废水生物脱氮新技术及问题-张树德

第27卷第1期河北理工学院学报Vol127No112005年2月JournalofHebeiInstituteofTechnologyFeb.2005文章编号:1007-2829(2006)01-0145-06废水生物脱氮新技术及问题张树德1,2,曹国凭2,张杰1,熊必永1(11北京工业大学水质科学与水环境恢复工程实验室,北京100022;21河北理工大学建筑工程学院,河北唐山063009)关键词:生物脱氮;短程硝化反硝化;同时硝化反硝化;厌氧氨氧化摘要:对厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、同时硝化反硝化等生物脱氮新技术的研究和开发进展进行了评述,同时探讨了生物脱氮领域的新技术和开发的新工艺,指出了这些新技术新工艺的特点和研究开发应用的前景。中图分类号:X70311文献标识码:A近年来,随着工业化和城市化程度的不断提高,大量含有氮、磷等营养物进入水体,致使水体富营养化日益严重、水体富营养化不仅降低水中的溶解氧,影响水源用水安全与卫生,丧失水体的功能,而且破坏了水体原有的自然生态环境,对周围环境也造成了严重污染。降低废水中的氮、磷的含量是防止水体富营养化的主要途径。其中生物脱氮的方法以其工艺简单、运行维护费用低的特点广泛应用于城市和工业废水的处理工艺中。随着近年来微生物学在技术及在工程应用方面的发展,许多研究者针对常规生物脱氮工艺存在的问题,在工艺形式和工艺流程上进行了一系列革新,使新工艺层出不穷。本文系统介绍了生物脱氮技术在观念上的新发展和应用工艺及研究动向,并对其可能存在的问题进行了分析。近些年来,生物脱氮技术在观念和工艺上的新发展主要有:短程硝化反硝化(ShortcutNitrificationDenitrification)、同时硝化反硝化(SimultaneousNitrificationDenitrification,SND)和厌氧氨氧化(Anaero-bicAmmoniumOxidation,ANAMMOX)。表1不同脱氮方法的对比方法原理优点缺点纯氨氧化菌培养亚硝化程度高过于昂贵,不实用SHARON工艺较高温度下亚硝化菌占优势硝化程度好,已可初步应用大量废水的升温经济上不允许自由氨抑制自由氨对亚硝酸氧化菌有抑制作用可以通过调节pH值实现亚硝酸氧化菌可以逐渐适应低溶解氧抑制低溶解氧条件下氨氧化菌占优势容易控制亚硝化程度很难达到完全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[1]:NH+4→NO-2→NO-3→NO-2→N2,称为全程硝化反硝化,其中反硝化反应以NO-3为电子受体。随着生物技术的发展,人们发现对于反硝化细菌而言,无论是NO-3还是NO-2均可以作为最终电子受体,因而整个生物脱氮过程也可经NH+4→NO-2→N2途径完成,称为短程硝化反硝化、其反硝化反应以NO-2为电子受体。短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理就是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段,阻止NO-2的进一步氧化,直接NO-2为电子受体进行反硝化。显然,与传统的硝化反硝化相比,短程硝化反硝化具有如下的优点:(1)节能:可减少25%左右的硝化需氧量,降低了能耗;(2)节约外加碳源:可减少40%左右的有机碳源(以甲醇计)消耗量,降低了运行费用;(3)具有较高的反硝化速率:NH+4的硝化速率和NO-2的反硝化速率均比NO-2的氧化速率和NO-3的反硝化速率快;(4)可以缩短水力停留时间:由于反硝化速率高,反应时间可以缩短,反应器收稿日期:2005-04-25作者简介:张树德(1966-),男,河北保定人,河北理工大学建筑工程学院讲师,博士生。容积可减小30%~40%;(5)污泥产量降低;(6)减少了投碱量等。因此,短程硝化反硝化具有重要的现实意义。Sutherson等[2]经小试研究证实了短程硝化反硝化的可行性,同时,Turk和Mavinic[3]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[4-5],耿艳楼等[6]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[7]从计量学角度研究了以NO-2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稍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NH+4氧化控制在NO-2阶段。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。这主要是因为影响NO-2积累的控制因素(如温度、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)比较复杂,并且在常温条件下硝酸菌的生长速率大于亚硝酸菌,占优势的硝酸菌能够迅速地将NO-2转化为NO-3,所以要将NH+4的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事。目前比较有代表性的工艺为荷兰Delft理工大学