馬睿莉，徐樂中，，3，陳茂林

（1. 蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009； 2. 蘇州淡林環(huán)境科技有限公司，江蘇蘇州215011； 3. 江蘇省水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇蘇州215009）

高有機(jī)氮廢水具有水質(zhì)水量波動(dòng)大、 難降解有機(jī)物濃度高、總氮含量高、毒性大等特性，對(duì)該類廢水的處理已受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。 難降解有機(jī)物最為突出的特點(diǎn)是其可生化性較差〔1〕，B/C<0.2〔2〕。 在傳統(tǒng)脫氮工藝中，其不僅不能直接作為碳源被利用，還難以降解去除。含難降解有機(jī)物的高有機(jī)氮廢水經(jīng)預(yù)處理后，碳氮比<0.8，氨氮質(zhì)量濃度可達(dá)240~400 mg/L〔3〕，再經(jīng)一般污水廠主流AO 工藝處理， 出水往往會(huì)產(chǎn)生硝態(tài)氮等污染物濃度超標(biāo)的問題。 J. Ibrahimpaˇs ic／等〔4〕認(rèn)為，傳統(tǒng)的 “硝化反硝化” 工藝不適合處理含高有機(jī)氮的難降解、低碳氮比廢水。但目前大部分污水處理廠均以 “反硝化-硝化”AO 工藝作為主要的生物脫氮處理單元。 根據(jù)反硝化過程化學(xué)方程式（1）可以發(fā)現(xiàn)，將1 g 硝酸氮還原為氮?dú)?，至少需消耗碳源有機(jī)物約2.86 g。

采用傳統(tǒng)的AO 工藝脫氮需要充足的碳源，因此對(duì)于低碳氮比污水難以取得令人滿意的脫氮效果〔5〕。 碳源不足會(huì)直接導(dǎo)致反硝化階段脫氮效果不佳，使出水中含有硝態(tài)氮，出水TN 大大提高，這是導(dǎo)致高有機(jī)氮廢水脫氮效果不佳的主要原因。此外，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)要求，污水廠出水TN 要低于15 mg/L，高有機(jī)氮廢水的達(dá)標(biāo)排放面臨巨大挑戰(zhàn)。

對(duì)此， 研究人員對(duì)傳統(tǒng)的AO 工藝不斷進(jìn)行改進(jìn)〔6〕，旨在提高AO 工藝的脫氮水平。 筆者分別從優(yōu)化原水碳源、 合理分配碳源以及強(qiáng)化反硝化脫氮3個(gè)方面， 綜述了近年來改良AO 工藝在處理高有機(jī)氮廢水方面的研究進(jìn)展， 并對(duì)未來AO 工藝的研究方向進(jìn)行了展望， 以期為AO 工藝高效節(jié)能地應(yīng)用于高有機(jī)氮廢水的處理提供參考。

1 優(yōu)化原水碳源脫氮

原水中的有機(jī)物分為2 種，一種為快速生物降解有機(jī)物，即rbCOD（rapidly-biodegradable COD），另一種為緩慢生物降解有機(jī)物，即sbCOD（slowly-biodegradable COD）〔7〕。 其中，rbCOD 在反硝化反應(yīng)初始階段就可以被反硝化菌直接利用去除；而sbCOD 因具有相對(duì)分子質(zhì)量大或化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特性， 需要進(jìn)一步的水解酸化、厭氧氨化，將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物， 再將小分子有機(jī)物氨化為有機(jī)碳源和氨氮，才能被反硝化菌直接利用，從而達(dá)到脫氮除碳的目的。 硝化反硝化脫氮利用COD 的過程見圖1。

圖1 硝化反硝化脫氮利用COD 過程

高有機(jī)氮廢水中的主要污染物屬于sbCOD，因此必須先將原水經(jīng)充分水解酸化后再進(jìn)行厭氧氨化，使sbCOD 降解為容易利用的rbCOD，以為后續(xù)脫氮反應(yīng)提供高利用率的優(yōu)質(zhì)碳源。

在傳統(tǒng)AO 工藝中， 若在A 池內(nèi)同時(shí)進(jìn)行厭氧水解酸化、厭氧氨化以及缺氧反硝化，會(huì)造成運(yùn)行效果不穩(wěn)定、基質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)等不利情況，各反應(yīng)均不能達(dá)到最佳處理效果。故研究人員對(duì)此進(jìn)行改良:在前置厭氧區(qū)域（即AAO 工藝）將厭氧反應(yīng)與缺氧反應(yīng)分隔開來，分別進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)。 劉亞丹〔8〕進(jìn)行了采用AAO 工藝處理焦化廢水的研究，研究表明，在啟動(dòng)反應(yīng)器的第46 天，厭氧池進(jìn)、出水COD 分別為4 960、5 120 mg/L，后進(jìn)入AO 工藝脫氮，最終出水COD 為135 mg/L，COD 去除率達(dá)97.28%。 充分的水解酸化不僅有助于將難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解生物碳源， 還可以提高好氧階段氧化去除COD 的效率，出水C、N 濃度更易達(dá)標(biāo)。

有些改良工藝則在厭氧反應(yīng)與缺氧反應(yīng)分開的基礎(chǔ)上，將水解酸化反應(yīng)與氨化反應(yīng)也劃分開來，使各反應(yīng)階段可以獨(dú)立調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)， 以維持最適的反應(yīng)環(huán)境。 王瓊等〔9〕將增設(shè)預(yù)缺氧池后的AAO 工藝與普通的AAO 工藝進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在相同的運(yùn)行條件下，前者的COD 平均去除率比后者提高23.34%。預(yù)缺氧池的設(shè)置明顯提高了廢水的可生化性， 改善了后續(xù)生物處理效果。實(shí)際工程應(yīng)用中，細(xì)化厭氧階段反應(yīng)可以提高水解酸化及氨化速率， 加快優(yōu)化原水碳源。 劉興〔10〕介紹了嘉興某氨綸廢水處理廠處理工藝的改造效果。該廠通過改建預(yù)酸化池，使廢水流經(jīng)厭氧池后，COD、氨氮分別從進(jìn)水的2 400~3 200、80~140 mg/L 變?yōu)?00~1 200、245~297 mg/L，難降解有機(jī)物如DMAC、DMF 等經(jīng)充分水解酸化、氨化，部分生成氨氮， 部分生成酸性小分子有機(jī)物作為優(yōu)質(zhì)反硝化碳源；最終出水COD 為32~64 mg/L，COD 去除率約98.67%，氨氮去除率接近100%。 研究發(fā)現(xiàn)，通過水解酸化及氨化反應(yīng)優(yōu)化高有機(jī)氮廢水原水碳源效果較好， 厭氧反應(yīng)從根本上影響了高有機(jī)氮廢水脫氮效果的好壞。

研究人員主要通過延長厭氧階段HRT 來實(shí)現(xiàn)水解酸化、氨化反應(yīng)的充分進(jìn)行。王艷等〔11〕在采用水解酸化/AO/臭氧氧化/SAFTM工藝處理煤化工園區(qū)廢水的研究中，通過調(diào)節(jié)水解酸化HRT 為6.5 h，使二沉池出水COD 從進(jìn)水的500 mg/L 降至80 mg/L，氨氮從45 mg/L 降至10 mg/L，TN 也低于15 mg/L，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。 田文達(dá)〔12〕采用EGSB/水解/三級(jí)AO/臭氧接觸池/BAF 處理皮革廢水，結(jié)果表明，在進(jìn)水COD 高達(dá)3 000 mg/L，B/C 低于0.3 的情況下，將厭氧水解酸化段HRT 控制在11 h 才能確保難降解有機(jī)物水解酸化完全。厭氧反應(yīng)HRT 與廢水中難降解有機(jī)物的濃度相關(guān)。 設(shè)計(jì)HRT 不足，會(huì)直接導(dǎo)致出水水質(zhì)變差；HRT 過長， 則不僅不會(huì)提高水解酸化效率，還會(huì)導(dǎo)致多余人力物力消耗，降低整體工藝效率，增加運(yùn)行成本。 陳杰云等〔13〕在HRT 對(duì)多級(jí)A/O+懸浮填料組合工藝脫氮除磷的影響研究中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)HRT 為8 h 即可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)出水。 找到最佳厭氧HRT，確保水解酸化反應(yīng)進(jìn)行完全、氨化反應(yīng)進(jìn)行到理想程度是優(yōu)化原水碳源， 強(qiáng)化后續(xù)脫氮效果的關(guān)鍵所在。 總結(jié)發(fā)現(xiàn)， 對(duì)于高有機(jī)氮廢水， 厭氧反應(yīng)HRT 控制在6～12 h 可達(dá)到較好的處理效果。未來優(yōu)化原水碳源的相關(guān)研究可以根據(jù)不同類型廢水的濃度、特征，控制適宜的水解酸化、厭氧氨化HRT 等運(yùn)行參數(shù)，使得出水溶解性COD 達(dá)到理想范圍。

2 合理分配碳源

實(shí)際上，對(duì)于高有機(jī)氮廢水的處理，在通過厭氧反應(yīng)優(yōu)化原水碳源后依然不可以完全替代如甲醇、乙酸鈉等作為反硝化碳源。郭曉婭等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)，即使是易降解高有機(jī)氮廢水，在最優(yōu)條件下，將水解酸化出水作為碳源的反硝化速率最高也僅可達(dá)乙酸鈉作為碳源的57.8%。 對(duì)于難降解高有機(jī)氮廢水，厭氧出水仍存在碳氮比低、氨氮濃度高的問題。 因此，部分研究人員將關(guān)注點(diǎn)從如何優(yōu)化碳源轉(zhuǎn)向如何合理分配已有碳源，減少外部碳源投加量。

工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)， 工業(yè)污水處理廠常采用多級(jí)AO 工藝，即多個(gè)傳統(tǒng)AO 工藝串聯(lián)的方式處理高有機(jī)氮廢水。 在相同進(jìn)水水質(zhì)與運(yùn)行工況下，多級(jí)AO工藝的脫氮效果明顯優(yōu)于AAO 工藝〔15〕。 多級(jí)AO 工藝可對(duì)碳源進(jìn)行分級(jí)利用， 通過控制前一級(jí)好氧反應(yīng)氧化有機(jī)物程度， 可使剩余部分碳源被后一級(jí)用于反硝化脫氮， 從而達(dá)到高效利用原水優(yōu)質(zhì)碳源的目的。 不僅如此，多級(jí)AO 工藝僅第1 級(jí)需要進(jìn)行硝化液回流，大大節(jié)省了工藝運(yùn)行能耗。 在多級(jí)AO 工藝中， 最后1 級(jí)好氧池硝化反應(yīng)出水硝態(tài)氮直接從二沉池排出，難以去除，因此系統(tǒng)分段數(shù)對(duì)總氮去除率影響很大。 Jianhua Guo 等〔16〕研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)廢水碳氮比＜1 時(shí)，分段數(shù)與脫氮效果基本無關(guān)；當(dāng)分段數(shù)＞4 時(shí)，隨著分段數(shù)的增加，脫氮效率未明顯提高，運(yùn)行費(fèi)用卻大大增加。從經(jīng)濟(jì)和實(shí)際操作的角度來看，多級(jí)AO 工藝分段數(shù)一般在3～4 段。 綜合考慮工程應(yīng)用中工藝技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)性， 采用兩級(jí)AO 工藝處理B/C＜0.3、COD＞2 000 mg/L 的工業(yè)廢水，即能達(dá)到預(yù)想效果〔17〕。 兩級(jí)AO 工藝也叫做Bardenpho 工藝。 1973 年Barnard 提出在AO 工藝后增加1 個(gè)后置缺氧反應(yīng)區(qū)和后置快速好氧反應(yīng)區(qū)， 前置好氧區(qū)的硝酸鹽進(jìn)入到后置缺氧反應(yīng)器后繼續(xù)進(jìn)行脫氮反應(yīng)， 使進(jìn)水在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行2 個(gè)脫氮循環(huán)， 提高了AO 工藝出水中的硝態(tài)氮去除率，進(jìn)而提高了TN 去除率。高飛亞等〔18〕采用該工藝處理污水廠污水，結(jié)果表明， 當(dāng)進(jìn)水COD、TN 分別為636、91.4 mg/L 時(shí)，COD、TN 去除率分別達(dá)92.3%、83.81%。 AOAO 工藝示意如圖2 所示。

圖2 AOAO 工藝示意

但高有機(jī)氮廢水的復(fù)雜特性致使該改良工藝存在不穩(wěn) 定性。 Jianbo Liu 等〔19〕在 采用兩 級(jí)AO 耦 合MBR 工藝處理垃圾滲濾液時(shí)，COD 和TN 去除率分別為80.60%和74.87%。 在整個(gè)反應(yīng)過程中， 二級(jí)AO 工藝對(duì)污染物的去除起到了關(guān)鍵性作用。 究其原因可能是因?yàn)樵谝患?jí)AO 工藝中，進(jìn)水滲濾液濃度較高，對(duì)微生物的缺氧活性產(chǎn)生不利影響，反硝化作用較弱，碳源不能得到合理利用。 Jinliang Chen 等〔20〕對(duì)兩級(jí)AO 工藝出水進(jìn)行了測(cè)定， 發(fā)現(xiàn)盡管氨氮去除率達(dá)98.7%，但出水硝酸鹽增加到180～190 mg/L。為解決因碳源分配不均而導(dǎo)致的脫氮效果差的問題，研究人員提出可以在多級(jí)AO 工藝的基礎(chǔ)上，采用多段進(jìn)水、 控制硝化液回流方式及回流比等改良方法對(duì)原水碳源進(jìn)行合理分配，以提高碳源利用率。

2.1 多段進(jìn)水

在傳統(tǒng)的進(jìn)水方式中， 大部分有機(jī)物碳源被好氧氧化， 并未有效用于反硝化脫氮。 多段進(jìn)水多級(jí)AO 工藝則在空間順序上將原水按分配比例分別從各級(jí)厭氧區(qū)或缺氧區(qū)進(jìn)水，各級(jí)A 池可以直接利用原水碳源進(jìn)行反硝化，O 池產(chǎn)生的硝化液進(jìn)入下一段也可利用原水中的碳源進(jìn)行反硝化。 合理分配碳源，可以有效降低低碳氮比帶來的不利影響，降低硝化過程有機(jī)負(fù)荷， 減少曝氣階段氧化有機(jī)物而造成的曝氣能量損耗，具有污泥濃度高、負(fù)荷均衡、能耗低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 闞睿哲等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控制各級(jí)分段進(jìn)水碳氮比在3～5 時(shí)，各級(jí)TN去除率較在前端集中投加碳源的多級(jí)AO 工藝分別高出5.4%、5.4%、9.7%，出水COD 也可以達(dá)標(biāo)。

多級(jí)AO 工藝多段進(jìn)水點(diǎn)一般選擇在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)。如圖3 所示〔22〕，原水中的碳源可以首先在這2 個(gè)階段被直接利用，避免流經(jīng)好氧區(qū)被氧化降解，造成有機(jī)物碳源損失。 楊峰等〔23〕對(duì)低碳氮比規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理工藝進(jìn)行改造， 其中在分段進(jìn)水兩級(jí)AO 工藝段， 設(shè)計(jì)部分預(yù)處理后原水與回流活性污泥一并進(jìn)入一級(jí)缺氧池， 剩余原水與一級(jí)好氧池出水一并進(jìn)入二級(jí)缺氧池。運(yùn)行結(jié)果表明，最終出水COD 由1 226~1 608 mg/L 降至23~44 mg/L， 氨氮去除率約為99.05%，出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996 規(guī)定的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 考慮到對(duì)于絕大部分高有機(jī)氮廢水在優(yōu)化碳源后其可利用的碳源濃度依然很低， 僅基本上可保證一級(jí)AO 工藝脫氮效果， 為了提高原水碳源利用率， 研究人員在多段進(jìn)水的基礎(chǔ)上對(duì)多段進(jìn)水比例進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。

圖3 多段多級(jí)AO 工藝示意

多段進(jìn)水比例受進(jìn)水可生化性、碳氮比、進(jìn)水點(diǎn)位置、污泥濃度等因素的影響較大。不同流量分配比決定了每段厭氧區(qū)或缺氧區(qū)中有機(jī)物碳源含量，從而影響反硝化菌活性和系統(tǒng)脫氮效果。通常情況下，各級(jí)分段進(jìn)水比例按反應(yīng)順序遞減。 高有機(jī)氮廢水處理困難， 經(jīng)AO 工藝循環(huán)處理次數(shù)越多脫氮效果越好，一級(jí)進(jìn)水比例相對(duì)較高，可以增加原水發(fā)生硝化反硝化反應(yīng)次數(shù)。若后段進(jìn)水比例較高，可能會(huì)造成后段工藝脫氮效果不佳的同時(shí)， 原水中難降解有機(jī)物在有限的好氧階段也無法降解完全。 A. R.Majdi Nasab 等〔24〕采 用 多 點(diǎn) 進(jìn) 水 多 級(jí)AO 工 藝 處 理市政污水， 其設(shè)計(jì)分段進(jìn)水比例分別為45%、35%、25%，結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD 為500 mg/L 時(shí)， COD、TN 最高去除率分別為95%和93%。 由于高有機(jī)氮廢水中難降解有機(jī)物濃度高、占比大，一般需要進(jìn)行充分的厭氧反應(yīng)其才具備良好的可生化性， 所以對(duì)厭氧階段出水進(jìn)行分配比直接采用原水多段進(jìn)水，脫氮效果更佳，也可以一定程度地減少外加碳源量。Yijun Shen 等〔25〕經(jīng)多次試驗(yàn)后確定，將低碳高氮磷廢水經(jīng)厭氧預(yù)處理后的出水通過多點(diǎn)進(jìn)水方式進(jìn)入后兩級(jí)缺氧池， 且最佳流量分配比例為75%∶25%。結(jié)果表明，最終出水COD、氨氮、TN 分別為20.8、0.64、14.2 mg/L。 總結(jié)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高有機(jī)氮廢水，多級(jí)AO 工藝分段進(jìn)水比例一般采用7∶3、6∶4 等，呈逐級(jí)遞減趨勢(shì)。 肖才林等〔5〕根據(jù)反應(yīng)器中總氮物料守恒推導(dǎo)出最大理論脫氮率（η），見式（2）。

式中:R——污泥回流比；

rn——最后分段進(jìn)水流量占總流量的比值。

可以看出，當(dāng)R 為固定值時(shí)，脫氮率隨rn值的減小而變大。 E. Vaiopoulou 等〔26〕也發(fā)現(xiàn)，不同配水方式中最后一段配水比小，出水水質(zhì)較好。 也就是說，在一定條件下，多段進(jìn)水多級(jí)AO 工藝的TN 去除率隨一級(jí)進(jìn)水流量分配比的增大而增大〔27〕。 多段進(jìn)水的目的是要確保在大部分廢水可以盡量多地進(jìn)行多級(jí)AO 工藝循環(huán)脫氮的前提下， 也盡可能多地為后段AO 工藝提供有機(jī)碳源，減少外加碳源量。 如何衡量?jī)烧咧g的平衡， 是未來高有機(jī)氮廢水原水碳源分配研究的主要方向。

2.2 硝化液回流

傳統(tǒng)AO 工藝中， 硝化液自好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)作用有二: 一是將好氧區(qū)內(nèi)氨氮硝化產(chǎn)生的硝酸鹽氮、 亞硝酸鹽氮和未被氧化的有機(jī)物碳源回流至缺氧區(qū)， 進(jìn)一步脫氮的同時(shí)也為反硝化反應(yīng)補(bǔ)充碳源，可提高原水碳源利用率；二是降低好氧區(qū)COD負(fù)荷，減少曝氣能耗。過高或過低的內(nèi)回流比都不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。 回流比過高， 會(huì)導(dǎo)致缺氧區(qū)硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮負(fù)荷增加，且硝化液帶有溶解氧，使缺氧區(qū)發(fā)生基質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)，減弱反硝化菌的脫氮效果〔28〕，回流能耗增加?；亓鞅冗^低，則會(huì)導(dǎo)致出水硝酸鹽氮濃度升高，TN 去除率下降； 有機(jī)物在好氧區(qū)被大量氧化，曝氣能耗增加；缺氧區(qū)有機(jī)物碳源不足，外加碳源，處理成本提高。蔣士龍〔15〕設(shè)計(jì)采用多段進(jìn)水兩級(jí)AO 工藝處理污水，研究表明，最佳回流方式為兩段式回流，最佳回流比分別為50%、150%。 J. Liu 等〔29〕研究了不同回流比對(duì)AO 系統(tǒng)性能的影響， 認(rèn)為回流比為150%時(shí)性能最佳。 在多級(jí)AO 工藝中，除了單級(jí)內(nèi)回流方式， 還有各級(jí)之間的交叉內(nèi)回流方式等。 Han Chen 等〔30〕將二級(jí)好氧池硝化液回流至一級(jí)缺氧池，回流比為200%，在此條件下，氨氮、TN 和COD 去除率最高分別為99.96%、61.46%和85.85%。結(jié)果表明，相比于單級(jí)回流方式，各級(jí)間交叉回流方式不僅對(duì)出水水質(zhì)沒有明顯提高， 總氮處理效果也不佳， 故對(duì)于多級(jí)AO 工藝仍應(yīng)采用傳統(tǒng)單級(jí)回流方式。

總結(jié)發(fā)現(xiàn)， 在采用多級(jí)AO 工藝處理高有機(jī)氮廢水時(shí)， 硝化液內(nèi)回流比通?？刂圃?00%~200%。而對(duì)于多段式內(nèi)回流比， 由于有機(jī)物碳源會(huì)隨著反應(yīng)總HRT 的延長和AO 脫氮工藝循環(huán)次數(shù)的增加而減少，回流比可以按由低到高的趨勢(shì)設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵谇岸喂に囍杏袡C(jī)物碳源較為充足， 考慮到處理成本，可以采用較低回流比；而在后段工藝中有機(jī)物碳源量減少， 提高內(nèi)回流比可以在確保硝酸鹽氮去除的同時(shí)，提高碳源的利用率，減少外部碳源投加量。未來可以將硝化液回流比與分段進(jìn)水比例等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行同步調(diào)控，深入優(yōu)化原水碳源分配。

3 強(qiáng)化反硝化脫氮——同步硝化反硝化

目前，高有機(jī)氮廢水處理出水的主要問題是TN濃度較高，以硝酸鹽氮為主。 為達(dá)到高TN 去除率，強(qiáng)化反硝化過程十分必要。 缺氧反硝化最直接的強(qiáng)化方式是增加碳源投加量，但只依靠投加碳源，會(huì)大大提高工程成本。為解決這一問題，研究人員又提出了強(qiáng)化反硝化脫氮這一AO 工藝改良研究方向。

理論上，反硝化反應(yīng)需要在缺氧環(huán)境中進(jìn)行。隨著研究的進(jìn)一步深入， 發(fā)現(xiàn)除了缺氧區(qū)可以發(fā)生反硝化反應(yīng)，好氧區(qū)也可以通過投加填料、調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)等方法，發(fā)生同步硝化反硝化（SND）反應(yīng)，強(qiáng)化反硝化脫氮。 從物理學(xué)角度解釋SND 的微環(huán)境理論是目前被普遍接受的觀點(diǎn)。在活性污泥混合液中，氧擴(kuò)散受限導(dǎo)致活性污泥內(nèi)部形成溶解氧（DO）梯度，表面DO 濃度較高，以異養(yǎng)好氧菌和硝化菌為主；內(nèi)部則由于氧傳遞受阻及液相中DO 的大量消耗產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢(shì)〔31〕。 SND 有以下4 個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):（1）可節(jié)省反應(yīng)器體積；（2）可縮短反應(yīng)時(shí)間；（3）無需酸堿中和；（4）對(duì)比AO 工藝，不會(huì)積累亞硝酸鹽或硝酸鹽。 在好氧區(qū)的SND 反應(yīng)中，反硝化不是主體， 但也在有限空間內(nèi)一定程度地延長了反硝化HRT，提高了TN 去除率。

影響SND 的控制因素多且復(fù)雜， 如曝氣強(qiáng)度、pH、碳氮比、SRT 等。在AO 工藝中，研究人員主要通過投加填料、 精確調(diào)控DO 濃度等實(shí)現(xiàn)好氧區(qū)穩(wěn)定的SND。 趙憲章等〔32〕研究發(fā)現(xiàn)，相較于未懸掛填料的出水，懸掛填料后多級(jí)AO 工藝出水COD 平均降低了12 mg/L，氨氮平均去除率增長了30.2%，出水TN 平均達(dá)11.92 mg/L，TN 去除率增長了18.2%。 懸浮填料作為一種生物載體，由于其比表面積大，可增加污泥濃度，為微生物提供附著生長環(huán)境，有利于世代周期長、增殖速度慢的硝化細(xì)菌生長。投加懸浮填料后，填料上附著生長的生物膜增加了活性生物量，在與懸浮生長的活性污泥的共同作用下， 可有效改善對(duì)污水的處理效果，提高出水水質(zhì)，且對(duì)DO 的變化有較強(qiáng)的耐沖擊能力。 懸浮填料生物膜上的微生物呈附著態(tài)，會(huì)產(chǎn)生DO 梯度，有利于內(nèi)部形成缺氧微環(huán)境，從而易于發(fā)生SND。 Tao Liu 等〔33〕采用新型載體，并對(duì)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)精確控制后僅需30 d 就可以成功啟動(dòng)SND，且TN 去除率達(dá)80.2%。

SND 反應(yīng)對(duì)DO 濃度十分敏感。 DO 濃度過高，污泥內(nèi)部缺氧環(huán)境被破壞，氧氣成為電子受體，無法進(jìn)行反硝化反應(yīng)；DO 濃度過低，污泥表面硝化作用不足，會(huì)導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)。 為保證AO 工藝具備高效的同步硝化反硝化脫氮水平，應(yīng)控制好DO 濃度，在保證好氧硝化效果的前提下， 避免氧化消耗過量的易生物降解有機(jī)物， 從而提高后續(xù)反應(yīng)的碳源利用率。其中，DO 濃度的控制主要與載體相關(guān)。對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥，蔣勝韜〔34〕將DO 控制在0.8~1.0 mg/L，李寒〔35〕則控制DO 在0.5~1.0 mg/L，均取得了較好的SND 和脫氮效果。 P. Wood 等〔36〕采用膜擴(kuò)壓器進(jìn)行曝氣， 分別控制DO 由低至高為低于0.1 mg/L、0.1 mg/L 左右、1.7 mg/L，最高脫氮率可達(dá)95%以上。 研究表明〔37〕，采用好氧顆粒污泥作為載體進(jìn)行SND 反應(yīng)時(shí)，DO 濃度越低， 顆粒污泥表面形成的氧穿透層越薄，理論上應(yīng)控制DO 在1~2 mg/L。 Yingrui Liu 等〔38〕采用好氧顆粒污泥作為載體，控制DO 在5 mg/L 左右，TN 去除率最高達(dá)99%。 T. Dobbeleers 等〔39〕在原始DO 為0.7~1.5 mg/L 的基礎(chǔ)上， 增加DO 1~2 mg/L后，好氧顆粒污泥生物量增加約2 g/L，脫氮效率增加33%。 總結(jié)發(fā)現(xiàn)，采用好氧顆粒污泥作為載體時(shí)，DO 濃度普遍較高，而目前工程、實(shí)驗(yàn)中較為常用的載體為廉價(jià)易得的活性污泥或生物填料， 微氧環(huán)境下更易發(fā)生同步硝化反硝化反應(yīng)，DO 一般控制在0.8~2.0 mg/L。

近年來， 研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境中存在可以同步去除COD、氨氮，且具有脫氮徹底（氣態(tài)產(chǎn)物）、酸堿中和等優(yōu)勢(shì)的菌種——好氧反硝化菌。 隨后，異養(yǎng)硝化-好氧反硝化（HN-AD）技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)篩選出具有HN-AD 能力的菌株，并發(fā)現(xiàn)幾乎所有的HN-AD 菌都能去除氨氮、 亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮， 甚至是羥胺， 這可以大大提高TN 的去除率。 然而，實(shí)際污水復(fù)雜的特性使其應(yīng)用受到很大的限制， 因此如何在各種復(fù)雜的實(shí)際污染狀況中應(yīng)用HN-AD 技術(shù)成為了近幾年學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)〔40〕。

未來如何在實(shí)際工程中穩(wěn)定運(yùn)行同步硝化反硝化以強(qiáng)化反硝化脫氮，會(huì)是一個(gè)持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)。對(duì)于新型脫氮技術(shù)， 如好氧反硝化等， 還有待試驗(yàn)研究，才能作為主流工藝推廣。

4 總結(jié)

考慮到經(jīng)濟(jì)、運(yùn)營等因素，研究人員分別從優(yōu)化原水碳源、合理分配碳源、強(qiáng)化反硝化脫氮3 個(gè)方面進(jìn)行了AO 工藝改良研究， 以提高其對(duì)高有機(jī)氮廢水的脫氮效果。 幾種改良方法如下:

（1）厭氧階段可通過調(diào)控HRT 等運(yùn)行參數(shù)來控制水解酸化、厭氧氨化過程，以優(yōu)化原水碳源。

（2）運(yùn)行方式上，通過調(diào)控多段進(jìn)水點(diǎn)位置、進(jìn)水比例等來合理分配原水碳源； 通過調(diào)控硝化液回流方式、回流比等運(yùn)行參數(shù)來提高碳源利用率。

（3）好氧階段可通過調(diào)控DO 濃度、投加填料等實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化反應(yīng)，以強(qiáng)化反硝化脫氮。

未來AO 工藝的改良研究方向: 在不影響其他污染物去除效果的前提下處理高有機(jī)氮廢水時(shí)，應(yīng)使各個(gè)改良方法相互協(xié)調(diào)，并進(jìn)一步優(yōu)化、合理分配原水碳源，提高碳源利用率，延長反硝化脫氮過程等，從而實(shí)現(xiàn)不外投碳源就可獲得高效的總氮去除率，使出水可以達(dá)標(biāo)排放。