耦合式污水脱氮技术的研究进展_耿亮

耦合式污水脱氮技术的研究进展耿亮朱勇何岩林剑波黄民生华东师范大学资源与环境科学学院（上海200062）摘要基于微生物的协同作用概述了耦合式污水脱氮技术的研究现状，主要包括同步硝化反硝化，厌氧氨氧化与反硝化协同，同时反硝化产甲烷，厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化耦合等，并且阐述了这些过程的原理、实现工艺及特点，以期为实现污水的有效脱氮提供参考。关键词同步硝化反硝化厌氧氨氧化与反硝化协同同时反硝化产甲烷厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化耦合中图分类号X703.1环境保护基金项目：上海市建设与交通委员会重大科技攻关项目（重科2007-007）第一作者简介：耿亮女1986年生在读硕士研究生研究方向为水污染控制工程0引言在众多的水体生物脱氮技术中，生物法是运用极其广泛的一种脱氮技术。传统的生物脱氮是由硝化过程和反硝化过程两部分组成，利用好氧硝化、缺氧反硝化来达到脱氮目的。但传统的工艺往往存在着耗能多、耗时长、占地面积大、有机负荷较低等缺点。近年来以研究能耗低、处理时间短、能源回收为目的可持续脱氮技术而成为研究热点，目前主要利用微生物代谢特性，在同一反应器和同一反应系统中实现两种或两种以上污水处理过程的耦合技术。1耦合式生物处理工艺技术1.1同步硝化反硝化传统的脱氮理论认为脱氮需经硝化和反硝化两个不同的过程。反硝化菌是异养兼性厌氧菌，只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原[1-2]。但是近几年的研究表明，硝化和反硝化可在同一反应器中同时发生，许多实际运行中的好氧硝化池中也常常发现有总氮损失，这一现象被称为同步硝化反硝化现象（SimultaneousNitrificationandDenitrification,简称SND）[3]。SND意味着在同一反应器内相同的操作条件下，硝化、反硝化应能同时进行，如果能够保证在好氧池中一定效率的反硝化与硝化反应同时进行，那么对于连续运行的SND工艺污水处理厂，可以省去缺氧池的费用，或至少减少其容积。对于仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲，SND能够降低实现完全硝化、反硝化所需的时间[3]。目前常用的同步硝化反硝化工艺的性能比较具体见表1。国外对SND的研究已逐渐从实验室走向污水厂的实践阶段，在荷兰、德国等国家已有利用同步硝化反硝化脱氮工艺的污水处理厂在运行[9]。1.2厌氧氨氧化与反硝化协同厌氧氨氧化反应（ANAMMOX）是在严格缺氧的条件下，以NH4+为电子供体，以NO2-为电子受体,将NH4+、NO2-转化为N2的过程[10]。有研究者在进行垃圾渗滤液同步硝化反硝化脱氮时发现，一部分不知去向的氮可能是在ANOM-MOX过程中去除的[11]。这就说明在同一反应器系统中实现厌氧氨氧化与反硝化脱氮协同作用的可能性，而且对生物脱氮新技术的开发具有重要意义。周少奇[12]推导厌氧氨氧化和有机环境下以葡萄糖为碳源时反硝化脱氮的电子计量学方程式，分析结果表明：厌氧氨氧化菌可将反硝化产生的CO2作为无机碳源；反硝化菌可以利用厌氧氨氧化过程中产生的NO3-。随后很多研究者进行了一系列在实际工艺中实现ANAMMOX和反硝化协同的研究。周少奇、张鸿郭等通过UASB（上流式厌氧污泥床）生物反应器发现在有机环境下，UASB反应器中可以实现厌氧氨氧化与反硝化的协同作用，并且在厌氧氨氧化活性稳定阶段（120d开始）,氨氮和亚硝氮的平均去除率分别高达94.79%和98.17%，CODCr最高去除率可达51.68%,平均去除率23.51%[10]。朱明石等采用厌氧氨氧化工艺的UASB-生物膜反应器处理高浓度含氮废水，在反应器中连续加入有机物（葡萄糖），NH3-N和NO2--N和TN都取得Vol.35No.1Jan.2010上海化工ShanghaiChemicalIndustry2··DOI:10.16759/j.cnki.issn.1004-017x.2010.01.006表1各种利用同步硝化反硝化工艺的效果工艺实现方式处理效果特点好氧膨胀颗粒污泥床（SND）TN去除率：60%左右NH3-N去除率：95%左右COD去除率：95%左右[4]SVI值：32.5左右沉降性能好、污泥代谢活性高，既可以利用外源溶解性基质又可以利用胞内储存物质为碳源进行缺氧反硝化序批式生物膜法（SBBR）TN去除率：74%~82%[5]NH3-N去除率：85%~92%抗冲击负荷强、反应器内生物多样性和生物量丰富、占地面积小、节省基建投资、适合中小城镇污水处理新型环流污水处理技术（OGO）TN去除率：75%左右NH3-N去除率：81.1%~83.8%[6]脱氮除磷功能强、出水水质稳定、自动化水平高、投资省和占地少膜生物反应器（MBR）TN的去除率：80%~95%[7]NH3-N去除率：81.2%~98.9%COD