生物脱氮研究的新进展_全程自养脱氮工艺_郭劲松

生物脱氮研究的新进展———全程自养脱氮工艺郭劲松,罗本福,方芳(重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045)摘要:介绍了生物脱氮研究的最新进展———全程自养脱氮工艺,并全面、系统地论述和分析了全程自养脱氮工艺的机理、自养脱氮工艺实现方式及其特点与技术关键,并指出了今后应着重研究的几个方面。关键词:全程自养脱氮;SHARON工艺;ANAMMOX工艺;CANON工艺。中图分类号:X17文献标识码:A文章编号:1003-6504(2005)06-0102-04传统生物脱氮采用的是硝化-反硝化工艺,由于所利用微生物和反应条件的不同,硝化和反硝化两个过程在时间和空间上是分开的,或者是在不同条件的反应器内进行。传统的硝化-反硝化工艺在废水生物脱氮领域起到了积极的作用,但由于上述特性而存在较多问题:如工艺流程较长,占地面积大,基建投资高;由于硝化菌群增殖速度慢而难以维持较高的生物浓度;为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果,系统必须同时进行污泥和硝化液回流;另外其抗冲击负荷能力较弱,高浓度NH4+—N和NO2-—N废水会抑制硝化菌生长;硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和,这些措施既增加了运行的复杂性和运行成本,又可能造成二次污染等等。因此为克服传统生物脱氮工艺的弱点,探索高效低耗的简捷生物脱氮工艺成为目前的研究热点和难点。全程自养脱氮工艺由于其突出的特点而日益受到研究者们的关注与重视。1全程自养脱氮工艺研究现状特点全程自养脱氮工艺一般是指氨氮转化为N2的过程全部是由自养菌完成,整个工艺过程不需外加任何可生物降解有机碳化合物的一类工艺。在实践中,这种全程自养脱氮现象已在一些工程或试验中被观察到。Muller等报道[1],自养硝化污泥在非常低的氧压力下(1kPa或气相中约2.0%O2)可以产生氮气,当溶解氧压力在0.3kPa时,氨氧化为亚硝态氮的最大氧化率达58%。A.Hippen等在德国Mechernich地区的垃圾渗滤液处理厂发现[2],在不外加有机碳源以及溶解氧限制条件下(DO保持在1.0mg/L左右),超过60%的氨氮在生物转盘中转化为N2而得以去除。由于进水中的TOC<20mg/L,且出水中的TOC也没有减少,故不存在明显的异养反硝化,整个氨氮去除过程基金项目:国家十五科技攻关项目;重庆大学骨干教师资助项目作者简介:郭劲松(1963-),男,教授,博导,主要从事水污染控制的理论与技术研究,(电话)023-65120768(电子信箱)Guoyuhao@cta.cq.cn。全部由自养菌完成,而其能耗仅为常规硝化-反硝化脱氮能耗的1/3,且无需外加有机碳源,处理费用大为降低。瑞士的H.Siegrist等也有类似的发现[3]。已有的研究及实践经验表明,全程自养脱氮工艺具有下述突出的特点:由于在运行过程中无需外加碳源物质,从而有效克服了传统硝化-反硝化工艺需以有机电子供体支持反硝化的问题,可节省100%的碳源,尤其适用于处理低C/N的高浓度氨氮废水;全程自养脱氮工艺采用的是限制性供氧方式,反应器中DO浓度较低,可节约60%的曝气消耗;全程自养脱氮工艺可在一个反应器中完成NH4+—N至N2的全部转化过程,使得生物除氮的流程非常简短,相应的建设、运行、管理费用也有望大幅降低。因此,全程自养脱氮工艺具有的优点是其它生物脱氮工艺无可比拟的。迄今为止,全程自养脱氮工艺在世界范围内仍处于研发阶段,成果较突出的是荷兰Delft技术大学,他们在对SHARON工艺和ANAMMOX工艺研究的基础上,开发出CANON(completelyautotrophicnitro-genremovalovernitrite)工艺[4]。此外,比利时Gent微生物生态实验室也开发了类似的OLAND(oxygenlimitedautotrophicnitrificationdenitrification)工艺[5]。杨虹等以消化污泥脱水液为基质,在悬浮填料床反应器中实现了稳定的全程自养脱氮过程[6]。2全程自养脱氮工艺机理分析目前,全程自养脱氮工艺的研究已初步形成了两种解释:微环境解释和微生物解释。微环境解释认为,全程自养脱氮工艺可通过短程硝化反硝化和厌氧氨氧化的工艺组合方式实现,其技术关键是控制反应器中的DO和氨氮浓度,创造一个以亚硝化菌和厌氧氨氧化菌为优势菌种的微环境,从而推动亚硝化和厌氧氨氧化这两个由自养菌完成的过程顺利进行。微生物解释认为,全程自养脱氮工艺是不同于短程硝化反硝化和厌氧氨氧化简单组合一种新工艺,它102环境科学与技术第28卷第6期2005年11月DOI:牨牥牨牴牰牱牪牤jcnki牨牥牥牫牠牰牭牥牬牪牥牥牭牥牰牥牬牪遵循的是一种尚不了解的脱氮途径。通常厌氧氨氧化必须在无自由氧的条件下才能进行,氧气存在会抑制厌氧氨氧化,目前对全程自养脱氮的研究表明,反应