污水处理：生物法、氨氮方法详解

污水处理：生物法、氨氮方法详解
一、生物法
1.生物法机理即生物硝化和反硝化机理
在污水的生物脱氮处理过程中，首先在好氧条件下,通过好氧硝化菌的作用 ,将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐;然后在缺氧条件下,利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从污水中逸出。

因而,污水的生物脱氮包括硝化和反硝化两个阶段。

生物脱氮工艺流程见图1 。

硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐的过程 ,包括两个基本反应步骤:
由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应;由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。

在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌) 的作用,将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程,称为反
硝化。

反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源)。

生物脱氮法可去除多种含氮化合物,总氮去除率可达70%—95%,二次污染小且比较经济,因此生物脱氮法运用最多。

但缺点是占地面积大,低温时效率低。

2.传统生物法
目前,对氨氮污水实际处理中应用较成熟的生物处理方法是传统的前置反硝化生物脱氮,如A/O、A2/O工艺等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。

传统生物脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段,硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于对环境条件的要求不同,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。

由此而发展起来的生物脱氮工艺大多将缺氧区与好氧区分开,形成分级硝化反硝化工艺,以便硝化与反硝化能够独立地进行。

后置反硝化工艺、前置反硝化工艺、A/O工艺、
(A2/ O) UCT工艺、JBH工艺、AAA 工艺等,这些都是典型的传统硝化反硝化工艺。

3. A/O系统
A/O脱氮除磷系统，即缺氧、好氧脱氮除磷系统。

具有去除废水中氮污染物的工艺，同时对脱磷亦有一定的效果。

其
工艺流程是让废水依次经历缺氧、好氧两个阶段，故人们通称为缺氧、好氧脱氮除磷系统，简称A/O系统。

A/O系统流程简单、运行管理方便，且很容易利用原厂改建，从而提高了出水水质。

A/O法工艺如图2所示。

4.缺氧/好氧工艺(简称A2/O法)
A2-O法处理工艺是在好氧条件下,污水中NH3和铵盐在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然后在缺氧条件下,通过反硝化反应将NO2-—N和NO3-—N还原成N2,达到脱氮的目的。

A2/O是目前普遍采用的工艺，它是在法A/O法的基础上增加一个厌氧段和一个缺氧段，传统A2/O工艺流程如图3所示。

5.厌氧—缺氧—好氧工艺(简称A1- A2/O工艺)
A1—A2/O工艺和A2/O工艺同属于硝化—反硝化为基本流程的生物脱氨工艺,所不同的是A1—A2/O工艺是在A1/O工艺基础上增加了一级预处理段—厌氧段(A1),目的在于通过水解(酸化)的预处理,改变废水中难降解物质的分子结构,提高其可生化性,强化脱氮效果。

硝化和反硝化两个过程仍然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。

并且传统的生物脱氮工艺,主要有前置反硝化和后置反硝化两种。

前置反硝化能够利用废水中部分快速易降解有机物作碳源,虽然可节约反硝化阶段外加碳源的费用,但是,前置反硝化工艺对氮的去除不完全,废水和污泥循环比也较高,若想获得较高的氮去除率,则必须加大循环比,能耗相应也增加。

而后置反硝化则有赖于外加快速易降解有机碳源的投加,同时还会产生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影响出水水质。

生物脱氮工艺存在的问题:
(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- N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等。

6.生物脱氮法新工艺
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;而且,许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌,并能把NH4+氧化成NO2-后直接进行反硝化反应。

生物脱氮技术在概念和工艺上的新发展主要有:短程(或简捷)硝化反硝化、同时硝化反硝化和厌氧氨氧化。

7.厌氧氨氧化工艺
厌氧氨氧化(ANA-MMOX) 是以硝酸盐为电子受体或以氨作为直接电子供体,进行硝酸盐还原反应或将亚硝酸氮转化为氮气的反硝化反应。

与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比,氨的厌氧氧化具有不少突出的优点。

主要表现在:
(1)无需外加有机物作电子供体,既可节省费用,又可防止
二次污染;
(2)硝化反应每氧化1molNH4+耗氧2mol,而在厌氧氨氧化反应中,每氧化1molNH4+只需要0.75mol氧,耗氧下降
62.5%(不考虑细胞合成时) ,所以,可使耗氧能耗大为降;
(3)传统的硝化反应氧化1molNH4+可产生2molH+,反硝化还原1molNO3-或NO2-将产生1molOH-,而氨厌氧氧化的生物产酸量大为下降,产碱量降至为零,可以节省可观的中和试剂。

故厌氧氨氧化及其工艺技术很有研究价值和开发前景。

8.短程硝化反硝化工艺
短程硝化反硝化是将硝化控制在HNO2阶段而终止,随后进行反硝化,其生物脱氮过程。

如:NH+4——HNO2——N2短程生物脱氢工艺的优点:
可节省氧供应量约25% ,降低了能耗;节省反硝化所需碳源40% ,在C/N 比一定的情况下,提高了TN 去除率;减少污泥生成量可达50 %;减少投碱量,缩短反应时间。

但是短程硝化反硝化的缺点是不能够长久稳定地维持HNO2积累。

9.同时硝化反硝化工艺
所谓同时硝化反硝化工艺就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中,相同操作条件下同时发生的现象。

同时硝化反硝化过程由于是在一个反应器中进行,它具有如下优点: 完全脱氮,强化磷的去除;降低曝气量,节省能耗并增加设
备处理负荷,减少碱度的能耗;简化系统的设计和操作,同时硝化反硝化工艺的不足之处就是影响因素较多,过程难以控制。

综上，生物法处理氨氮污水较稳定,但一般要求氨氮浓度在400mg/L以下,总氮去除率可达70%～95%。

生物脱氮新工艺处理高浓度氨氮污水效率比较高,实际投入运行的有短程硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺,但它们的工艺条件要求严格,特别是对溶解氧的要求更为严格,在实际应用中很难控制;其他新型脱氮技术也只是在实验研究阶段。

对于高浓度含氮污水成分复杂,生物毒性大,为了取得很好的处理效果,必须针对不同行业和污水性质而采取不同的处理办法。

焦化、味精、化肥等行业多采取A/O 法,养殖行业一般采取SBR法(序批式生物反应法)。

生物脱氮氨技术将是未来成为高浓度氨氮污水处理方向。

二、氨氮污水处理方法的选择遵循原则
1、城市污水、中低氨氮浓度工业废水中氨氮的去除，由于生物法因工艺简单、处理能力强、运行方式灵活，处理工艺成熟，比较经济，在其他同等条件下优先选择。

2、高浓度氨氮工业废水应根据废水的特性选择不同的物化法与生物法联合去除比较经济有效。

3、尽管氨氮去除方法有多种,有时还采取多种技术的联合处理,但还没有一种方案能高效、经济、稳定的处理氨氮污
水,有些工艺在氨氮被脱除的同时带来了二次污染。

4、操作简便、处理性能稳定高效、运行费用低廉、能实现氨氮回收利用的处理技术是今后发展的方向。

5、氨氮污水的研究重点考虑以下几个方面:
（1）开发廉价的沉淀剂,包括磷源、镁源的开发研究及循环利用。

（2）提高离子交换剂的吸附性能,延长其使用周期和寿命。

（3）生物脱氮氨技术将是未来成为高浓度氨氮污水处理方向。

（4）物理化学法与生物法结合的生物膜法(MBR)将成为各行业处理高浓度氨氮污水切实可行的新工艺，应更深入地研究解决膜处理法的渗透和膜污染问题。

（5）生物法与物化法的改进型工艺及联合处理工艺具有更大的发展空间。

（6）进一步扩大实验研究的工业化应用。