新型生物脱氮工艺的研究现状及发展

引 言
随着生产的发展和生活水平 的提高 ，日见 频繁 的水体富营养化已对污水处理技术提出了 除氮 的要求 。在污水处理技术 中，最常用的除 氮技术为生物脱氮 。近年来 ，传统生物脱氮技 术 已发展 的比较成熟 ，但其弊端也 日 益显 现 ， 而新的生物脱氮技术成为当前研究的热点。 污水中含有 的氮多为有机氮和氨态氮 ，对 其处理的生物脱氮工艺就是来源于这一转化过 程 ：先通过氨化作用将有机氮转化成氨氮 ，这 过程很容易实现 ，在常规 的废水处理反应器 中即可实现 ；然后是 在亚硝 化菌 的作用下 将 Ｎ Ｎ氧化成 亚硝态 氮 ，这 一过程 需要氧 的 风一 参与 ；接着是在硝化菌的作用下将亚硝态氮氧 化成硝态 氮 ， 仍需氧的参与 ；最后是在反硝化 菌 的作用下将亚 硝态氮 和硝态 氮转化成氮气 ， 这一过程需在厌氧环境中实 现，且需有机碳源 的投加。 传统硝化一反硝化为基础的生物脱 氮工艺 需设置多个反应器 ，以满足不同微生物对生境 的需求 ， 且按功能的不同，分别需有氧 气、有 机碳源的投入 。这就必然带来工艺基建 、运行 费用高 ， 理效率低等一 系列缺点 。新型生物 处 脱氮工艺正是 以此为切人点 ，探索寻找更便捷 的生物脱氮途径 ，从而克服传统工艺的不足之
科
曲 春先
科技论 坛 Ｉｌ ｌ
张 晓宁
新 型生物脱 氮工艺 的研究 现状及发展
（ 瓦房店市规划设计院， 宁 大连 １６ ０ ） 辽 １３ ０
摘 要： 针对传统 生物脱氮工艺存在的不足之 处 ， 绍了新型生物脱氮工 艺的类型 ， 介 并分别叙 述了其原理、 特点及应 用情况。 关键词 ： 生物脱 氮； 好氧反硝４ ；Ｎ ；ＨＡ Ｏ Ａ Ａ ￣Ｓ ＤＳ Ｒ Ｎ；Ｎ ＭＭＯ Ｃ Ｏ Ｘ；ＡＮ Ｎ Ｓ Ｒ Ｎ Ａ Ａ Ｍ Ｘ组 合 工艺是 指含 氨 Ａ Ｈ Ｏ —Ｎ Ｍ Ｏ 若干报道。谢曙光等人对地表水处理 中的好氧 反硝化现象进行 了研究 ，发现在水力负荷较高 废 水先流经 Ｓ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ反应 器 ，进行部 分亚硝 的情 况下 ，脱氮率可达 ２％～Ｏ Ｏ ３％，且 在处理 酸化 ，控制出水 中 Ｎ４ 与 Ｎ ｒ 比例为 １ ， Ｉ ： Ｏ的 ：１ 过程 中不需 添加有机碳 ， 成本较低 ，相 比于传 然 后进入 Ａ Ａ Ｍ Ｘ反应器 ，进行 厌氧氨 氧 ＮＭ Ｏ 统的脱氮方 式，好氧反硝化具有更高的应用价 化反应 ，生成氮气 ， 达到生物脱氮的 目的。这 值 。当然 ，好氧反硝化工艺存在着二次污染等 样 ，在 Ｓ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ反 应器 中只有一半 的氨 被氧 问题 ，仍需深入的研究来解决 。 化为 Ｎ Ｏ ，从而大大减 少 了 Ｓ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ反应器 １ 同时硝化一反硝化 （Ｎ ）工艺 ． ２ ＳＤ 的需氧量 ，从而降低运行费用 ；另一方 面 ， 将 传统的生物脱氮原理认 为硝化反应是好氧 Ｓ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ反应器 的 出水 作为 Ａ Ａ Ｍ Ｘ反应 ＮＭ Ｏ 的 ，反硝化反应是厌氧的 ， 故二者不可能在同 的基质 ，为 Ａ Ａ Ｍ Ｘ反应 创造 了条件 ，同 ＮＭ Ｏ 条件下发生。而 同时硝化一反硝化机理则突 时还克服 了单独 的 Ｓ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ反应 器出水 Ｃ Ｄ Ｏ 破这一观念 ， 分别从宏观和微观上解释 了同时 浓度高的缺点。 硝化一反硝化反应存在的合理性 。 Ｓ Ａ Ｏ —Ｎ Ｍ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ Ａ Ａ Ｍ Ｘ组合 工艺可 以说是 这种工艺在 同一反应器 中实现硝化和反硝 对 Ａ Ａ Ｍ Ｘ工艺 的优化 ，与传 统硝化 一反 ＮＭ Ｏ 化 ，甚至还有除碳 的功 能，可通过生物转 盘 、 硝化工艺相 比，它具有氧消耗量小、无 需外加 ＳＲ Ｂ 、氧化 沟、Ｃ Ｓ 等反 应器实 现 ，分 为单 碳源 、节约 中和试剂 、Ｃ ＡＴ Ｏ 排放量少 、剩余污 级生物脱氮 工艺 、生物膜单级 生物脱氮工 艺 、 泥量少 、运行费用低等诸多优点 ，其工艺的可 固定化微生物单级生物脱氮工艺等类型。 目前 持续性和显著的经济效益将为其带来广 阔的应 国 内的研究 多局限于纯种微生物培养及实验室 用前景 。 理论研究 ， 很少有实际工程应用 ，国外则 已有 ２ Ａ Ｏ ． Ｃ Ｎ Ｎ工艺 ２ 同步 硝化一反硝化脱 氮工艺 的污 水处 理在 运 Ｃ Ｎ Ｎ一体化 自养氨氧化生物脱氮工艺 ， ＡＯ 行 ，但也有不足之处 ， 以这一新型的污水处 是指在单个的反应器或者生物膜 内通过控制反 所 理工艺还有待于进一步的研究和优化。 应所需环境条件，实现氨的亚硝酸化和厌 氧氨 １ 短程硝化一 反硝化工艺 ． ３ 氧化 ，从而达到生物脱氮的 目的。 在传统硝化一反硝化过程 中可以看出 ，氨 可 以认 为 Ｃ Ｎ Ｎ工 艺 是 Ｓ Ａ Ｏ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ— 处。 被氧化为亚硝酸盐后可以继续被氧化为硝酸盐 Ａ Ａ Ｍ ｘ组合工 艺在 同一反 应器 中 的一种 Ｎ Ｍ Ｏ 新型生物脱氮技术按其生化反应原 理可分 然后进行反硝化 ，也可以直接在亚硝态 就进行 实现方式。在微氧条件下 ，氨被亚硝酸菌部分 为两类基本技术 ，一类是基于硝化一反硝化生 反硝化 ， 由亚硝态氮进行反硝化则可减少系 氧化为 Ｎ ｒ Ｏ －剩余部分的 Ｎ ４ 若 Ｏ ，Ｎ ； ￣ Ｈ＋ 进行厌氧 化过程的新型生物脱氮工艺 ，另一类为基 于厌 统对氧 的消耗 ，缩短反应 时问 ，降低 运行 费 氨 氧 化 反 应 ， 生 成 氮 气 ，反 应 的 实 质 与 氧氨氧化反应的新型生物脱氮工艺。 用 ，这即为短程硝化—反硝化生物 脱氮的基本 Ｓ Ａ Ｏ — Ｎ ＭＭ Ｘ组合 工艺 相同 ，反 应式 Ｈ ＲＮＡＡ Ｏ １基 于硝化～反硝化生化过程的新 型生物 原理。 为 １ Ｈ Ｏ ５ ２＋ ． ５ ２Ｏ１Ｎ ３ ． Ｈ＋ Ｎ ４ ． ０ — ｏ ３Ｎ ＋ ． Ｏ １ ＋ ８ ４ ３ ４ 脱氮 工艺 短程硝化～反硝化工艺 ， 其基本原理是在 １３ ０。 ．Ｈ２ 基于硝化一反硝化原理的新 型生物脱氮工 较 高温度 下 ， 在一个反应器内通过对 Ｄ Ｏ的控 由于 反 应是 在一 个 反 应 器 内进 行 ， 艺研究较多 ，比较有代表性的有好 氧反硝化工 制 ，先将 氨氧化为 Ｎ Ｏ一 ，再 以有 机物 为 电子 Ｃ Ｎ Ｎ工 艺 除 了 具 有 Ｓ ＡＲ Ｎ－ Ａ ＡＯ Ｈ Ｏ ＡＮ ＭＭＯ Ｘ 艺、同时硝化一反硝化工艺 、 短程硝化一反硝 供 体 ，对 Ｎ ２ 行反硝化 ，生成 氮气 ，从而 组合 工艺需氧量少 、无需外加碳源 、 Ｏ－ 进 运行 费用 化工艺等 。 达 到生 物脱 氮 的 目的 ，整 个 反 应 过程 中无 低等优点外 ，还具有 占地面积少 、基建费用低 １１ ．好氧反硝化工艺 ＮＯ 的生成 和还原 ，反应进程较传统 硝化—反 等优点 ，具有更好 的经济效益 。Ｃ Ｎ Ｎ工 艺 ｒ ＡＯ 传统生物脱氮理论认为反硝化是一个严格 硝 化进程 短 。经 研究 ，Ｓ Ａ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ工 艺具 有工 实现 的关键是很好地控制供氧量 ，创造出适宜 的厌氧过程 ，大多数反硝化菌为兼性 厌氧菌 ， 艺流程简单、节省 中和试剂、水力停 留时 间短 好 氧亚硝化 菌和厌 氧氨 氧化菌 生长 的 良好生 能够利用氧、硝酸盐或亚硝酸盐为 电子受体 。 等 特点 ，且耗 氧量减 少 了 ２ ％左 右 ，大 大节 境 ， 亚硝化菌能够将适量 的氨 氧化 为 Ｎ ： ５ 使 Ｏ一 ， 当氧 和硝酸盐或亚硝酸盐共存时，反硝化菌优 省 了 动 力 消 耗 。 目前 ， 已 有 生 产 规 模 的 而后与剩余部分的氨恰好反应 ，生成氮气 。 先使用氧呼吸 ， 只有当氧浓度低时硝酸盐或 Ｓ Ｒ Ｎ工艺投入运行。 故 ＨＡ Ｏ 结束语
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２基于厌氧氨氧化的新 型生物脱氮工艺 目前 ，Ａ Ａ Ｍ Ｘ污水处 理 技术 大致 有 ＮＭ Ｏ 两种 工艺 ，即以 Ｓ Ａ Ｏ — Ｎ Ｍ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ Ａ Ａ Ｍ Ｘ组合工 艺为代表的两段式工艺和 以 Ｃ Ｎ Ｎ工艺为代 ＡＯ 表的一段式工艺 。
２１ Ｈ Ｏ Ａ Ａ ． Ｓ ＡＲ Ｎ— Ｎ ＭＭＯ Ｘ组 合 工 艺
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ｌ一 ２

随着研究 的深入 ，新型生物脱氮工艺 的研 究 已经取得 了很多成果 ，甚至上述许多工艺都 已建成生产规模 的应用反应器 ，为污水处理及 环保事业提供 了很好的支持。但仍有很多需要 进一步研究 和解决 的问题存在 ，如厌氧氨氧化 的实际应用 等，有待更深的探索 。
ＳＡ Ｏ Ｈ Ｒ Ｎ工 艺具有 工艺 流 程简单 、水 力 停 留时间短、需氧量少等特点 ，但运行时需对 温度 、Ｐ Ｈ值进行很好 的控 制 ，且反硝化 需一 定量的有机碳源 ，导致出生 Ｃ Ｄ浓度较高 。 Ｏ
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亚 硝酸盐才能取代 氧作 为电子受体 ， 反硝 实现 化作用 。然而 ， 好氧反硝化 的发现却打破 了这 认识局限 。 好氧反硝化的实现依赖 于好氧反硝化菌的 存在 ，这是一类好氧异养硝化菌 ，能在好氧条 件下直接将氨转化成气态产 物，从而比传统工 艺节省了大量能源消耗。 目 ，好氧反硝化的 前 生物机理还在深入的讨论 中，但在好氧反硝化 微生物的性质及筛选方面的研究已经较多 ，利 用好氧反硝化菌实现生物脱氮的应用研究 也有