生物脱氮技术研究进展-李志刚

第24卷第20期2008年10月甘肃科技GansuScienceandTechnologyVol.24No.20Oct.2008生物脱氮技术研究进展李志刚1,易红星2(1新疆市政建筑设计研究院有限公司,新疆乌鲁木齐830092;2石河子大学成人教育学院,新疆石河子831102)摘要:氮污染已引起人们广泛关注。本文介绍了传统生物脱氮工艺和同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等几种新型生物脱氮工艺的研究进展。关键词:生物脱氮;同时硝化反硝化;短程硝化反硝化;厌氧氨氧化中图分类号:X703氨氮是国家实现水污染控制总量控制的污染物,水体中氨氮含量过高会引起水质富营养化,导致水体中某些藻类过度繁殖,其它生物生长受到影响,从而破坏了水生生态系统,导致水质恶化并影响到其使用功能。我国治理太湖、滇池等富营养化水体的经验表明,水体一旦富营养化,即使投入巨资治理,也很难恢复到以前的生态系统,而对污水排放到水体前进行脱氮处理是解决问题的根本方法。本文对传统生物脱氮技术和目前新型的生物脱氮技术进行了介绍。1传统生物脱氮技术废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝氮和硝酸盐4种形态存在[1]。如生活污水有机氮占含氮量的40%~60%,氨氮占50%~60%,硝态氮仅占0%~5%。传统生物脱氮技术遵循已发现的自然界氮循环机理,废水中的有机氮依次在氨化菌、亚硝化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下进行氨化反应、亚硝化反应、硝化反应和反硝化反应后最终转变为氮气而溢出水体,达到了脱氮目的。传统生物脱氮技术是目前应用最广的废水脱氮技术。硝化工艺虽然能把氨氮转化为硝酸盐,消除氨氮的污染,但不能彻底消除氮污染。而反硝化工艺虽然能根除氮素的污染,但不能直接去除氨氮。因此,传统生物脱氮工艺通常由硝化工艺和反硝化工艺组成。由于参与的菌群不同和工艺运行参数不同,硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行,或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行[1]传统生物脱氮途径就是人为创造出硝化菌、反硝化菌的生长环境,使硝化菌和反硝化菌成为反应池中的优势菌种。由于对环境条件的要求不同,硝化反硝化这两个过程不能同时发生,而只能序列式进行,即硝化反应发生在好氧条件下,反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。常见的工艺有三级生物脱氮工艺、二级生物脱氮工艺和合建式缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统等。传统生物脱氮工艺存在不少问题[2]:(1)工艺流程较长,占地面积大,基建投资高。(2)由于硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物浓度,特别是在低温冬季,造成系统的HRT较长,需要较大的曝气池,增加了投资和运行费用。(3)系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果,必须同时进行污泥和硝化液回流,增加了动力消耗和运行费用。(4)系统抗冲击能力较弱,高浓度NH3-和NO2-废水会抑制硝化菌生长。(5)硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和,不仅增加了处理费用,而且还有可能造成二次污染。因此,人们积极探讨开发高效低耗的新型生物脱氮新工艺。2新型生物脱氮技术随着科学的发展,近年来发现了好氧反硝化菌和异养硝化菌,硝化反应不仅由自养菌完成,某些异养菌也可以进行硝化作用,反硝化不只在厌氧条件下进行,某些细菌也可在好氧条件下进行反硝化[3];许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌),并能把NH3-氧化成NO2-后直接进行反硝化反应[4];氨的氧化不仅可以在好氧条件下进行,也可以在厌氧条件下进行[5,6]。这些新发现突破了传统生物脱氮理论的认识,为研发生物脱氮新工艺奠定了基础。2.1短程硝化反硝化传统的生物脱氮工艺经过一系列反应,是全程硝化反硝化。中间浪费了一个将亚硝氮转化硝氮,硝氮又转化为亚硝氮的过程。1975年,Voets等[7]进行经NO2-途径处理高浓度氨氮废水研究时发现了硝化过程中NO2-积累的现象,并首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮的概念。短程硝化反硝化(shortcutnitrificationdenitrification)生物脱氮是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段,阻止NO2-的进一步硝化,然后直接进行反硝化。然而,硝化菌能够迅速地将NO2-转化为NO3-,将NH4+的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事。目前,经NO2-途径实现生物脱氮成功应用的报道还不多见。影响NO2-积累的控制因素比较复杂,主要有温度、pH、游离氨(FA)、溶解氧(DO)、游离羟胺(FH)以及水力负荷、有害物质和污泥泥龄等[8,9]。目前比较有代表性的工艺为SHAR-ON工艺。SHARON工艺(SinglereactorforHighac-tivityAmmoniaRemovalOverNitrite)是由荷兰Delft技术大学于1997年开发的。该工艺采用的是CSTR反应器(Compl