生物脫氮技術(shù)研究進展
氨氮是國家實現(xiàn)水污染控制總量控制的污染物，水體中氨氮含量過高會引起水質(zhì)富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水體中某些藻類過度繁殖，其它生物生長受到影響，從而破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致水質(zhì)惡化并影響到其使用功能。我國治理太湖、滇池等富營養(yǎng)化水體的經(jīng)驗表明，水體一旦富營養(yǎng)化，即使投入巨資治理，也很難恢復(fù)到以前的生態(tài)系統(tǒng)，而對污水排放到水體前進行脫氮處理是解決問題的根本方法。本文對傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)和目前新型的生物脫氮技術(shù)進行了介紹。
1傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)
廢水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝氮和硝酸鹽4種形態(tài)存在…。如生活污水有機氮占含氮量的4O%～60%，氨氮占5O%～60%，硝態(tài)氮僅占0%一5%。傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)遵循已發(fā)現(xiàn)的自然界氮循環(huán)機理，廢水中的有機氮依次在氨化菌、亞硝化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下進行氨化反應(yīng)、亞硝化反應(yīng)、硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)后最終轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨舛绯鏊w，達到了脫氮目的。
傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的廢水脫氮技術(shù)。硝化工藝雖然能把氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，消除氨氮的污染，但不能徹底消除氮污染。而反硝化工藝雖然能根除氮素的污染，但不能直接去除氨氮。因此，傳統(tǒng)生物脫氮工藝通常由硝化工藝和反硝化工藝組成。由于參與的菌群不同和工藝運行參數(shù)不同，硝化和反硝化兩個過程需要在兩個隔離的反應(yīng)器中進行，或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應(yīng)器中進行…傳統(tǒng)生物脫氮途徑就是人為創(chuàng)造出硝化菌、反硝化菌的生長環(huán)境，使硝化菌和反硝化菌成為反應(yīng)池中的優(yōu)勢菌種。由于對環(huán)境條件的要求不同，硝化反硝化這兩個過程不能同時發(fā)生，而只能序列式進行，即化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下，反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。
常見的工藝有三級生物脫氮工藝、二級生物脫氮工藝和合建式缺氧一好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)等。傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在不少問題：(1)工藝流程較長，占地面積大，基建投資高。(2)由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度，特別是在低溫冬季，造成系統(tǒng)的HRT較長，需要較大的曝氣池，增加了投資和運行費用。(3)系統(tǒng)為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果，必須同時進行污泥和硝化液回流，增加了動力消耗和運行費用。(4)系統(tǒng)抗沖擊能力較弱，高濃度NH，一和NO：一廢水會抑制硝化菌生長。(5)硝化過程中產(chǎn)生的酸度需要投加堿中和，不僅增加了處理費用，而且還有可能造成二次污染。因此，人們積極探討開發(fā)高效低耗的新型生物脫氮新工藝。
2新型生物脫氮技術(shù)
隨著科學的發(fā)展，近年來發(fā)現(xiàn)了好氧反硝化菌和異養(yǎng)硝化菌，硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成，某些異養(yǎng)菌也可以進行硝化作用，反硝化不只在厭氧條件下進行，某些細菌也可在好氧條件下進行反硝化；許多好氧反硝化菌同時也是異養(yǎng)硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌)，并能把NH3一氧化成NO：一后直接進行反硝化反應(yīng)；氨的氧化不僅可以在好氧條件下進行，也可以在厭氧條件下進行。這些新發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)生物脫氮理論的認識，為研發(fā)生物脫氮新工藝奠定了基礎(chǔ)。
2．1短程硝化反硝化
傳統(tǒng)的生物脫氮工藝經(jīng)過一系列反應(yīng)，是全程硝化反硝化。中間浪費了一個將亞硝氮轉(zhuǎn)化硝氮，硝氮又轉(zhuǎn)化為亞硝氮的過程。1975年，Voets等進行經(jīng)NO：一途徑處理高濃度氨氮廢水研究時發(fā)現(xiàn)了硝化過程中NO一積累的現(xiàn)象，并首次提出了短程硝化反硝化生物脫氮的概念。短程硝化反硝化(shortcutnitrifcationdenitrifcation)生物脫氮是將硝化過程控制在亞硝酸鹽階段，阻止NO：一的進一步硝化，然后直接進行反硝化。然而，硝化菌能夠迅速地將NO：一轉(zhuǎn)化為NO，一，將NH的氧化成功地控制在亞硝酸鹽階段并非易事。目前，經(jīng)NO一途徑實現(xiàn)生物脫氮成功應(yīng)用的報道還不多見。影響NO一積累的控制因素比較復(fù)雜，主要有溫度、pH、游離氨(FA)、溶解氧(DO)、游離羥胺(FH)以及水力負荷、有害物質(zhì)和污泥泥齡等。
目前比較有代表性的工藝為SHAR—ON工藝oSHARON工藝(SinglereactorforHighae—tivityAmmoniaRemovMOverNitrite)是由荷蘭DeIft技術(shù)大學于1997年開發(fā)的。該工藝采用的是CSTR反應(yīng)器(CompleteStirredTankReactor)，適合于處理高濃度含氮廢水(>0．5gN／L)，其成功之處在于巧妙地利用了硝酸菌和亞硝酸菌的不同生長速率，即在較高溫度下(30℃～4O℃)，硝化菌的生長速率明顯低于亞硝酸菌的生長速率。因此通過控制溫度和HRT可以自然淘汰掉硝酸菌，使反應(yīng)器中的亞硝酸菌占絕對優(yōu)勢，使氨氧化控制在亞硝酸鹽階段。
與全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有如下的優(yōu)點：(1)硝化階段可減少25%左右的需氧量，降低了能耗；(2)反硝化階段可減少40%左右的有機碳源，降低了運行費用；(3)反應(yīng)時問縮短，反應(yīng)器容積可減小30%～40%左右；(4)具有較高的反硝化速率(NO一的反硝化速率通常比NO，一的高63%左右；(5)污泥產(chǎn)量降低(硝化過程可少產(chǎn)污泥33%～35%左右，反硝化過程中可少產(chǎn)污泥55%左右)；(6)減少了投堿量等。對許多低COD／NH’比廢水(如焦化和石化廢水及垃圾填埋滲濾水等)的生物脫氮處理，短程硝化反硝化顯然具有重要的現(xiàn)實意義。
2．2同時硝化反硝化
同時硝化反硝化(SimultaneousNitrifcationDenitrifcation—SND)，即硝化與反硝化反應(yīng)在同一個反應(yīng)器中同時完成¨引。SND生物脫氮的機理目前已初步形成了三種解釋，即宏觀環(huán)境解釋、微環(huán)境理論和生物學解釋。宏觀環(huán)境解釋認為l1¨：由于生物反應(yīng)器的混合形態(tài)不均，可在生物反應(yīng)器內(nèi)形成缺氧及(或)厭氧段，即宏觀環(huán)境。例如，在生物膜反應(yīng)器中，生物膜采用了系列稀釋分離、平板劃線分離，顯微單細胞分離等多種方法，但均以失敗告終。用傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)方法，了解到ANAMMOX菌混培物的一些基本生理生化特征。在鑒定厭氧氨氧化菌的過程中，嘗試了現(xiàn)代分子生物學技術(shù)¨引。研究表明厭氧氨氧化菌廣泛存于自然界中，用普通好氧活性污泥、好氧硝化活性污泥、好氧硝化顆粒污泥、反硝化污泥、SBR泥、河涌底泥、UASB顆粒污泥、城市污水處理廠污泥、垃圾填埋場處理滲濾液的污泥等¨加’，而且都成功啟動了ANAMMOX反應(yīng)器，啟動時間也由兩百天縮短到兩個月。目前要解決的問題是實際廢水中氨氮含量高，但是亞硝氮含量非常低，而且要求的反應(yīng)溫度過高(32℃)，這些都限制了厭氧氨氧化反應(yīng)器的實際運用。
3展望
氮污染日益嚴重，研發(fā)高效低耗的生物脫氮技術(shù)勢在必行。目前城市污水廠脫氮效果不好，而新型的生物脫氮技術(shù)大多仍在小試和中式階段，離實際運用還有一定的距離。相信在廣大科技工作者的共同努力下，這些新型生物脫氮工藝不久就會造福人類。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
