氨氮废水生物脱氮研究进展_郑杨春

氨氮废水生物脱氮研究进展郑杨春1,邓旭2(厦门大学化学工程与生物工程系,福建厦门361005)[摘要]与传统的硝化—反硝化氨氮废水脱氮方法相比,短程硝化—反硝化和同时硝化—反硝化都是近年来研究开发的新型生物脱氮工艺,具有能耗低、运行时间短、氮去除效率高等特点。结合国内外废水生物脱氮的研究现状,系统综述了短程硝化—反硝化和同时硝化—反硝化两种新工艺的研究进展,并深入讨论了短程硝化—反硝化中亚硝酸盐累积问题。[关键词]废水处理;生物脱氮;硝化;反硝化[中图分类号]X703.1[文献标识码]A[文章编号]1006-1878(2004)07-0141-04氮在废水中以分子态氮、有机态氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮以及硫氰化物和氰化物等多种形式存在,而氨氮是最主要的存在形式之一。氨氮污染来源多,排放量大,并且排放的浓度千变万化。目前氨氮废水的处理方法很多,主要分为两大类:物理化学法和生物脱氮法。物理化学法有折点氯化法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、吹脱法和气提法、液膜法、电渗析法、催化湿式氧化法等。生物法主要是利用微生物通过氨化、硝化、反硝化等一系列反应使废水中的氨氮最终转化成无害的氮气排放。由于氨化作用速度很快,在一般的生物处理设备中均能完成,故一般不作特殊的考虑。本文综述了氨氮废水的生物脱氮的硝化、反硝化反应的研究现状,并重点介绍了短程硝化—反硝化和同时硝化-反硝化两种新工艺的国内外研究进展。1生物硝化和反硝化生物硝化过程是亚硝化菌和硝化菌两类自养型细菌将氨氮转化成为硝态氮的生化反应过程。生物反硝化是指氧化态氮,通常是NO2--N和NO3--N在无氧或低氧条件下被异养型兼性反硝化菌还原成分子态氮的生化反应过程。硝化菌受温度影响比较大,两种硝化细菌的最适活性温度在35℃左右;在生物膜反应器中,温度每下降1℃,硝化速度下降4.5%,在活性污泥系统中,温度每下降1℃,硝化速度下降10%。最适pH为8.0左右;pH在5.0～8.5之间,pH每升高一个单元,硝化率就上升13%;G.Ruiz等人在研究中发现pH大于8.95或小于6.45时硝化率会陡降。硝化阶段DO质量浓度至少要大于0.5mg/L。反硝化菌的适宜pH为7.0～8.5,最适温度为20～35℃,当温度低于15℃,反硝化速度明显下降,当温度低于5℃时,反硝化速度极低;但是经过低温驯化的细菌在温度为3℃时仍然具有较高的反硝化能力。反硝化菌对DO很敏感,当DO质量浓度小于0.1mg/L时,反硝化过程会受到负面影响。硝化过程是在需氧条件下完成的,且受基质浓度影响。若基质浓度高,自养硝化菌对氧气和营养物的竞争不如好氧异养菌,从而导致异养菌占优势,即COD/TKN越高,硝化速率越小。而反硝化过程是厌氧或缺氧的条件下完成的;并且反硝化需要提供一定的有机物质作为电子供体,一般认为COD/TKN质量比至少为9。因此传统的废水生物脱氮工艺,一般是把好氧硝化和厌氧反硝化作为两个独立的阶段分别在不同的反应器(空间上)或者用间歇的好氧和厌氧条件(时间上)来运行,前者如A/A/O、A/O等,后者如SBR、氧化沟等。但也有研究表明,在DO浓度足够高的情况下,COD基本上对硝化过程没有影响。随着对生物脱氮研究的深入,人们不断开发出新的生物脱氮工艺,如短程硝化—反硝化工艺、同时硝化-反硝化工艺等。与传统的硝化—反硝化脱氮工艺相比,这些新的生物脱氮工艺具有一些传统工艺所不具备的特点。2短程硝化—反硝化短程硝化是通过抑制硝化菌(Nitrobacter)的活性,使硝化的第二阶段被抑制,从而使硝化的产物停[收稿日期]2004-01-26;[修订日期]2004-02-09[作者简介]郑杨春(1977—),男,厦门大学硕士研究生。·141·2004年第24卷增刊化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY留在NO2-阶段,然后在反硝化阶段将NO2--N还原为N2。又可以根据硝化产物不同称其为亚硝酸型硝化,将传统的硝化过程称为硝酸型硝化。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)缩短反应历程,增加了脱氮效率。刘俊新等人在对高浓度废水的亚硝酸型硝化脱氮和硝酸型硝化脱氮对比研究中发现,在低氨氮负荷条件下,短程硝化与硝酸型硝化的速率是相同的;当氨氮污泥负荷大于0.1kg/kg·d后,随着负荷的增加亚硝酸型硝化逐渐高于硝酸型硝化,在同样获得98%的氨氮硝化率时,亚硝酸型硝化的氨氮负荷较硝酸型氨氮负荷高1倍;在相同的碳氮比下,NO2--N的反硝化率高于NO3--