低碳氮比生活污水脫氮處理技術研究現狀

丁 紅

（蘭州交通大學 博文學院，甘肅蘭州 730101）

我國正在提倡生態文明建設，所以水污染的問題也急需解決。隨著我國全面建設小康社會步伐的加快，我國村鎮生活污水的排放量不斷增加并且逐漸呈現出低碳氮比的趨勢（低碳氮比就是COD/TN＜3~5），城市污水是低碳氮比污水，生物脫氮的前提是有充足的有機碳源。而低碳氮生活污水中有機碳含量較低，（偏低碳氮比影響生物脫氮能力）反硝化作用不能順利進行，碳源的不足是反硝化脫氮的技術難點。

低碳氮比（C/N）廢水中因為有機碳含量較低，反硝化細菌進行脫氮時缺乏碳源，所以在廢水中去除氨氮必不可少。氨氮污染主要來自過量使用肥料、家禽生產、生活污水和工業制造等，氨氮積累會引起水體富營養化并對水生生物的生存構成威脅，地下水水質日漸變差，在藻類大肆繁殖的同時會過量的消耗水中的溶解氧，這不僅會危害水生動植物的正常生長，還會使水體水質惡化，嚴重影響自然水體的生態平衡；過多的氨氮排入飲用水源甚至有可能會危害人類健康，人畜長期飲用富營養化的水會中毒致病，有研究表明，非霍奇金淋巴瘤、胃癌、甲亢等都與水體富營養化有關。

1 低碳氮比生活污水處理方法

目前大部分污水處理廠出水總氮量達不到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A排放標準，從而導致富營養化乃至黑臭水體的產生。因此，研究高效、簡便、易控制的高氨氮、低C/N比污水處理技術對生活污水中氮磷的削減及水污染控制具有重要意義。

1.1 外加碳源的生活污水脫氮技術

目前，為了提高低碳氮比的污水處理效果，采用外加碳源的方式，常用的外加碳源為甲醇、乙酸、乙酸鈉等，但是這些碳源也易造成碳源投加不足或過量，易造成二次 污染。

裴廷權等在投加改性天然緩釋碳源33d左右系統的脫氮效果顯著。宋昀達等[1]在序批式活性污泥反應器（SBR）中用培養好的好氧顆粒污泥處理低碳氮比實際生活污水，該工藝可實現高效同步脫氮除磷。袁悅等[2]將污泥發酵物直接作為低碳氮比城市生活污水的外加碳源，結果表明，發酵物的引入并未對污水脫氮除磷系統中菌群結構的穩定性產生影響，相反還可顯著提高脫氮效率。姚創等[3]將污泥發酵液作為外加碳源用于強化微曝氧化溝脫氮除磷性能研究，發現穩定后的工藝出水均可達到國家規定的一級A標準，也證明污泥發酵液作為脫氮除磷的外加碳源，可代替商業碳源。Gao等發現將污泥發酵液作為A2/O系統的外加碳源，TN和TP的去除率均有顯著提高。Tong等的研究表明，通過向污水處理系統填充外加碳源污泥堿性發酵液，可以顯著改善脫氮除磷的效果。將污水破解液與水解酸化液作為外加碳源，出水水質也可達到一級A排放標準，該方法從效果、經濟方面來看，應用前景更加廣闊。有學者將污泥破解液與水解酸化液作為反硝化的外加碳源，出水水質可達到城鎮污水處理廠一級A排放標準，該技術方法處理效果好、運行費用低，具有廣闊的應用前景。劉紹根等將絮凝污泥水解酸化液作為生物絮凝吸附-前置反硝化曝氣生物濾池組合工藝處理低碳氮比生活污水的外加碳源，實驗發現該方法可顯著提高系統的生物脫氮性能，同時絮凝污泥也實現了資源化與減量化[4]。

1.2 無外加碳源的生活污水脫氮技術

1.2.1 生物脫氮技術

有學者研發出了無須外加碳源和低能耗的“人工增菌強化脫氮技術”，將原位富集、馴化和分離獲得的細菌菌種與活性污泥復配形成人工強化種泥，投加到生化處理單元中，可使生化系統的脫氮性能顯著提升，該技術不會改變原有處理工藝，也不會引入外來微生物物種，可以提升污水處理效果，并保持在一級A標準，具有良好的社會效益和環境效益。王先鵬等將培養馴化以Fe2+為電子供體的硝酸鹽型厭氧鐵氧化菌置于反應器中處理低碳氮比廢水，實驗發現比普通反硝化污泥不投加Fe2+時的NO3--N去除率有所提高[5]。

張淼通過向好氧池內投加懸浮填料，將泥法改為膜法，強化硝化效果的同時改善脫氮效果，好氧池懸浮填料能強化硝化和反硝化效果。NH3-N去除率與好氧池填充率成正比，出水也穩定在一級A標準[6]。張國珍等將懸浮復合填料放入改良級A/O工藝中處理生活污水，其不但可以保證COD去除效果而且可以兼顧脫氮除磷，出水COD和氨氮可以達到一級A排放標準[7]。劉靈輝等將沸石、陶粒兩種填料流態化厭氧接觸生物濾床反應器處理低碳源城市生活污水，結果顯示氨氮去除率為40%[8]。

1.2.2 電化學脫氮技術

電化學技術具有效率高、無須添加氧化劑等優點，作為一種高級氧化污水處理的技術，其電解過程中產生的強氧化劑（如：HO?和O2?）和電極的氧化還原反應可高效去除污水中的污染物，且催化電極的使用使其氧化能力進一步提高。申彥冰采用電化學方法處理低碳氮比污水脫氮效果顯著[9]。

三維電極技術是填充床電化學氧化技術的統稱，填充物的添加可強化系統內的傳質過程并提高電氧化技術的電流效率，高效低耗。穆甜利用三維電極反應裝置對模擬生活廢水進行實驗，結果表明該裝置對廢水中NH3-N具有較好的祛除效果[10]。魏旺等用三維電極技術處理氨氮廢水，處理效果顯著[11]。有研究表明在生化反應器中外投加鐵或鐵鹽可促進反硝化作用提高脫氮效率。Peng等將廢鐵屑用于微電解自養反硝化系統中，結果顯示廢鐵屑可以促進自養反硝化進行，反硝化速率和總氮去除率均有所提高。使用鐵屑時的脫氮率與異養反硝化中投加甲醇相當，成本可降低58.9%。廢鐵屑是鋼鐵廠或金屬加工廠產生的固體廢物，將其用于三維電極污水處理不僅可提高電氧化技術處理效能，且可實現以廢治廢，資源的循環利用。李德生等發明了添加催化劑D的鐵基質高效催化脫氮載體，污水處理過程中NO3--N降解反應過程符合一級反應動力學方程，表現出良好的脫氮性能[12]。張嘉輝等在低碳氮比污水中投加Fe0、Fe2+協同活性污泥進行脫氮研究，結果顯示對脫氮有明顯的促進效果[13]。

1.2.3 多工藝組合脫氮技術

針對低碳氮比污水很難達標處理，很多學者提出可將兩種或兩種以上的方法或工藝組合進行低碳氮比污水的處理，將生物膜法和電化學效應結合，在電極和微生物的協同作用下，反硝化作用增強，脫氮效果顯著。也有學者將生物與電化學高效脫氮技術相結合，構建低碳條件下高效脫氮的生物脫氮技術體系，采用“兩級A/O-MBR反應器-UF/RO膜分離”集成工藝，實現高效脫氮，出水達標排放。何媛將人工濕地與電極生物膜反應器耦合處理低碳氮比污水，該工藝可高效脫氮[14]。李昂等開發出了一種泥膜共生多級A/O工藝，對低碳氮比生活污水具有很好的處理效果[15]。王聰等研發的新型的雙污泥系統，可充分利用原水中的碳源，高效同步脫氮除磷[16]。

2 結束語

在傳統脫氮工藝中，為了使低碳氮比的廢水達標排放，往往需要向處理系統中外加碳源，無疑會增加處理成本。為了污水處理達標的同時成本有所降低，國內外學者和技術人員在外加碳源的替代物、強化脫氮微生物、電化學技術脫氮和多工藝組合脫氮等方面進行了大量的實驗，以尋求最好的環境和經濟效益。