污水處理廠生物脫氮工藝運行問題對策

韓濤

[摘 要]目前，與發達國家相比，我國城市污水處理行業發展相對緩慢，污水處理常用的方法主要有活性污泥法、氧化溝法和厭氧-缺氧-好氧法，在我國市場的占有率較高。由于技術落后、污泥利用率低等原因，我國城市污水處理效果不夠理想，還有很大的提高空間。

[關鍵詞]污水處理廠；生物脫氮；應用

中圖分類號：S705 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0399-01

1.城市污水處理技術

（1）活性污泥法。活性污泥法屬于好氧生物處理法，是城市污水處理工藝中常用方法之一。它主要包括曝氣池、二沉池、回流系統、剩余污泥排放系統和供氧系統，該方法可除去污水中溶解性和可生化類有機物、懸浮物，同時也可去除部分磷和氮，被認為是污水處理中去除有機物的最有效方法之一。統計結果顯示國內外50%左右的工業廢水和超過95%的城市污水處理方法均采用活性污泥法。

（2）氧化溝法。氧化溝法與傳統活性污泥法的主要區別是曝氣池是首尾相連的循環流溝渠，它主要包含曝氣裝置、混合設備、進出水裝置、溝體和導流共五個部分。由于該方法的水力停留時間和污泥齡較長，有機負荷較低，因此與活性污泥法相比，氧化溝法可以忽略調節池、初沉池甚至二沉池。由此可見，該方法在一定程度上簡化了污水處理流程，提高了工作效率，也使得建設費用和運行費用大大降低；但研究結果顯示，該方法在寒冷地區對污水的處理效果并不理想。

（3）厭氧-缺氧-好氧法。該方法是生物脫氮除磷工藝的簡稱，它的操作流程簡單，是應用較為廣泛的脫氮除磷工藝。生物脫氮除磷工藝的水力停留時間較小，污泥中磷濃度含量較高（>2.5%），能較好地耐受沖擊負荷，因此運行穩定，污水處理效果相對較好。除此之外，常用的城市污水處理技術還包括厭氧好氧工藝法、曝氣生物濾池、城市污水SPR除磷工藝、循環式活性污泥法等，各方法均有自己獨特的優勢與不足，如何將各方法的特點結合起來更好地應用于城市污水處理，是提高污水處理效率、節約用水的重要途徑。

2.城市污水處理面臨的問題

2.1 技術落后、污泥利用率低

污水處理技術是城市污水處理效率高低的重要保障，近幾年來，我國城市污水處理技術在融合國內外先進技術與經驗的基礎上有了飛躍的發展，同時也通過自主創新開發了適合于我國城市污水的處理新技術；但與國外發達國家的先進技術水平相比還差距甚遠，主要存在能耗高、資源化和處理效率低等問題。其次，污水處理過程中會產生具有惡臭、富含重金屬、病原微生物等特點的污泥，這些污泥極難填埋，若處理不當會引發二次污染，但污泥作為一種農作物復合肥料，目前在我國的利用率僅為20%左右，如何將污泥充分利用，獲得較好的環境與經濟效益也是城市污水處理面臨的重要問題之一。

2.2 設施設置缺乏合理性、管理水平有限

城市污水處理廠與污水收集設施相脫節，導致污水處理設施設置不夠科學合理，不能充分發揮處理技術的優勢，達不到預期處理效果。其次，處理廠操作人員技術水平有限，缺乏系統專業的培訓，嚴重制約了部分污水處理廠的正常運行。

3.生物脫氮原理

污水生物處理中氮的轉化包括：同化、氨化、硝化和反硝化作用。

3.1 同化作用

污水生物處理過程中，一部分氮被同化為微生物細胞的組分。雖然微生物的內源呼吸和溶菌作用會使一部分細胞中的氮又以有機氮和氨氮的形式回到污水中，但殘留物中的氮可以在二沉池中以剩余污泥的形式得以去除。

3.2 氨化作用

有機氮化合物在氨化菌的作用下，分解、轉化為氨氮，這一過程稱為氨化反應。

3.3 硝化作用

在硝化細菌的作用下，氨態氮進一步分解、氧化。首先，在亞硝化單胞菌的作用下，氨氮轉化為亞硝酸氮，繼而由硝化桿菌氧化為硝酸氮。這兩種細菌統稱為硝化細菌。

3.4 反硝化作用

反硝化過程是指在缺氧條件下，反硝化細菌將硝化過程產生的亞硝態氮和硝態氮還原成氣態氮（N2、N2O或NO），排放到大氣中。

4.短程硝化反硝化國內外的應用現狀

王江寬采用SBR反應器研究了非單一因素控制條件下短程硝化反硝化系統的穩定性。結果表明，升高溫度可促進低DO和SRT條件下短程硝化反硝化的實現，同時，該研究提高了系統有機物的去除效率，擴大了實現短程硝化反硝化的DO范圍，表明高pH值和適宜SRT有利于短程硝化反硝化的實現和穩定運行。

O.Canals等將微生物群落作為短程生物脫氮的性能指標進行了研究，確定了包含纖毛蟲、鞭毛蟲、變形蟲和線蟲的近20個屬。與常規廢水處理工藝相比，該過程可以定義為具有多樣性纖毛蟲的鞭毛蟲主導系統，鞭毛蟲在混合液中占主導地位，表現出對氨較高的耐受性，以及在缺氧條件下長時間存活的能力。實驗結果表明，Epistyliscf.rotans可以作為系統硝化過程很好的生物指示劑。該論文對污水處理廠微生物群落的物種生態學及其在污水處理廠的作用進行研究，并提出新的生物管理工具。

DongWei等在環境溫度下應用SBR工藝研究了進水氨氮濃度對完全硝化轉化為短程硝化的影響。經過150d的實驗，進水氨氮濃度為400mg·L-1和720mg·L-1時，分別實現了全程硝化和短程硝化。與此同時，污泥容積指數從127.4mL·g-1逐漸降至63.4mL·g-1，而污泥的平均粒徑由29.5μm提高到了195.6μm。根據熒光原位雜交分析，氨氧化菌（AOB）是主要的硝化細菌，表明系統中的游離氨（FA）和游離亞硝酸（FNA）抑制了亞硝酸鹽氧化細菌（NOB）的活性。該研究結果有助于促進生物脫氮新工藝特別是高氨氮廢水處理新工藝的發展。

QingmingHe等利用耦合短程硝化反硝化和同時產甲烷反硝化工藝，對畜禽糞便廢水的處理進行了研究。實驗表明，當厭氧反應器中進水COD負荷為3kg·m-3·d-1、COD/NO2--N大于30時，COD和NO2--N的去除效果最佳，當pH和游離氨分別超過8.0和18mg·L-1時，采用短程硝化反硝化有利于處理高濃度畜禽糞便廢水，COD、氨氮、總氮的平均去除率以及亞硝氮積累率分別為96.7%、94.9%、86.5%和94.55%。研究表明，采用SMD-SND偶聯技術處理高濃度氮和有機物的畜禽糞便廢水在技術上是可行的。

4.脫氮除磷技術的新發展

4.1 SHARON工藝

SHARON工藝是由荷蘭開發出的新型生物脫氮工藝，主要用于污泥消化池上清液的處理。其基本原理為短程硝化-反硝化，即將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后進行反硝化。

SHARON工藝的基本特點是：

（1）硝化與反硝化兩個階段在同一反應器中完成，可以簡化工藝流程；

（2）硝化產生的酸度可部分地由反硝化產生的堿度中和；

（3）可以縮短水力停留時間，減小反應器體積和占地面積。

4.2 雙污泥反誘導結晶工藝

雙污泥反誘導結晶工藝（A2N-IC）解決了傳統脫氮除磷系統中碳源不足的問題，實現了硝化菌和聚磷菌在不同的反應器中單獨培養，為硝化菌和反硝化聚磷菌創造出適合各自生存的最佳環境，同時解決了傳統脫氮除磷系統污泥齡矛盾的問題。通過生物法和化學法的相結合，提高污水脫氮除磷效率的同時實現了磷的回收利用。A2N-IC也有自身的缺陷，工藝流程長，投資較大，可能出現出水氨氮過高以及硝態氮對厭氧釋磷的影響等問題。

結束語

污水中氮磷超標是造成水體富營養化的主要原因，污水脫氮的目的則是通過微生物的代謝作用對水中的氮磷進行脫除，從源頭對水體富營養化進行控制。因此，脫氮除磷成為各國環境研究者研究的重點。

參考文獻

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