短程硝化反硝化工藝簡析

張云 田猛

短程硝化反硝化工藝是目前國內外生物脫氮技術研究應用的熱點。在生物脫氮硝化過程中，氨氧化細菌(Ammonia Oxidation Bacteria，AOB)將氨氮氧化為亞硝態氮，亞硝酸鹽氧化細菌(Nitrite Oxidation Bacteria，NOB)將亞硝態氮氧化為硝態氮?？刂葡趸磻獥l件，使硝化反應只進行到亞硝態氮階段并實現穩定的亞硝態氮積累，是各種短程硝化反硝化工藝穩定運行的關鍵。短程硝化反硝化工藝主要包括SHARON，OLAND和CANON工藝，同時國內外專家學者也對SBR，A/O，MBR，曝氣生物濾池等工藝的短程硝化反硝化進行了深入研究。

SHARON工藝是1997年由荷蘭Delft技術大學Mulder等研發的新型脫氮工藝，用來處理城市污水二級處理系統中污泥硝化上清液和垃圾濾出液等高氨氮廢水[2]。該工藝的核心是利用高溫30℃～35℃下，AOB的生長速率明顯高于NOB的生長速率，AOB的HRT小于NOB的HRT等特性來控制工藝污泥齡，使其介于AOB和NOB的HRT之間，從而使AOB得到積累而NOB被自然淘汰，從而維持穩定的NO-2-N積累，然后進行反硝化。

OLAND工藝是1998年由比利時Gent大學開發的一種限制性自養型亞硝化工藝[3]，在限制供氧的條件下，自養型的亞硝酸細菌將以氧為電子受體，把部分氨氧化成亞硝酸鹽，然后，再以氨作為電子供體，把亞硝酸鹽還原為N2。該工藝的技術核心是控制 DO濃度，由AOB和NOB的氧飽和常數分別為0.3 mg/L和1.1 mg/L[4]，在低DO濃度下NOB的活性會顯著減弱，使AOB生長速率大于NOB，從而逐步淘汰 NOB，使NO-2-N大量積累。

CANON工藝是2002年首先由荷蘭Delft工業大學提出的在限氧條件下通過利用好氧和厭氧氨氧化菌的共生系統實現一體化完全自養脫氮的新工藝[5]。該工藝是在單個反應器或生物膜內通過控制溶解氧同時實現短程硝化和厭氧氨氧化的脫氮過程。首先在限氧條件下(＜0.5%空氣飽和度)，得到了好氧和厭氧氨氧化菌的混培物，好氧氨氧化菌先將氨氮氧化為亞硝酸鹽，然后厭氧氨氧化菌再將亞硝酸鹽轉化為氮氣。CANON工藝中，NH+4-N與DO濃度是兩個關鍵性因素[6]。

SBR工藝的短程硝化成為國內學者的研究焦點。當溫度為21℃～35℃、進水氨氮濃度為300 mg/L左右，控制曝氣量使DO濃度為0 mg/L～1.0 mg/L的條件下可實現SBR工藝的短程硝化，亞硝態氮穩定積累且積累率大于90%的關鍵是控制高、低DO濃度交替進行[7]。在pH值變化不大的情況下，增加進水氨氮濃度會提高亞硝態氮的積累率，但將導致反應時間延長，而采用pH值實時控制短程硝化反硝化過程不僅可以合理分配曝氣和攪拌時間，且可提高硝化速率，縮短反應時間[8]。

A/O工藝是生物脫氮常規工藝。主要應用于生活污水的處理，由于生活污水自身低氨氮(＜100 mg/L)的特點，一般不會出現高FA濃度和高pH值情況，且平均水溫在20℃左右，因此，在處理生活污水時DO濃度是A/O工藝實現短程硝化反硝化的主要控制因子，控制好氧區DO濃度在0.5 mg/L，則亞硝酸氮平均積累率可達85%或更高[9]。在UASB-A/O工藝處理垃圾滲濾液短程生物脫氮的研究中，FA和FNA協同作用是實現并維持A/O工藝穩定短程硝化的決定因素[10]。此外，以pH值和DO濃度作為A/O硝化反應進行的過程控制參數，可準確把握亞硝化終點，避免過度曝氣破壞短程硝化，為AOB的生長創造有利條件，盡可能使“氨谷”或“DO突躍點”出現在好氧區后段，可以有效抑制NOB的生長并逐漸從系統中淘洗出去，實現了硝化菌種群的優化[11]。

膜生物反應器(MBR)是一種新型、高效的污水處理技術，MLSS和DO是MBR實現短程硝化反硝化的重要影響因素。研究表明，當MLSS=20 g/L～ 25 g/L，控制DO=0.5 mg/L～ 1.0mg/L，C/N=4～6時，膜生物反應器能形成良好的短程硝化反硝化[12]。MBR實現短程硝化反硝化的另一條件是污泥絮體中能形成缺氧微環境，缺氧微環境的形成與水中DO濃度的高低、污泥負荷、污泥的絮體結構及反應中的水力狀態等有關;根據MBR的自身特點，通過控制DO濃度，在絮體表面形成AOB為主的優勢菌群，而在內部缺氧部分為反硝化菌創造條件[13]。

曝氣生物濾池能夠實現短程硝化反硝化取決于其獨特的結構特征和運行方式[14]。填料為異養菌、自養菌和反硝化細菌分別占據不同生態位，形成合理微環境體系提供有效的載體，較低的曝氣量和定期反沖洗又使得競爭能力較弱的NOB不能在反應器內成為優勢群體而被自然淘汰，因而氨氧化產生的NO-2-N可直接被反硝化去除。低氨氮負荷時，影響NO-2-N積累的主要因素是DO(1.0 mg/L～1.5 mg/L);高氨氮負荷時，影響NO-2-N積累的主要因素是FA。低氨氮負荷時，沿濾層高度NO-2-N的積累速度相對慢些，積累率卻比較高;高氨負荷時，沿濾層高度NO-2-N的積累速度增快，但積累率并不是最高;pH值在8～8.5時反應器內有較高NO-2-N積累率，達到70%左右，同時NH+4-N的去除率也有70%;pH=9時，雖然NO-2-N也有積累，但NH+4-N的去除率卻很低[15]。

短程硝化反硝化工藝具有降低能耗、節約碳源、減少污泥產量和占地面積少等優點，是公認的高效生物脫氮途徑。但大多短程硝化反硝化工藝目前還處于研究階段，實際應用工程較少。由于短程硝化階段溫度、pH值等因素的控制難度較大，需要研發更加完善的在線檢測和模糊控制技術，以實現穩定的短程硝化反硝化，從而不斷擴大短程硝化反硝化工藝的應用。

[1] Dosta J，Gali A，EI-Hadj T B，et al.Operation and model description of a sequencing batch reactor treating reject water for biological nitrogen removal via nitrite[J].Bioresour Technol，2007，98(11):2065-2075.

[2] Stijn W V H，Eveline I P V ，Josefa L T ，et al.Influence of temperature and pH on the kinetics of the Sharon nitritation process[J].Journal of Chemical Technology Biotechnology，2007，82(5):471-480.

[3] Kim W，Inge D B ，Willy V.Oxygen-limited autotrophic nitrification-denitrification(OLAND)in a rotating biological contactor treating high-salinity wastewater[J].Wat Res，2005，39(1):4512-4520.

[4] Wiesman U.Biological nitrogen removal from wastewater[J].Adv Biochem Eng，1994 ，51(3):113-114.

[5] Strous M.Missing lithotroph identified as new planctomycete[J].Nature，1999 ，400(11):446-449.

[6] Bernet N.Nitrification at low oxygen concentrat ion in biofilm reactor[J].Environ Engrg，2001 ，127(3):266-271.

[7] 馬 放，郭海娟.SBR中亞硝酸型硝化的影響因素研究[J].中國給水排水，2005，21(1):9-13.

[8] 高大文，彭永臻，王淑瑩.不同控制模式下SBR的短程硝化反硝化[J].中國給水排水，2004，20(6):9-11.

[9] 馬 勇，陳倫強，彭永臻，等.實際生活污水短程/全程硝化反硝化處理中試研究[J].環境科學，2006，27(12):2477-2482.

[10] 孫洪偉，彭永臻，時曉寧，等.UASB-A/O工藝處理垃圾滲濾液短程生物脫氮的實現[J].中國環境科學，2009，29(10):1059-1064.

[11] 馬 勇，彭永臻，吳學蕾，等.應用在線控制優化污泥種群強化A/O工藝短程硝化[J].環境科學，2007，28(5):1044-1049.

[12] 宋 偉，楊 平.流化床式 MBR在高 MLSS下污水處理研究[J].四川化工，2007，10(2):47-50.

[13] 鄒聯沛，劉紅麗，徐高田.MBR短程硝化反硝化的機理探討[J].污染防治技術，2003，16(4):1-4.

[14] 邱立平，馬 軍.曝氣生物濾池的短程硝化反硝化機理研究[J].中國給水排水，2002，18(11):32-34.

[15] 孟繁麗，李亞峰，賈新軍.曝氣生物濾池內的短程硝化研究[J].工業安全與環保 ，2008 ，34(9):1-4.