生物脫氮工藝新舊比較及其發展
本文對傳統生物脫氮技術和目前新型的生物脫氮技術進行了介紹。
1傳統生物脫氮工藝
水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝氮和硝酸鹽4種形態存在…。如污水有機氮占含氮量的4O%～60%，氨氮占5O%～60%，硝態氮僅占0%一5%。傳統生物脫氮技術遵循已發現的自然界氮循環機理，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、亞硝化反應、硝化反應和反硝化反應后最終轉變為氮氣而溢出水體，達到了脫氮目的。
傳統生物脫氮技術是目前應用最廣的脫氮技術。硝化工藝雖然能把氨氮轉化為硝酸鹽，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不同，硝化和反硝化兩個過程需要在兩個隔離的反應器中進行，或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環境的同一個反應器中進行…傳統生物脫氮途徑就是人為創造出硝化菌、反硝化菌的生長環境，使硝化菌和反硝化菌成為反應池中的優勢菌種。由于對環境條件的要求不同，硝化反硝化這兩個過程不能同時發生，而只能序列式進行，即化反應發生在好氧條件下，反硝化反應發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等。傳統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，人們積極探討開發高效低耗的新型生物脫氮新工藝。
2新型生物脫氮工藝
隨著科學的發展，近年來發現了好氧反硝化菌和異養硝化菌，硝化反應不僅由自養菌完成，某些異養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；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。這些新發現突破了傳統生物脫氮理論的認識，為研發生物脫氮新工藝奠定了基礎。
2．1短程硝化反硝化
傳統的生物脫氮工藝經過一系列反應，是全程硝化反硝化。中間浪費了一個將亞硝氮轉化硝氮，硝氮又轉化為亞硝氮的過程。1975年，Voets等進行經NO：一途徑處理高濃度氨氮廢水研究時發現了硝化過程中NO一積累的現象，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NO一途徑實現生物脫氮成功應用的報道還不多見。影響NO一積累的控制因素比較復雜，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技術大學于1997年開發的。該工藝采用的是CSTR反應器(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，使反應器中的亞硝酸菌占絕對優勢，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)反應時問縮短，反應器容積可減小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)污泥產量降低(硝化過程可少產污泥33%～35%左右，反硝化過程中可少產污泥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在同一個反應器中同時完成¨引。SND生物脫氮的機理目前已初步形成了三種解釋，即宏觀環境解釋、微環境理論和生物學解釋。宏觀環境解釋認為l1¨：由于生物反應器的混合形態不均，可在生物反應器內形成缺氧及(或)厭氧段，即宏觀環境。例如，在生物膜反應器中，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。用傳統的微生物培養方法，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，嘗試了現代分子生物學技術¨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、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，而且要求的反應溫度過高(32℃)，這些都限制了厭氧氨氧化反應器的實際運用。
3發展
氮污染日益嚴重，研發高效低耗的生物脫氮技術勢在必行。目前污水廠脫氮效果不好，而新型的生物脫氮技術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。
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