生物脫氮工藝新舊比較及其發(fā)展

1傳統生物脫氮工藝

水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝氮和硝酸鹽4種形態(tài)存在…。如污水 有機氮占含氮量的4O%～60%，氨氮占5O%～60%，硝態(tài)氮僅占0%一5%。傳統生物脫氮技術(shù)遵循已發(fā)現的自然界氮循環(huán)機理，中的有機氮依次在氨化菌、亞硝化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下進(jìn)行氨化反應、亞硝化反應、硝化反應和反硝化反應后最終轉變?yōu)榈獨舛�溢出水體，達到了脫氮目的。

傳統生物脫氮技術(shù)是目前應用最廣的脫氮技術(shù)。硝化工藝雖然能把氨氮轉化為硝酸鹽，消除氨氮的污染，但不能徹底消除氮污染。而反硝化工藝雖然能根除氮素的污染，但不能直接去除氨氮。因此，傳統生物脫氮工藝通常由硝化工藝和反硝化工藝組成。由于參與的菌群不同和工藝運行參數不同，硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程需要在兩個(gè)隔離的反應器中進(jìn)行，或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應器中進(jìn)行…傳統生物脫氮途徑就是人為創(chuàng )造出硝化菌、反硝化菌的生長(cháng)環(huán)境，使硝化菌和反硝化菌成為反應池中的優(yōu)勢菌種。由于對環(huán)境條件的要求不同，硝化反硝化這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生，而只能序列式進(jìn)行，即化反應發(fā)生在好氧條件下，反硝化反應發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。

常見(jiàn)的工藝有三級生物脫氮工藝、二級生物脫氮工藝和合建式缺氧一好氧活性污泥法脫氮系統等。傳統生物脫氮工藝存在不少問(wèn)題：(1)工藝流程較長(cháng)，占地面積大，基建投資高。(2)由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度，特別是在低溫冬季，造成系統的HRT較長(cháng)，需要較大的曝氣池，增加了投資和運行費用。(3)系統為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果，必須同時(shí)進(jìn)行污泥和硝化液回流，增加了動(dòng)力消耗和運行費用。(4)系統抗沖擊能力較弱，高濃度NH，一和NO：一廢水會(huì )抑制硝化菌生長(cháng)。(5)硝化過(guò)程中產(chǎn)生的酸度需要投加堿中和，不僅增加了處理費用，而且還有可能造成二次污染。因此，人們積極探討開(kāi)發(fā)高效低耗的新型生物脫氮新工藝。

2新型生物脫氮工藝

隨著(zhù)科學(xué)的發(fā)展，近年來(lái)發(fā)現了好氧反硝化菌和異養硝化菌，硝化反應不僅由自養菌完成，某些異養菌也可以進(jìn)行硝化作用，反硝化不只在厭氧條件下進(jìn)行，某些細菌也可在好氧條件下進(jìn)行反硝化；許多好氧反硝化菌同時(shí)也是異養硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌)，并能把NH3一氧化成NO：一后直接進(jìn)行反硝化反應；氨的氧化不僅可以在好氧條件下進(jìn)行，也可以在厭氧條件下進(jìn)行。這些新發(fā)現突破了傳統生物脫氮理論的認識，為研發(fā)生物脫氮新工藝奠定了基礎。

2．1短程硝化反硝化

傳統的生物脫氮工藝經(jīng)過(guò)一系列反應，是全程硝化反硝化。中間浪費了一個(gè)將亞硝氮轉化硝氮，硝氮又轉化為亞硝氮的過(guò)程。1975年，Voets等進(jìn)行經(jīng)NO：一途徑處理高濃度氨氮廢水研究時(shí)發(fā)現了硝化過(guò)程中NO一積累的現象，并首次提出了短程硝化反硝化生物脫氮的概念。短程硝化反硝化(shortcutnitrifcationdenitrifcation)生物脫氮是將硝化過(guò)程控制在亞硝酸鹽階段，阻止NO：一的進(jìn)一步硝化，然后直接進(jìn)行反硝化。然而，硝化菌能夠迅速地將NO：一轉化為NO，一，將NH的氧化成功地控制在亞硝酸鹽階段并非易事。目前，經(jīng)NO一途徑實(shí)現生物脫氮成功應用的報道還不多見(jiàn)。影響NO一積累的控制因素比較復雜，主要有溫度、pH、游離氨(FA)、溶解氧(DO)、游離羥胺(FH)以及水力負荷、有害物質(zhì)和污泥泥齡等。

目前比較有代表性的工藝為SHAR—ON工藝oSHARON工藝(SinglereactorforHighae—tivityAmmoniaRemovMOverNitrite)是由荷蘭DeIft技術(shù)大學(xué)于1997年開(kāi)發(fā)的。該工藝采用的是CSTR反應器(CompleteStirredTankReactor)，適合于處理高濃度含氮廢水(>0．5gN／L)，其成功之處在于巧妙地利用了硝酸菌和亞硝酸菌的不同生長(cháng)速率，即在較高溫度下(30℃～4O℃)，硝化菌的生長(cháng)速率明顯低于亞硝酸菌的生長(cháng)速率。因此通過(guò)控制溫度和HRT可以自然淘汰掉硝酸菌，使反應器中的亞硝酸菌占絕對優(yōu)勢，使氨氧化控制在亞硝酸鹽階段。

與全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)硝化階段可減少25%左右的需氧量，降低了能耗；(2)反硝化階段可減少40%左右的有機碳源，降低了運行費用；(3)反應時(shí)問(wèn)縮短，反應器容積可減小30%～40%左右；(4)具有較高的反硝化速率(NO一的反硝化速率通常比NO，一的高63%左右；(5)污泥產(chǎn)量降低(硝化過(guò)程可少產(chǎn)污泥33%～35%左右，反硝化過(guò)程中可少產(chǎn)污泥55%左右)；(6)減少了投堿量等。對許多低COD／NH’比廢水(如焦化和石化廢水及垃圾填埋滲濾水等)的生物脫氮處理，短程硝化反硝化顯然具有重要的現實(shí)意義。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2．2同時(shí)硝化反硝化

同時(shí)硝化反硝化(SimultaneousNitrifcationDenitrifcation—SND)，即硝化與反硝化反應在同一個(gè)反應器中同時(shí)完成¨引。SND生物脫氮的機理目前已初步形成了三種解釋?zhuān)�即宏觀(guān)環(huán)境解釋、微環(huán)境理論和生物學(xué)解釋。宏觀(guān)環(huán)境解釋認為l1¨：由于生物反應器的混合形態(tài)不均，可在生物反應器內形成缺氧及(或)厭氧段，即宏觀(guān)環(huán)境。例如，在生物膜反應器中，生物膜采用了系列稀釋分離、平板劃線(xiàn)分離，顯微單細胞分離等多種方法，但均以失敗告終。用傳統的微生物培養方法，了解到ANAMMOX菌混培物的一些基本生理生化特征。在鑒定厭氧氨氧化菌的過(guò)程中，嘗試了現代分子生物學(xué)技術(shù)¨引。研究表明厭氧氨氧化菌廣泛存于自然界中，用普通好氧活性污泥、好氧硝化活性污泥、好氧硝化顆粒污泥、反硝化污泥、SBR泥、河涌底泥、UASB顆粒污泥、污水處理廠(chǎng)污泥、垃圾填埋場(chǎng)處理滲濾液的污泥等¨加’，而且都成功啟動(dòng)了ANAMMOX反應器，啟動(dòng)時(shí)間也由兩百天縮短到兩個(gè)月。目前要解決的問(wèn)題是實(shí)際廢水中氨氮含量高，但是亞硝氮含量非常低，而且要求的反應溫度過(guò)高(32℃)，這些都限制了厭氧氨氧化反應器的實(shí)際運用。

3發(fā)展

氮污染日益嚴重，研發(fā)高效低耗的生物脫氮技術(shù)勢在必行。目前污水廠(chǎng)脫氮效果不好，而新型的生物脫氮技術(shù)大多仍在小試和中式階段，離實(shí)際運用還有一定的距離。相信在廣大科技工作者的共同努力下，這些新型生物脫氮工藝不久就會(huì )造福人類(lèi)。（谷騰環(huán)保網(wǎng)）