摘要：對廢水生物脫氨氮技術在傳統硝化反硝化工藝和開發新型生物脫氨氮技術這2個發展方向上的進展進行評述。傳統硝化反硝化工藝的研究主要集中在同步硝化反硝化、新型載體和微量活性物質開發幾個方面，具有工藝成熟、應用廣泛的特點。新型生物脫氨氮技術的研究主要包括全程自養脫氨氮、短程硝化反硝化脫氨氮、厭氧氨硫化脫氨氮和人工濕地脫氨氮4種方法，這些方法還處于試驗研究階段。

關鍵詞：脫氮方法  生物脫氨氮  綜述

1 概況

由于工農業的發展、人口的劇增及城市化，大量含NH3-N的生活污水和工業廢水被排入天然水體。存在于水中的NH3-N對人體有一定的毒害作用，對水中的生物也有一定的毒性，文獻[1]報道對魚類的致毒劑量為2.6×10-2mg/L。NH3-N還是高耗氧性物質，每毫克NH3-N氧化成NO3--N要消耗4.57mg的DO，較高的氨氮濃度會直接導致水質的黑臭[2]。作為一種無機營養物質，NH3-N還是引起海洋、湖泊、河流及其它水體富營養化的重要原因。

廢水脫氨氮方面，普遍認為生物脫氨氮是最經濟的[3],這方面的研究和應用相對較多。傳統的硝化反硝化生物脫氨氮工藝是國內外采用最多、技術最成熟的生物脫氨氮工藝，但這些工藝成本高、能耗大、占用空間多。目前，廢水生物脫氨氮技術有2個主要的發展方向，即對傳統硝化反硝化工藝進行改進，同時開發一些新型生物脫氨氮技術，實現廢水生物脫氨氮技術的多樣化。本文對廢水生物脫氨氮技術在這2個發展方向上的進展進行評述。

2 傳統硝化反硝化生物脫氨氮

傳統硝化反硝化生物脫氨氮的基本原理是：好氧條件下，NH3在自養硝化菌作用下轉化為NO3-；厭氧條件下，NO3-在異養反硝化菌作用下轉化為N2，排入大氣。目前這方面的研究主要集中在同步硝化反硝化、新型載體和微量活性物質開發幾個方面。

2.1同步硝化反硝化脫氨氮

同步硝化反硝化（SND）生物脫氨氮是利用硝化菌和反硝化菌在同一反應器中同時實現硝化和反硝化得以脫除NH3-N。國外有不少試驗和報道證實存在同步硝化反硝化現象[4～7]。同步硝化反硝化有以下優點：(1) 設備體積減小，節省費用[8，9]；(2) 曝氣需求降低，節省能耗；(3) 設備的處理負荷增加；(4) 反應器中pH保持穩定。

SND為降低投資成本、簡化生物脫氨氮技術提供了可能，在這方面的研究和報道也較多。李叢娜等[8]對活性污泥SBR反應器同步脫氨氮系統進行研究，發現進水COD/NH3比值越高，TN去除率越高，同步硝化反硝化現象越明顯，由此推測活性污泥菌膠團中存在異養硝化菌和好氧反硝化菌。曹國民等[10]利用固定化細胞膜將脫氮反應器一隔為二，膜的一側與好氧的NH3-N廢水接觸，另一側與缺氧的乙醇水溶液（碳源）接觸。固定于膜中的硝化細菌將氨NH3-N化成NO2-N和NO3--N，隨即被同一膜中的反硝化細菌還原成N2，實現同步硝化反硝化脫氨氮。該反應器不用直接向廢水投加碳源，剩余的碳源可重復利用，節省了同步生物脫氮過程中的碳源。Fuerhacker M等[11]對一種新型活性污泥同步硝化反硝化反應器的控制戰略進行研究，結果表明同步硝化反硝化活性污泥處理可取得較好的TOC（總有機碳）和TN去除率，指出要控制活性污泥同步硝化反硝化，必須對ORP（氧化還原電位）、TVOC（總揮發性有機碳）和NO濃度等參數進行優化組合。

2.2新型載體開發脫氨氮

開發新型載體是改進傳統硝化反硝化脫氨氮工藝的另一種途徑。

采用新型載體的目的在于通過載體上的高生物質量得到一種高負荷的硝化反應器。Welander U等[12]利用懸浮載體生物膜反應器去除市政垃圾填埋滲濾液中的NH3-N，獲得最大的NH3-N硝化速率0.6kg/(m3·d)。王晉等[13]采用經過波浪形定型處理的無紡布作為填料，設計出一種新型固定床式生物膜反應器，并利用人工合成的高NH3-N廢水對該反應器的性能進行研究，得到在NH3-N容積負荷為1.7 kg/(m3· d)情況下，可實現98％以上的NH3-N去除率。Son D H等[14]向氧化/虧氧系統中添加沸石作為生物載體循環，可使合成廢水中的NH3-N去除率提高到97％。Michal Green等[15]向流化床反應器中投加白堊石（Chalk）作為生物膜介質和緩沖劑，得到最大的NH3-N硝化速率1.4 kg/(m3·d)。

2.3微量活性物質開發脫氨氮

向反應器中添加微量活性物質可以增強硝化菌、反硝化菌的活性，或降低有害物質對硝化菌、反硝化菌的影響，最終提高硝化及反硝化的速率。Albert等[16]研究得到加入三價或四價金屬鹽，特別是鐵、鋁等離子可以加快硝化反硝化速率。Nakayama等[17]證實投加三價鐵鹽可以催化系統中亞硝酸鹽的分解。Wuertz S等[18]研究得到加入磷酸鹽/煙酸或鉬酸鹽/核黃素可以降低廢水中有害物質對硝化菌的影響，提高廢水脫氨氮的效果。

3 新型生物脫氨氮

新型生物脫氨氮技術與傳統硝化反硝化生物脫氨氮技術的原理不同，它包括全程自養脫氨氮、短程硝化反硝化脫氨氮、厭氧氨硫化脫氨氮和人工濕地脫氨氮等方法。這些方法多數處于試驗研究階段，技術尚不成熟，但它們開辟了廢水生物脫氨氮技術的新領域。

3.1全程自養脫氨氮

全程自養生物脫氨氮是在限制DO下（1.0mg/L左右），由自養菌完成整個NH3-N去除過程，不存在明顯的異養反硝化。其原理如下：在生物膜外層，NH4+離子在硝化菌作用下轉化成NO2-或NO3-( NH4+＋1.5O2→NO2-+H2O+2H+，0.5O2+NO2-→NO3-)；在內層發生厭氧氨氧化反應，即NO2-或NO3-作為電子受體，NH4+作為電子供體轉化為N2(NH4+＋NO2-→N2＋2 H2O，10 NH4+＋2 NO3-＋5 O2→6 N2＋16 H2O＋8H＋)[19，20]。

這種方法無需曝氣，能耗僅為常規硝化反硝化脫氨氮能耗的1/3～1/2，無需添加有機碳源進行反硝化，處理費用大為降低。楊虹等[21]對全程自養脫氨氮技術處理污泥脫水液進行研究，得到當懸浮填料床反應器中的主控條件為T＝28℃、pH＝8.0、DO為0.8～1.0mg/L時，兩級串聯反應器的平均NH3-N表面負荷為3～4g/(m2·d)，總的全程自養脫氮率達70％左右。

3.2短程硝化反硝化脫NH3-N

短程硝化反硝化又叫亞硝化反亞硝化，其原理是將NH4+氧化控制在亞硝化階段，之后再進行反硝化，即NH3－N→NO2-－N（亞硝化）→NO2-－N（反亞硝化）→N2。短程硝化反硝化生物脫氨氮與傳統硝化反硝化生物脫氨氮相比，在處理高濃度含NH3水時具有潛在的優勢[22～25]：(1) 節省25％的能耗（耗氧量）；(2) 節省40％的碳源；(3) 縮短反應歷程；(4) 加速反硝化速率；(5) 提高NH3-N脫除效率。

唐光臨等[26]對影響亞硝化反亞硝化生物脫氨氮的研究結果進行了總結和評述，指出實現亞硝化反亞硝化的關鍵是尋求抑制硝化菌而不抑制亞硝化菌活性的合適條件，防止生成的NO2-轉化成NO3-。國內外的研究結果表明，通過控制環境的溫度、pH、DO、游離NH3濃度等因素，實現亞硝化反亞硝化是可能的，但還不成熟，尚無定論。由于微生物具有適應性，隨時間推移，前述控制條件下硝化細菌有可能不再受到抑制。因此對可以穩定抑制硝化菌的控制條件的探索將成為重要的研究內容 [27～33]。

3.3厭氧氨硫化脫氨氮

厭氧氨硫化脫氨氮的原理與厭氧氨氧化的相似。傳統厭氧生物處理含高濃度TKN（總凱氏氮）和SO42-廢水時，一般表現為高氨化、幾乎無N2生成和SO42-完全還原成S2-[34]。Fermando Fdz-Polanco等[35]在用GAC（顆粒活性炭）厭氧流化床處理甜菜糖漿乙醇蒸餾液廢水時，發現生物產氣中N2濃度比通常情況高。液相和氣相中氮磷化合物的物料衡算分析表明，N和S之間存在一個新的反應歷程，即SO42－＋2NH4＋→S＋N2＋4H2O。采用厭氧硫化脫NH3-N，可實現S、NH3同步脫除，避免硫化還原菌與反硝化菌爭奪反硝化過程中的碳源而抑制反硝化的進行，同時還可防止硫化還原菌把NO3-還原成NH4＋。厭氧氨硫化脫氨氮的反應歷程以前從未有報道，許多諸如溫度、基質濃度、pH等影響反應的因素和控制反應的條件還有待進一步研究。

3.4人工濕地脫NH3-N

人工濕地通過2種途徑脫除廢水中的NH3-N：(1) NH3-N作為植物生長過程中的營養元素，被濕地中的植物吸收，用于植物蛋白質等有機氮合成，通過對植物的收割將它們從廢水和濕地中去除；(2) 濕地中的NH3-N還可通過微生物的硝化反硝化作用去除。濕地系統中的植物根系有輸氧和傳遞氧作用，使得床體中呈現出連續的好氧、缺氧和厭氧狀態，相當于許多串聯或并聯的A2/O處理單元，使硝化和反硝化作用在濕地系統中同時發生[36]。

人工濕地處理系統具有比傳統活性污泥法更強的脫氨氮能力，并且工程基建和運轉費用低，運轉維護管理方便，對負荷變化適應能力強。Huang J等[37]人用地表流人工濕地系統處理生活污水，得到最高的NH3-N去除率73.4％，并且出水中隨停留時間的增加NH3-N濃度呈指數減少。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章