生物脫氮除磷新工藝及發展

時間：2007-07-03 來源： 作者：

　　1 生物脫氮新技術

　　污水生物脫氮的基本原理是：在好氧條件下通過硝化反應先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過缺氧條件下的反硝化反應將硝酸鹽異化還原成氣態氮從水中去除。由此而發展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區和好氧區分開，形成分級硝化反硝化工藝，以便硝化與反硝化能夠獨立進行。

　　近年來，一些研究者在研究中陸續觀察到一些超出傳統生物脫氮理論的新現象。比如將好氧硝化過程控制在亞硝酸鹽階段，然后在缺氧條件下直接反硝化的亞硝酸型生物脫氮；在一定的條件下,硝化和反硝化可以在同一個反應器內同時完成；異養硝化以及厭氧氨氧化等。這些現象可以從微環境理論和生物學角度進行解釋。微環境理論主要從物理學角度研究活性污泥和生物膜的微環境中各種物質(如DO、有機物、NO3--N 和NO2--N等)傳遞的變化、各類微生物的代謝活動及其相互作用，從而導致的微環境中物理、化學和生物條件或狀態的改變。在宏觀環境中微好氧狀態時，由于氧擴散的限制，微生物絮體內產生了溶解氧梯度，也就形成了不同的微環境。生物學角度的解釋不同于傳統理論，微生物學家發現了異養硝化菌和好氧反硝化菌，它們甚至可在完全厭氧的條件下發生硝化作用。有些好氧反硝化菌同時也是異養型硝化菌，它們能夠在好氧條件下直接將氨轉化為最終的氣態產物。以上這些現象的發現為研究者研究新的生物脫氮理論和開發新的生物脫氮工藝指引了方向，使他們不斷開發出了許多新型脫氮工藝。如：SND(同時硝化反硝化工藝)、SHARON(Single reactor high activity ammonia removal over nitrite，亞硝化反應器)工藝、OLAND(Oxygen-limited autotrophic nitrification-denitrification，氧限制自氧硝化—反硝化)工藝、厭氧氨氧化工藝以及短程硝化-厭氧氨氧化組合工藝等。

　　1985年，Rittmann等在工業規模的氧化溝中成功地實現了同時硝化和反硝化，并通過實驗證實了反硝化反應可在絮體內部缺氧區連續進行。通過控制DO濃度可實現在同一反應器內的SND，后來的Daigger、Rit-tmann以及國內的高廷耀、呂錫武等都對SND進行了大量的研究工作。近年來國內外有不少實驗和報道都證明了SND現象，尤其是在有氧條件下的反硝化現象確實存在于各種不同的生物處理系統，如生物轉盤、SBR、氧化溝、CAST等，但對SND的機理及工程應用的可行性尚有待進一步的研究和開發。

　　OLAND工藝是由比利時GENT微生物生態實驗室開發的。該工藝的技術關鍵是控制溶解氧濃度，使硝化過程僅進行到NO2--N階段。由于亞硝酸菌對溶解氧的親和力較硝酸菌強，亞硝酸菌氧飽和常數則比硝酸菌低，OLAND工藝就利用了這兩類菌動力學特性的差異，實現了在低溶解氧狀態下淘汰硝酸菌，積累大量亞硝酸菌的目的。但對于懸浮系統來說，低氧狀態下活性污泥易解體和發生絲狀膨脹。目前該工藝還停留在實驗室探索階段，面臨的主要問題是自養型亞硝酸菌的活性較低，污泥氨氧化速率只有2mg/g·d。

　　SHARON工藝是由荷蘭Delft技術大學開發的脫氮新工藝。該工藝的核心是利用亞硝酸菌要求的最小SRT小于硝酸菌及在高溫(30℃～35℃)下亞硝酸菌的生長速率明顯高于硝酸菌的生長速率的特性來控制系統的SRT在硝酸菌和亞硝酸菌的最小SRT之間，從而使亞硝酸菌具有較高的濃度而硝酸菌被自然淘汰，同時對系統內的溫度和pH進行嚴格控制，維持穩定的亞硝酸積累。SHARON工藝主要用于處理城市污水二級處理系統中污泥消化的上清液和垃圾濾出液等廢水。荷蘭已建成兩座利用該工藝的廢水生物脫氮處理廠，證明了亞硝酸型生物脫氮的可行性(見圖1)。由于這些廢水本身溫度較高，屬高氨高溫水，有利于進行短程硝化反硝化，可使硝化系統中亞硝酸的積累達100%。但大量的城市污水，一般都屬于低氨低溫水，要使水溫升高并保持在30℃～35℃很難實現。

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