生物脱氮新工艺研究进展_王英阁

第一作者简介：王英阁女1982年生工程师研究方向为污水处理生物脱氮新工艺研究进展王英阁胡宗泰郑州市污水净化有限公司（河南郑州450001）摘要分析了传统生物脱氮工艺存在的问题，系统介绍了短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化、同时硝化反硝化、好氧除氨工艺、全自养脱氮工艺等生物脱氮新工艺的机理、特点和研究现状，同时指出了新技术存在的问题和今后研究的发展趋势。关键词生物脱氮新工艺机理发展趋势中图分类号X511近年来，随着工业化和城市化程度的不断提高，大量含有氮、磷的营养物进入水体，致使水体富营养化日益严重。传统的生物脱氮工艺，如A/O法、A2/O法等硝化阶段进行曝气通常需要消耗大量的能量，反硝化作用阶段则需要额外投加有机碳源，虽然能起到脱氮效果，但仍存在以下一些问题：（1）硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高生物浓度，造成系统总水力停留时间较长，有机负荷较低，增加了基建投资和运行费用；（2）系统为维持较高生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用；（3）抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌生长；（4）为中和硝化过程产生的酸度，需加碱中和，增加了处理费用。随着近年来微生物学等技术的发展及工程应用方面的实践，人们在生物脱氮机理及新技术方面取得了一定的成果。本文系统介绍了近年来生物脱氮新技术的原理、特点和应用现状，并指出了生物脱氮技术的发展趋势。1传统废水生物脱氮原理传统废水生物脱氮工艺主要是依靠好氧硝化把氨氮转化为硝态氮，然后在缺氧条件下将硝态氮转化为氮气，从而从废水中去除。1.1硝化反应在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程称为硝化反应。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌两种化能自养型微生物共同完成的。1.2反硝化反应在无氧或缺氧条件下，反硝化菌将NO2-和NO3-还原成N2的过程，称为反硝化反应。6NO3-+2CH3OH→2CO2+6NO2-+4H2O6NO2-+3CH3OH→3CO2+3N2+3H2O+6OH-2废水生物脱氮新技术近年来的许多研究表明，硝化反应不仅可以由自养菌完成，某些异养菌也可以起硝化作用；反硝化不只在缺氧条件下进行，某些细菌也可在好氧条件下进行反硝化；许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌，并能把NH4+氧化成NO2-后直接进行反硝化反应。由此发展起来的新工艺主要有：短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化、限氧自养硝化反硝化、好氧反硝化等。2.1短程硝化-反硝化在传统生物脱氮工艺中，生物脱氮途径为：NH4+→NO2-→NO3-→NO2-→N2，称为全程硝化反硝化；短程硝化的脱氮途径为：NH4+→NO2-→N2，通过抑制硝化菌（Nitrobacter）的活性，使硝化的第二阶段被抑制，从而使硝化的产物停留在NO2-阶段，然后在反硝化阶段将NO2--N还原为N2。与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比，短程硝化-反硝化具有以下优点：（1）硝化阶段需氧量减少25%；（2）反硝化阶段所需碳源减少40%，反硝化率提高63%；（3）厌氧反硝化阶段剩余污泥量减少300%；（4）水力停留时间较短，反应器的容积可减少30%~40%；（5）减少了投碱量；(6)缩短了反应历程，增加了脱氮效率。早在1975年，Voets等提出了短程硝化反硝化第33卷第11期2008年11月上海化工ShanghaiChemicalIndustry环境保护NH4++3/2O2NO2-+2H++H2O→亚硝酸菌→硝酸菌NO2-+1/2O2NO3-1··DOI:10.16759/j.cnki.issn.1004-017x.2008.11.006的概念，随后很多学者做了很多这方面的研究。Sutherson等经小试研究证实了短程硝化反硝化的可行性，Turk和Mavinic对前置反硝化活性污泥脱氮系统进行了短程硝化反硝化的研究并取得了成功。国内对短程硝化反硝化的研究也很活跃,耿艳楼等研究了焦化废水的短程硝化反硝化，并获得了较高的氮去除率。周少奇等从计量学角度研究了以NO2-作为电子受体的反硝化过程，并在研究高氨氮垃圾填埋场渗滤水的同时硝化反硝化过程中发现，部分氨氮的去除是通过了短程硝化反硝化途径。实现短程硝化反硝化的关键在于将NH4+氧化控制在NO2-阶段。由于亚硝酸盐本身对微生物的抑制，到目前为止，在实际运行工艺中将硝化反应有效控制在亚硝化阶段的报道并不多见，比较成功的工艺为荷兰Delft理工大学开发的SHARON工艺。2.2厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO2-或NO3-为电子受体，将NH4+转变成N2的生物过程。到目前为止，厌氧氨氧化的反应机理还不明确，目前大家普遍接受的是羟氨途径：1994年，Mulder等发现荷兰Delft大学一个污水脱氮流化床