jìn)，Barnard將硝化后的混合液回流到穩(wěn)定池進(jìn)行反硝化，這樣就正好利用上了原污水中的碳源，由于從接觸池之后的沉淀池的底流有一局部直接進(jìn)入穩(wěn)定池后會(huì)有一局部氨氮直接穿出系統(tǒng)，因此在后續(xù)的環(huán)節(jié)中又加入了硝化工藝和反硝化單元（厭氧濾池”投加CH3OH進(jìn)行反硝化，同時(shí)也省掉了最后的沉淀池。該工藝后來(lái)發(fā)展成為A/O脫氮工藝。
上述的工藝構(gòu)型看起來(lái)頗為復(fù)雜，由于上述工藝的核心思想是將硝化后的出水回流到前端進(jìn)行反硝化，因此JameBarnard又進(jìn)行了一個(gè)更為簡(jiǎn)潔的工藝試驗(yàn)，純水設(shè)備保養(yǎng)這次試驗(yàn)是將厭氧在前、好氧在后，用較大的污泥回流比（200%~400%進(jìn)行回流，如圖1所示。
上述試驗(yàn)獲得了大概70%脫氮率，但沉淀池出現(xiàn)的反硝化浮泥現(xiàn)象令JameBarnard并不滿意，結(jié)合之前的改良Balakrishnan-Eckenfeld工藝思路，又在好氧區(qū)之后又加了一段“厭氧區(qū)”現(xiàn)在實(shí)際上稱為缺氧區(qū)）大比例的污泥回流被第一好氧區(qū)末端的混合液回流所替代，同時(shí)最后一個(gè)小的好氧區(qū)用于吹脫氮?dú)夂徒到?span>“厭氧區(qū)”釋放的氨氮，保證水質(zhì)。至此，經(jīng)典的Bardenpho污水處置脫氮工藝就此形成。Bardenpho工藝的基礎(chǔ)上，A2/O5段Bardenpho等各種工藝陸續(xù)呈現(xiàn)。
可以看出，JameBarnard將WuhrmannLudzark&EttingerMcCarti思想充分吸收，發(fā)明性地發(fā)展成實(shí)用的污水處置脫氮工藝。實(shí)際上，60年代Ludzark&Ettinger實(shí)踐已經(jīng)有了利用原污水的碳源進(jìn)行反硝化的思想，但是后面的人并沒(méi)有沿著這條路走下去，JameBarnard對(duì)這一現(xiàn)象也感到頗為疑惑。由于對(duì)生物脫氮除磷的杰出貢獻(xiàn)，JameBarnard被譽(yù)為“生物脫氮除磷之父”并獲得了2011年李光耀水獎(jiǎng)。李光耀水獎(jiǎng)提名委員會(huì)這樣評(píng)價(jià)：孜孜不倦地為解決水環(huán)境問(wèn)題奮斗，所開(kāi)創(chuàng)的技術(shù)有效地保護(hù)了日益珍貴的水資源，奠定了今日世界各地污水生物脫氮除磷的基石”
1972年的春天，南非約翰內(nèi)斯堡市決定將Goudkoppi污水廠（75萬(wàn)人口當(dāng)量）工藝由高負(fù)荷活性污泥法+氨氮吹脫改為4段Bardenpho工藝。由此，世界各地污水廠的脫氮實(shí)踐陸續(xù)拉開(kāi)序幕。
70年代污水處置生物脫氮工藝基本定型的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，最終形成萬(wàn)馬齊喑、百花齊放的技術(shù)格局
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