強(qiáng)化脫氮技術(shù)在污水處理中的研究進(jìn)展

吳曉倩

摘要：過(guò)多的氮素排放到環(huán)境水體中，會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，有些甚至影響水源地的水質(zhì)。國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的力度和要求在逐年升高，由于GB18918–2002的污水處理廠污染物排放一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于GB3838–2002地表水V類的要求，因此污水處理廠的排水多被視為重點(diǎn)點(diǎn)源排入收納水體。基于此，傳統(tǒng)的脫氮工藝，因存在供氧動(dòng)力消耗大，需投加有機(jī)碳源，耐沖擊負(fù)荷差，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，急需升級(jí)改造，因此強(qiáng)化脫氮技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。強(qiáng)化脫氮技術(shù)是指在污染處理系統(tǒng)中通過(guò)調(diào)整微生物結(jié)構(gòu)、增加物理化學(xué)手段及改善工藝的方法，增強(qiáng)對(duì)含氮化合物的降解能力，提高降解速率，改善出水水質(zhì)。污水生物脫氮已得到了人們的關(guān)注，但是如何高效脫氮，依然是現(xiàn)在污水處理所面臨的巨大的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：脫氮技術(shù)；污水處理；措施

一、傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論與技術(shù)

（一）傳統(tǒng)生物脫氮原理

在厭氧或缺氧條件下經(jīng)反硝化細(xì)菌的參與完成反消化作用（將NO2-和NO3-轉(zhuǎn)化為N2排入大氣）。這一過(guò)程的反應(yīng)方程式為：

（二）傳統(tǒng)生物除磷原理

這一過(guò)程的反應(yīng)方程式為：

ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量（厭氧條件下）

ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O（好氧條件下）

通過(guò)排除剩余污泥或側(cè)流富集厭氧上清液將磷從系統(tǒng)內(nèi)排除，在生物除磷過(guò)程中，碳源微生物也得到分解。

（三）常用工藝及升級(jí)改造

具有代表性的常用工藝有A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝、SBR工藝、Bardenpho工藝、生物轉(zhuǎn)盤工藝等，這些工藝都是通過(guò)調(diào)節(jié)工況，利用各階段的優(yōu)勢(shì)菌群，盡可能的消除各影響因素間的干擾，以達(dá)到適應(yīng)各階段菌群生長(zhǎng)條件，實(shí)現(xiàn)水處理效果。近年來(lái)隨著研究的深入，對(duì)常用工藝有了一些改進(jìn)，目前應(yīng)用最廣泛、水廠升級(jí)改造難度較低的是分段進(jìn)水工藝。

與傳統(tǒng)A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝等相比，分段進(jìn)水工藝可以充分利用碳源并能較好的維持好樣、厭氧（或缺氧）環(huán)境，具有脫氮除磷效率高、無(wú)需內(nèi)循環(huán)、污泥濃度高、污泥齡長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。分段進(jìn)水工藝適用于對(duì)A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝等的升級(jí)改造，通過(guò)將生化反應(yīng)池分隔并使進(jìn)水按一定比例分段進(jìn)入各段反應(yīng)池，以充分利用碳源，解決目前污水處理廠普遍存在的碳源不足和剩余污泥量過(guò)大的問(wèn)題。分段進(jìn)水工藝雖然對(duì)提高出水水質(zhì)有較好的效果，但該工藝并不能提高處理能力，當(dāng)水廠處于超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，分段進(jìn)水改造也不能達(dá)到良好的處理效果。

二、新型生物脫氮理論與技術(shù)

（一）短程硝化反硝化工藝

傳統(tǒng)生物脫氮理論為全程硝化反硝化過(guò)程，即以NO3-為反硝化過(guò)程的電子受體；而短程硝化反硝化利用NO2-為反硝化過(guò)程的電子受體。這一過(guò)程的反應(yīng)方程式為：

通過(guò)分析反應(yīng)方程式可以得出，短程硝化反硝化相對(duì)全程硝化反硝化節(jié)省了25%的曝氣量、節(jié)省了40%的有機(jī)碳源并縮短了反應(yīng)時(shí)間的結(jié)論。因此實(shí)現(xiàn)與維持短程硝化反硝化具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的關(guān)鍵在于硝化反應(yīng)過(guò)程中氨氧化菌相對(duì)于亞硝酸鹽氧化菌優(yōu)勢(shì)增殖，即氨氧化菌積累。短程硝化反硝化的影響因素主要有溫度、p H、溶解氧（DO）濃度、游離氨（FA）濃度、污泥齡（SRT）、有機(jī)物濃度等。

具有代表性的短程硝化反硝化工藝為SHARON工藝，該工藝?yán)酶邷兀?0～36℃）抑制亞硝酸鹽氧化菌增殖、實(shí)現(xiàn)氨氧化菌積累，從而控制硝化反應(yīng)維持在NO2-階段，隨后進(jìn)行反硝化。

（二）同步硝化反硝化工藝

同步硝化反硝化工藝是指硝化和反硝化過(guò)程在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，系統(tǒng)不需要明顯的缺氧時(shí)間或缺氧區(qū)域而能將總氮去除的工藝。屈佳玉[6]利用固定化微生物技術(shù)將包埋有硝化細(xì)菌的微生物載體投入好氧池，結(jié)果表明氨氮去除率達(dá)到90%以上，處理效果有明顯提高。硝化細(xì)菌載體投加方便、抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)、運(yùn)行管理方便、成本較低、處理效果較好，具有良好的應(yīng)用前景。

（三）厭氧氨氧化工藝

厭氧氨氧化工藝是指在厭氧條件下，以NO2-作為電子受體，將NH3轉(zhuǎn)化為N2的工藝。這一過(guò)程的反應(yīng)方程式為：

從厭氧氨氧化反應(yīng)過(guò)程可以看出，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需有機(jī)碳源和O2的介入。從工程角度看，厭氧氨氧化工藝較傳統(tǒng)生物脫氮工藝有明顯優(yōu)勢(shì)，這一過(guò)程可以即可以擺脫對(duì)傳統(tǒng)電子供體（有機(jī)碳源）的束縛，又可以省去硝化過(guò)程的需氧量；從而即減少了剩余污泥，又節(jié)約了能源。此外，將厭氧氨氧化菌以顆粒污泥的形式富集于反應(yīng)器中，可以充分利用垂直空間，減少占地。當(dāng)然，厭氧氨氧化工藝的反應(yīng)器形式不僅可以是顆粒污泥形式，也可以是SBR、生物轉(zhuǎn)盤、移動(dòng)床等。

雖然厭氧氨氧化技工藝有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其工程應(yīng)用受限于厭氧氨氧化菌極低的生長(zhǎng)率（世代時(shí)間10d左右），反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間極長(zhǎng)。目前，該工藝主要針對(duì)高NH4+、低COD且有一定余溫的污廢水，如厭氧消化液、垃圾滲濾液等。

基于厭氧氨氧化機(jī)理開(kāi)發(fā)的工藝有代爾夫特理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的SHARON-ANAMMOX工藝以及該工藝改進(jìn)后的CANON工藝，以及比利時(shí)根特大學(xué)開(kāi)發(fā)的OLAND工藝。

代爾夫特理工大學(xué)在鹿特丹Dokhaven污水處理廠正在進(jìn)行中試，試驗(yàn)表明，厭氧氨氧化菌能夠在市政污水處理廠主流線上生長(zhǎng)，并形成新的顆粒污泥富集在反應(yīng)器內(nèi)對(duì)不同粒徑的厭氧男氧化顆粒污泥脫氮性能進(jìn)行了研究；對(duì)厭氧氨氧化耦合脫氮系統(tǒng)中的反硝化細(xì)菌進(jìn)行了研究。

三、結(jié)論

目前，雖然關(guān)于物化強(qiáng)化脫氮技術(shù)原理的研究已基本完成，但在實(shí)際應(yīng)用中物化強(qiáng)化脫氮技術(shù)仍面臨許多難題，如運(yùn)行成本高、往往會(huì)引入二次污染、抗沖擊負(fù)荷能力差等問(wèn)題。因此，針對(duì)物化強(qiáng)化脫氮技術(shù)的研究急需進(jìn)一步加強(qiáng)，以滿足我國(guó)在水處理領(lǐng)域的迫切需要，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)集中在具有節(jié)能降耗、靈活多變功能的污水物化強(qiáng)化脫氮新技術(shù)。