生物脫氮技術在低污染水處理中的應用

鄭瑩

摘 要：近年來，隨著我國經濟和社會的飛速發展，也不可避免的帶來污染問題，特別是水體污染，其中以水體中氮素超標最為典型。本文綜述了生物脫氮技術以及該技術在低污染水處理中的應用，為今后該領域的發展做出一些貢獻。

關鍵詞：生物脫氮技術；低污染；水處理；應用

隨著我國工業經濟和居民生活的飛速發展，污染問題不可避免，特別是生活用水以及農業化肥的過量使用，導致現在低污染的水資源現象已經廣泛存在于我國的大江河流以及其他水源。低污染水資源具有水體中碳氮比例小，污染物濃度低，水質水量波動性大等特點，主要來源于城市生活污水、垃圾滲濾液、工業廢水等。以往的傳統水處理治污方法因其成本高，操作復雜并不適用。對于水資源中氮素的超標以及各種脫氮技術，近些年來已經引起社會各界的廣泛關注。本文將重點討論生物脫氮技術，以期為水處理發展做出一些貢獻。

1 傳統生物脫氮技術

傳統生物脫氮技術以硝化和反硝化作用為其理論基礎。即在氧氣充足或有氧時，自養型硝化細菌將氨氧化為亞硝酸（鹽）和硝酸（鹽）；反硝化作用是指在缺氧或厭氧條件下異養型反硝化菌將亞硝酸（鹽）和硝酸（鹽）還原為氮氣的過程并以此達到脫氮目的。傳統生物脫氮技術所使用的硝化細菌培養周期長，對水質水量沖擊敏感，且因為硝化和反硝化作用難以在時間和空間上進行統一，一般須采用間歇或是于不同的反應器中運行，導致脫氮效率不高，資源浪費。對于低碳氮比例的低污染水來說，傳統的生物脫氮技術需要額外添加碳源才能發生反應，即增加了處理成本，又增加了運作難度。

2 厭氧氨氧化（ANAMMOX）工藝

厭氧氨氧化生物脫氨工藝是指在厭氧或是缺氧條件下，微生物以NH4+作為電子受體，以NO2-或N3-為電子受體，最終生成N2的生物氧化反應過程。該工藝最早在1995年的荷蘭發現并命名，是脫氮領域的重要突。在此ANAMMOX工藝基礎上，又衍生了三種新的工藝，即OLAND限氧自養硝化-反硝化工藝，單相CANON工藝，兩相SHARON工藝。國外已將ANAMMOX工藝以及其的衍生工藝應用于工程實踐，荷蘭于2002在鹿特丹建成了世界上第一個反應器并投入了生產，主要用于處理污泥上的清液，而我國起步較晚，仍處在實驗室研究階段。

相比較于傳統的硝化和反硝化生物脫氮技術，該工藝可以節省50%的空間，動力消耗減少60%，運行成本和CO2產量減少量達到90%，不消耗甲醇且剩余污泥產量極少，是目前已知的最為簡單和經濟的生物脫氮工藝。如果能與其他工藝結合使用，將是較為理想的脫氮方法。迄今為止，對于ANAMMOX工藝的研究大多集中于高氨低碳廢水的處理，以垃圾滲濾液或是污泥消化液等為主。對于低污染水質而言，如果按照傳統脫氮工藝，若不外加碳源，難以起到較好的脫氮效果。Van de Graaf提出，厭氧氨化過程中，三種無機氮的關系方程式為：△NH3-N：△NO2--N：△NO3--N=1：（1～1.5）：（0.17～0.27）。根據其他研究結論顯示，厭氧氨氧化菌并不僅僅局限于高氨高溫廢水的處理，也可應用于低污染水處理。

3 人工濕地

對于面積較大的低污染水，人工濕地是目前廣泛應用的水處理辦法，與傳統污水處理方法比較，人工濕地簡單便捷成本低，不需要專人負責，適用于人口密度低，污染排放少的農村地區。然而該工藝受氣溫影響較大，在氣溫低于15℃時，脫氮效果就會明顯變差，此外部分潛流濕地存在溶解氧不足的現象，導致硝化反應進行不完全，積累 NO2--N 對微生物產生毒害作用而阻礙生物脫氮過程。有學者發現，反硝化菌與厭氧氨氧化菌的聯合使用，可以有效解決其他人工濕地等脫氮方式中存在的碳源不足以及NO2--N積累問題，有效解決脫氮菌在低溫及貧營養條件下的馴化，進而減少碳源以及低溫對脫氮效果的影響。

4 固定化微生物工藝

固定化脫氮菌是將擇優篩選的目標菌株利用固定化技術，或是菌藻聯合固定的方法進行加固后投放，對于低污染水處理在一定程度上優于人工濕地的脫氮效果，相教育傳統生物脫氮工藝，微生物固定化技術具有極強的抗毒害，抗沖擊能力，對溫度，PH值，酸堿度以及高鹽度等環境適應性增強、穩定性強，可以重復使用，高效經濟等一系列優點。微生物固定化技術又可細分為多種具體方法，包括吸附法、共價結合法、包埋法、介質截留法以及無載體固定化法等。而固定化的載體材料主要包括天然載體、人工合成無機載體、人工合成有機高分子聚合物載體及復合固定化載體四種。

目前微生物固定化技術已經在低污染水處理中得到了較為廣泛的應用和重視，但也因其局限性，在生態流域修復方面并沒有進行大力開展，在未來的研究中，多種生物共生的固定化方式，延長固定化微生物以及其載體使用期限，生物固定化技術與其他水處理方式結合都是我們的研究和發展方向。

5 結論

生物脫氮技術是目前國內外含氮污染水處理采用最多的工藝方法，但因其各有優點與缺點，還沒有一種方法可以完全通用于各種低污染水，因此還需要具體針對廢水性質，選擇和確定合理的處理工藝，并在未來繼續研究合適的工藝條件，降低運行成本，為我國水處理領域做出貢獻。

參考文獻：

[1]張煥杰，阮馨怡，施雪旖等.固定化脫氮菌在低污染水處理中的應用研究[J].工業水處理，2016，36（8）：1-4+27.

[2]王建龍.生物脫氮新工藝及其技術原理[J].中國給水排水，2000，16（2）：25-28.