聶海倫

（山東省城建設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250100）

隨著水體富營養(yǎng)化的加重，我國迫切需要找尋一種經(jīng)濟(jì)有效的脫氮方法。城市污水廠常用的脫氮方法是生物脫氮技術(shù)，但是，污水的COD含量會(huì)影響傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)的去除效率，影響水中硝酸鹽含量，導(dǎo)致出水總氮含量較高[1]。我國南方地區(qū)城市污水廠特別容易出現(xiàn)COD含量不穩(wěn)定的因素，影響傳統(tǒng)工藝的脫氮效能。在氨氮處理上，多種深度處理工藝被廣泛研究。本文深入研究了城市污水廠總氮處理效能的提升方法。

1 污水脫氮現(xiàn)狀

總氮是造成水環(huán)境污染的重要因素，總氮含量超標(biāo)能帶來許多問題，常見的就是水體富營養(yǎng)化。城市污水廠處理后的污水被稱為城市的第二水源，可以補(bǔ)充到湖泊和河流中，可以補(bǔ)充地下水，也可以替代部分自來水。目前，我國城市污水廠出水仍存在總氮偏高的情況，并不能完全滿足第二水源的要求，也不能有效補(bǔ)充地下水，所以脫氮任務(wù)依然艱巨。隨著國家監(jiān)管力度的加大，城市污水處理廠要嚴(yán)格管控總氮指標(biāo)，總氮處理效能提升已經(jīng)成為污水行業(yè)的主要目標(biāo)。

2 污水脫氮原理

目前，污水脫氮方法可以分為兩種，一種為物理脫氮，另一種為生物脫氮。物理方法是將水中氮元素轉(zhuǎn)換為氣態(tài)或者交換氮，最終脫除廢水中的氮元素。常見的物理脫氮技術(shù)有膜處理技術(shù)、加氯法、離子交換技術(shù)等。生物脫氮技術(shù)是污水處理廠應(yīng)用最廣泛的脫氮技術(shù)，其主要利用硝化、反硝化反應(yīng)，將水中的氮元素轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的氮?dú)?，然后排到空氣中。生物脫氮常見的有生物膜法、生物濾池、人工濕地等。

2.1 生物脫氮技術(shù)

生物脫氮技術(shù)是指利用微生物的分解能力，將氨態(tài)氮和硝酸鹽氮等氮污染物分解，將污水中氮元素分離出來[2]。微生物存在于活性污泥中，活性污泥分離氮元素可分為兩個(gè)過程，一是硝化反應(yīng)，在硝化過程中，活性污泥將-N氧化為NOx-N，氮元素化合價(jià)降低。二為反硝化過程，NOx-N被還原為氮?dú)?。氮?dú)庾园l(fā)從污水中脫除，對環(huán)境基本沒有影響。生物脫氮反應(yīng)如下：

污泥反硝化過程中，反硝化微生物主要是異養(yǎng)厭氧型的微生物，這些微生物以污水中的有機(jī)物作為電子供體，以硝態(tài)氮作為電子受體。因?yàn)槠潆娮庸w為有機(jī)物，所以反硝化過程對于有機(jī)物的種類和數(shù)量具有較高要求。

2.2 物理脫氮技術(shù)

物理脫氮技術(shù)主要依靠物理技術(shù)來分離污水中的氮元素，該方法相比較生物脫氮技術(shù)應(yīng)用較少，加氯法是向污水中加入二氧化氯等含氯氧化劑。另外還有離子交換法，該方法是利用離子交換劑與污水中的氨氮離子進(jìn)行交換，離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，當(dāng)交換劑吸附快飽和時(shí)，需要更換交換劑。高氨氮濃度的溶液會(huì)使吸附劑很快達(dá)到飽和，所以離子交換技術(shù)適用于那些氨氮濃度不高的污水。

3 總氮處理提升效能工藝

3.1 A2/O工藝

A2/O工藝是目前廣泛應(yīng)用的一種脫氮除磷技術(shù)，該工藝是在A/O工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的[3]。A2/O工藝適用于城市大型污水處理廠，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如處理流程簡單、處理污水量大等。A2/O工藝需要應(yīng)用回流技術(shù)，回流造成費(fèi)用高、抗沖擊能力低。在A2/O工藝的基礎(chǔ)上，近年來，人們研究出許多衍生工藝，如UCT工藝、改良型A2/O工藝和Bardenpho工藝。

3.1.1 UCT工藝

該工藝是指好氧池出水和污水中的污泥和污水一同進(jìn)入缺氧池中，通過分配好氧池中的回流比，使缺氧池中進(jìn)水的硝酸鹽濃度降至為零，為厭氧段中微生物提供良好的生存環(huán)境，提高效率。

3.1.2 Bardenpho工藝

Bardenpho工藝是將兩級(jí)A/O工藝進(jìn)行串聯(lián)，第一好氧池中的硝化液回流到第一缺氧池中，能夠達(dá)到脫氮效能提升的目的。目前研究的五段式工藝能夠在同步脫氮除磷的基礎(chǔ)上提升運(yùn)行效率[4]。

3.2 生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是利用生物膜來處理污水，污水中的污染物和微生物充分接觸，在水流作用下，曝氣過程創(chuàng)造了良好的好氧環(huán)境，生物膜上的微生物能夠把氨氮物質(zhì)分解。良好的固定材料和負(fù)載性能是生物接觸氧化法所必需的，生物接觸法常用的材料有懸浮填料、柔性填料等，該方法具有脫氮處理效率高、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 MBBR

MBBR工藝是指投加一定比例的填料作為載體，微生物在反應(yīng)器中生存，在外力攪拌作用下，填料處于流動(dòng)狀態(tài)，使微生物和有機(jī)物充分接觸，有機(jī)物被降解。MBBR作為一種新興的反應(yīng)器，繼承了傳統(tǒng)活性污泥的優(yōu)點(diǎn)。在城市污水廠中，MBBR近年來憑借占地面積小、處理量大、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。

MBBR自被研發(fā)出來，就備受關(guān)注，目前已經(jīng)在超過15個(gè)國家的100多個(gè)污水廠中使用。大多用于去除市政污水中的有機(jī)物和總氮，效果良好。Chandier等人研究發(fā)現(xiàn)，添加塑料等填料來處理工業(yè)廢水，能夠使BOD處理效率達(dá)到92%[5]。MBBR工藝與其他類型工藝組合使用，能夠有效處理高濃度的氨氮廢水。

3.4 新型生物脫氮技術(shù)

目前，新興的生物脫氮技術(shù)主要有同步硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、短程硝化工藝[6]。

3.4.1 同步硝化反硝化技術(shù)

傳統(tǒng)生物脫氮工藝中，氨氧和反硝化是獨(dú)立運(yùn)行的。近年來，人們研究并發(fā)現(xiàn)了許多異養(yǎng)型氨氧化微生物，氨氧過程和反硝化過程能夠在同一個(gè)設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行。這就是同步硝化反硝化工藝。

同步硝化反硝化工藝能夠減少反應(yīng)容器的體積，提高反應(yīng)速度。穩(wěn)定的pH是同步進(jìn)行硝化、反硝化的前提，這樣能夠節(jié)省加堿成本。該工藝大大減少了經(jīng)濟(jì)投入，擁有廣闊的發(fā)展空間。

3.4.2 短程硝化反硝化技術(shù)

20世紀(jì)90年代，荷蘭研發(fā)出短程硝化反硝化技術(shù)，該工藝是在氨氧化階段將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)換為亞硝酸鹽氮，不用經(jīng)過硝酸鹽氮步驟。接下來，亞硝酸鹽氮被反硝化為氮?dú)?。短程硝化反硝化技術(shù)節(jié)約了步驟，反應(yīng)時(shí)間較短，反應(yīng)所需的容器體積小，所需的碳源投加量少，達(dá)到了節(jié)約、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

短程硝化反硝化對溫度、溶解氧、pH和底物濃度等參數(shù)要求嚴(yán)格。溫度對該工藝中的AOB和NOB的生長速率影響很大，在溫度小于20℃時(shí)，AOB的生長速率比NOB慢，在20～34℃時(shí)，AOB的生長速率逐漸增高。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度控制在30～35℃時(shí)，處理效果最好。AOB和NOB都需要供給氧氣，所以適宜的溶解氧濃度也是反應(yīng)的必備條件。

3.4.3 厭氧氨氧化技術(shù)

該技術(shù)是在缺氧環(huán)境下，以氨氣為電子供體，將亞硝酸鹽還原成氮?dú)鈁7]。反應(yīng)方程式如下：

該技術(shù)使用NH3作為電子供體，不需要外界氧氣供給。相比于傳統(tǒng)工藝，該工藝可以減少大量供氣，減少了運(yùn)行費(fèi)用。此外，該技術(shù)無需為微生物提供營養(yǎng)介質(zhì)。但是，該工藝對微生物的生活環(huán)境要求十分嚴(yán)格，設(shè)備啟動(dòng)相對麻煩。

4 結(jié)論

污水處理廠脫氮大都采用生物除氮方法，成本比物理脫氮低。但是，生物脫氮技術(shù)需要控制的環(huán)境條件較多，如溫度、pH、溶解氧濃度等。近年來出現(xiàn)的新型脫氮工藝，比傳統(tǒng)的活性污泥方法縮短了反應(yīng)過程或反應(yīng)時(shí)間，壓縮了反應(yīng)空間，從而能夠大大節(jié)約成本，更有利于長遠(yuǎn)發(fā)展。今后應(yīng)該加大研究新型脫氮工藝，將新型工藝早日應(yīng)用到實(shí)際工程中。