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高排放标准下氧化沟同步脱氮除磷关键影响因素剖析与策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着工业化和城市化的快速发展，水资源污染问题日益严峻，污水处理成为环境保护的关键环节。氧化沟工艺作为一种高效的污水处理技术，凭借其处理效果好、运行稳定、管理方便等优点，在国内外城市污水和工业废水处理领域得到广泛应用。然而，在实际运行中，氧化沟的脱氮除磷效果受到多种因素的制约，难以满足日益严格的排放标准。

当前，我国对污水中氮、磷等污染物的排放要求愈发严格，如《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对不同级别的出水水质规定了明确的氮、磷含量限值。在高排放标准下，深入研究氧化沟同步脱氮除磷的影响因素，对于优化氧化沟工艺运行参数、提高污水处理质量、减少对水环境的污染具有重要的现实意义。它不仅有助于降低污水处理成本，提高资源利用率，还能为生态环境保护和可持续发展提供有力支持。

1.2氧化沟同步脱氮除磷原理

氧化沟通常呈环形沟渠状，其平面多为梯圆形或圆形，总长可达几十米甚至百米以上，沟深一般为2-8m。它一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成。这种独特的构造使得污水和活性污泥混合液在其中循环流动，具备推流和完全混合的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，且具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。

生物脱氮主要包括氨化、硝化和反硝化三个过程。在氨化阶段，污水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化为氨氮。随后的硝化阶段，在好氧条件下，亚硝化细菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，硝化细菌再将亚硝酸盐氮进一步氧化为硝酸盐氮。而反硝化阶段则是在缺氧条件下，反硝化细菌利用硝酸盐氮作为电子受体，将其还原为氮气，从而实现氮的去除。

生物除磷则是利用聚磷菌在厌氧和好氧条件下的不同特性。在厌氧环境中，聚磷菌释放体内的磷，并摄取污水中的有机物合成聚β-羟基丁酸（PHB）储存起来；在好氧环境下，聚磷菌分解PHB释放能量，用于过量摄取污水中的磷，通过剩余污泥的排放达到除磷的目的。

然而，脱氮和除磷过程对微生物生长环境的要求存在差异，如硝化过程需要好氧环境，而反硝化和厌氧释磷需要缺氧或厌氧环境。这种不同需求使得在同一氧化沟系统中实现高效的同步脱氮除磷面临挑战，各过程之间相互影响，需要精确控制运行条件以平衡微生物的生长和代谢。

1.3国内外研究现状

国内外众多学者对氧化沟脱氮除磷影响因素进行了大量研究。在国外，一些研究聚焦于溶解氧（DO）对氧化沟脱氮除磷效果的影响，发现合适的DO浓度范围对于硝化和反硝化过程的顺利进行至关重要。当DO浓度过高时，不利于反硝化作用的开展，导致总氮去除率下降；而DO浓度过低，则会影响硝化细菌的活性，使氨氮去除效果变差。还有研究探讨了温度对微生物代谢的影响，指出温度的变化会显著影响硝化细菌和聚磷菌的生长速率和活性，进而影响脱氮除磷效果。

在国内，研究人员针对氧化沟工艺中污泥龄（SRT）、碳氮比（C/N）等因素也展开了深入研究。有研究表明，较长的污泥龄有利于硝化细菌的生长和积累，从而提高氨氮的去除率，但过长的污泥龄可能导致聚磷菌体内磷的释放不完全，影响除磷效果。而碳氮比则直接关系到反硝化过程中碳源的充足程度，当C/N较低时，反硝化作用缺乏足够的碳源，总氮去除率难以提高。

然而，当前研究仍存在一些不足。在多因素协同作用方面，虽然认识到各影响因素之间相互关联，但对于它们之间复杂的交互作用机制尚未完全明确，缺乏系统性的研究。在面对复杂水质时，如含有多种难降解有机物或重金属离子的污水，现有研究成果的适用性有待进一步验证。随着氧化沟工艺在一些新场景如农村分散式污水处理中的应用，针对这些特殊场景下的影响因素研究还相对较少，无法为实际工程提供全面的技术支持。本文将针对这些不足，深入研究氧化沟同步脱氮除磷的影响因素，以期为氧化沟工艺的优化提供更具针对性的理论依据和实践指导。

二、关键影响因素分析

2.1环境因素

2.1.1温度

温度对氧化沟同步脱氮除磷过程中的微生物活性及生长速率有着显著影响。硝化菌、反硝化菌和聚磷菌作为参与脱氮除磷的关键微生物，其最佳生长和代谢温度范围各不相同。硝化细菌的最适宜生长温度通常在25-30℃之间，在此温度区间内，硝化细菌的酶活性较高，能够高效地将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。当温度低于15℃时，硝化细菌的活性会大幅下降，生长速率也明显减缓，导致氨氮的去除效率降低。有研究表明，在某污水处理厂的氧化沟系统中，当冬季水温降至10℃左右时，氨氮的去除率从正常温度下的80%以上骤降至50%左右。这是因为低温会影响硝化细菌细胞内酶的活性，使酶促反应速率减慢，进而影响硝化过程的进行。

反硝化菌的最适生长温度一般在15-20℃，在这个温