純水設備保養(yǎng)解析：污水處置生物脫氮工藝
20世紀50年代，世界各地的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象促使研究者對脫氮除磷產生了濃厚的興趣。1962年，瑞士人Wuhrmann提出在硝化系統(tǒng)之后緊接著一個反硝化系統(tǒng)的工藝構型，這種工藝構型是高負荷活性污泥系統(tǒng)中，利用內部存儲的碳源進行后置反硝化。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)中內源呼吸會導致氨氮的釋放，從而影響出水水質。
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，該工藝是一個集成的反應器，反應器中有一個沉淀的局部，沉淀后的污泥回到好氧區(qū)，純水設備保養(yǎng)同時硝化后的混合液通過曝氣的作用返回到前部的半好氧區(qū)”對于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來到斯坦福大學，7年之后他提出了厭氧濾池中投加CH3OH進行反硝化的想法，并在加州圣華金谷地區(qū)排水系統(tǒng)中進行了實踐，McCarti研究實際上成為后來反硝化濾池的早期實踐。
通過深入詳細的試驗，McCarti建立起了甲醇用于反硝化的投加量計算公式，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進行反硝化，首先污水中的有機物與微生物接觸吸附，然后進入第一個沉淀池進行沉淀，沉淀之后的污泥進入一個非曝氣的完全混合接觸區(qū)，利用吸附的有機物進行反硝化，沉淀之后的污水進入一個好氧硝化池。通過這種方式實現(xiàn)了85%脫氮效果，但是由于第一個沉淀池中的一局部入流進入接觸池會導致出水氨氮不能達到很低的濃度。
上述的這些研究，人們極力想找到一種可靠、廉價的脫氮方式，但始終沒有找到一種性價比很高的工藝。當時在Eckenfeld門下有個來自南非的學生叫JameBarnard當時他正在美國讀書，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行脫氮。采用的試驗工藝路線還是Balakrishnan-Eckenfeld工藝，但做了一些改進，Barnard將硝化后的混合液回流到穩(wěn)定池進行反硝化，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入穩(wěn)定池后會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進行反硝化，同時也省掉了最后的沉淀池。該工藝后來發(fā)展成為A/O脫氮工藝。
上述的工藝構型看起來頗為復雜，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行反硝化，因此JameBarnard又進行了一個更為簡潔的工藝試驗，純水設備保養(yǎng)這次試驗是將厭氧在前、好氧在后，用較大的污泥回流比（200%~400%進行回流，如圖1所示。
上述試驗獲得了大概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，同時最后一個小的好氧區(qū)用于吹脫氮氣和降解“厭氧區(qū)”釋放的氨氮，保證水質。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)展成實用的污水處置脫氮工藝。實際上，60年代Ludzark&Ettinger實踐已經(jīng)有了利用原污水的碳源進行反硝化的思想，但是后面的人并沒有沿著這條路走下去，JameBarnard對這一現(xiàn)象也感到頗為疑惑。由于對生物脫氮除磷的杰出貢獻，JameBarnard被譽為“生物脫氮除磷之父”并獲得了2011年李光耀水獎。李光耀水獎提名委員會這樣評價：孜孜不倦地為解決水環(huán)境問題奮斗，所開創(chuàng)的技術有效地保護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，南非約翰內斯堡市決定將Goudkoppi污水廠（75萬人口當量）工藝由高負荷活性污泥法+氨氮吹脫改為4段Bardenpho工藝。由此，世界各地污水廠的脫氮實踐陸續(xù)拉開序幕。
70年代污水處置生物脫氮工藝基本定型的基礎上，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，最終形成萬馬齊喑、百花齊放的技術格局
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