低碳氮比生活污水脫氮處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

丁 紅

（蘭州交通大學(xué) 博文學(xué)院，甘肅蘭州 730101）

我國正在提倡生態(tài)文明建設(shè)，所以水污染的問題也急需解決。隨著我國全面建設(shè)小康社會(huì)步伐的加快，我國村鎮(zhèn)生活污水的排放量不斷增加并且逐漸呈現(xiàn)出低碳氮比的趨勢(shì)（低碳氮比就是COD/TN＜3~5），城市污水是低碳氮比污水，生物脫氮的前提是有充足的有機(jī)碳源。而低碳氮生活污水中有機(jī)碳含量較低，（偏低碳氮比影響生物脫氮能力）反硝化作用不能順利進(jìn)行，碳源的不足是反硝化脫氮的技術(shù)難點(diǎn)。

低碳氮比（C/N）廢水中因?yàn)橛袡C(jī)碳含量較低，反硝化細(xì)菌進(jìn)行脫氮時(shí)缺乏碳源，所以在廢水中去除氨氮必不可少。氨氮污染主要來自過量使用肥料、家禽生產(chǎn)、生活污水和工業(yè)制造等，氨氮積累會(huì)引起水體富營養(yǎng)化并對(duì)水生生物的生存構(gòu)成威脅，地下水水質(zhì)日漸變差，在藻類大肆繁殖的同時(shí)會(huì)過量的消耗水中的溶解氧，這不僅會(huì)危害水生動(dòng)植物的正常生長，還會(huì)使水體水質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響自然水體的生態(tài)平衡；過多的氨氮排入飲用水源甚至有可能會(huì)危害人類健康，人畜長期飲用富營養(yǎng)化的水會(huì)中毒致病，有研究表明，非霍奇金淋巴瘤、胃癌、甲亢等都與水體富營養(yǎng)化有關(guān)。

1 低碳氮比生活污水處理方法

目前大部分污水處理廠出水總氮量達(dá)不到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致富營養(yǎng)化乃至黑臭水體的產(chǎn)生。因此，研究高效、簡便、易控制的高氨氮、低C/N比污水處理技術(shù)對(duì)生活污水中氮磷的削減及水污染控制具有重要意義。

1.1 外加碳源的生活污水脫氮技術(shù)

目前，為了提高低碳氮比的污水處理效果，采用外加碳源的方式，常用的外加碳源為甲醇、乙酸、乙酸鈉等，但是這些碳源也易造成碳源投加不足或過量，易造成二次 污染。

裴廷權(quán)等在投加改性天然緩釋碳源33d左右系統(tǒng)的脫氮效果顯著。宋昀達(dá)等[1]在序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）中用培養(yǎng)好的好氧顆粒污泥處理低碳氮比實(shí)際生活污水，該工藝可實(shí)現(xiàn)高效同步脫氮除磷。袁悅等[2]將污泥發(fā)酵物直接作為低碳氮比城市生活污水的外加碳源，結(jié)果表明，發(fā)酵物的引入并未對(duì)污水脫氮除磷系統(tǒng)中菌群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，相反還可顯著提高脫氮效率。姚創(chuàng)等[3]將污泥發(fā)酵液作為外加碳源用于強(qiáng)化微曝氧化溝脫氮除磷性能研究，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定后的工藝出水均可達(dá)到國家規(guī)定的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，也證明污泥發(fā)酵液作為脫氮除磷的外加碳源，可代替商業(yè)碳源。Gao等發(fā)現(xiàn)將污泥發(fā)酵液作為A2/O系統(tǒng)的外加碳源，TN和TP的去除率均有顯著提高。Tong等的研究表明，通過向污水處理系統(tǒng)填充外加碳源污泥堿性發(fā)酵液，可以顯著改善脫氮除磷的效果。將污水破解液與水解酸化液作為外加碳源，出水水質(zhì)也可達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，該方法從效果、經(jīng)濟(jì)方面來看，應(yīng)用前景更加廣闊。有學(xué)者將污泥破解液與水解酸化液作為反硝化的外加碳源，出水水質(zhì)可達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)方法處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低，具有廣闊的應(yīng)用前景。劉紹根等將絮凝污泥水解酸化液作為生物絮凝吸附-前置反硝化曝氣生物濾池組合工藝處理低碳氮比生活污水的外加碳源，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該方法可顯著提高系統(tǒng)的生物脫氮性能，同時(shí)絮凝污泥也實(shí)現(xiàn)了資源化與減量化[4]。

1.2 無外加碳源的生活污水脫氮技術(shù)

1.2.1 生物脫氮技術(shù)

有學(xué)者研發(fā)出了無須外加碳源和低能耗的“人工增菌強(qiáng)化脫氮技術(shù)”，將原位富集、馴化和分離獲得的細(xì)菌菌種與活性污泥復(fù)配形成人工強(qiáng)化種泥，投加到生化處理單元中，可使生化系統(tǒng)的脫氮性能顯著提升，該技術(shù)不會(huì)改變?cè)刑幚砉に嚕膊粫?huì)引入外來微生物物種，可以提升污水處理效果，并保持在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。王先鵬等將培養(yǎng)馴化以Fe2+為電子供體的硝酸鹽型厭氧鐵氧化菌置于反應(yīng)器中處理低碳氮比廢水，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)比普通反硝化污泥不投加Fe2+時(shí)的NO3--N去除率有所提高[5]。

張淼通過向好氧池內(nèi)投加懸浮填料，將泥法改為膜法，強(qiáng)化硝化效果的同時(shí)改善脫氮效果，好氧池懸浮填料能強(qiáng)化硝化和反硝化效果。NH3-N去除率與好氧池填充率成正比，出水也穩(wěn)定在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[6]。張國珍等將懸浮復(fù)合填料放入改良級(jí)A/O工藝中處理生活污水，其不但可以保證COD去除效果而且可以兼顧脫氮除磷，出水COD和氨氮可以達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)[7]。劉靈輝等將沸石、陶粒兩種填料流態(tài)化厭氧接觸生物濾床反應(yīng)器處理低碳源城市生活污水，結(jié)果顯示氨氮去除率為40%[8]。

1.2.2 電化學(xué)脫氮技術(shù)

電化學(xué)技術(shù)具有效率高、無須添加氧化劑等優(yōu)點(diǎn)，作為一種高級(jí)氧化污水處理的技術(shù)，其電解過程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑（如：HO?和O2?）和電極的氧化還原反應(yīng)可高效去除污水中的污染物，且催化電極的使用使其氧化能力進(jìn)一步提高。申彥冰采用電化學(xué)方法處理低碳氮比污水脫氮效果顯著[9]。

三維電極技術(shù)是填充床電化學(xué)氧化技術(shù)的統(tǒng)稱，填充物的添加可強(qiáng)化系統(tǒng)內(nèi)的傳質(zhì)過程并提高電氧化技術(shù)的電流效率，高效低耗。穆甜利用三維電極反應(yīng)裝置對(duì)模擬生活廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該裝置對(duì)廢水中NH3-N具有較好的祛除效果[10]。魏旺等用三維電極技術(shù)處理氨氮廢水，處理效果顯著[11]。有研究表明在生化反應(yīng)器中外投加鐵或鐵鹽可促進(jìn)反硝化作用提高脫氮效率。Peng等將廢鐵屑用于微電解自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)中，結(jié)果顯示廢鐵屑可以促進(jìn)自養(yǎng)反硝化進(jìn)行，反硝化速率和總氮去除率均有所提高。使用鐵屑時(shí)的脫氮率與異養(yǎng)反硝化中投加甲醇相當(dāng)，成本可降低58.9%。廢鐵屑是鋼鐵廠或金屬加工廠產(chǎn)生的固體廢物，將其用于三維電極污水處理不僅可提高電氧化技術(shù)處理效能，且可實(shí)現(xiàn)以廢治廢，資源的循環(huán)利用。李德生等發(fā)明了添加催化劑D的鐵基質(zhì)高效催化脫氮載體，污水處理過程中NO3--N降解反應(yīng)過程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，表現(xiàn)出良好的脫氮性能[12]。張嘉輝等在低碳氮比污水中投加Fe0、Fe2+協(xié)同活性污泥進(jìn)行脫氮研究，結(jié)果顯示對(duì)脫氮有明顯的促進(jìn)效果[13]。

1.2.3 多工藝組合脫氮技術(shù)

針對(duì)低碳氮比污水很難達(dá)標(biāo)處理，很多學(xué)者提出可將兩種或兩種以上的方法或工藝組合進(jìn)行低碳氮比污水的處理，將生物膜法和電化學(xué)效應(yīng)結(jié)合，在電極和微生物的協(xié)同作用下，反硝化作用增強(qiáng)，脫氮效果顯著。也有學(xué)者將生物與電化學(xué)高效脫氮技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建低碳條件下高效脫氮的生物脫氮技術(shù)體系，采用“兩級(jí)A/O-MBR反應(yīng)器-UF/RO膜分離”集成工藝，實(shí)現(xiàn)高效脫氮，出水達(dá)標(biāo)排放。何媛將人工濕地與電極生物膜反應(yīng)器耦合處理低碳氮比污水，該工藝可高效脫氮[14]。李昂等開發(fā)出了一種泥膜共生多級(jí)A/O工藝，對(duì)低碳氮比生活污水具有很好的處理效果[15]。王聰?shù)妊邪l(fā)的新型的雙污泥系統(tǒng)，可充分利用原水中的碳源，高效同步脫氮除磷[16]。

2 結(jié)束語

在傳統(tǒng)脫氮工藝中，為了使低碳氮比的廢水達(dá)標(biāo)排放，往往需要向處理系統(tǒng)中外加碳源，無疑會(huì)增加處理成本。為了污水處理達(dá)標(biāo)的同時(shí)成本有所降低，國內(nèi)外學(xué)者和技術(shù)人員在外加碳源的替代物、強(qiáng)化脫氮微生物、電化學(xué)技術(shù)脫氮和多工藝組合脫氮等方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，以尋求最好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。