短程硝化反硝化工藝簡(jiǎn)析

張?jiān)?田猛

短程硝化反硝化工藝是目前國(guó)內(nèi)外生物脫氮技術(shù)研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。在生物脫氮硝化過(guò)程中，氨氧化細(xì)菌(Ammonia Oxidation Bacteria，AOB)將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮，亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(Nitrite Oxidation Bacteria，NOB)將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮?？刂葡趸磻?yīng)條件，使硝化反應(yīng)只進(jìn)行到亞硝態(tài)氮階段并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝態(tài)氮積累，是各種短程硝化反硝化工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。短程硝化反硝化工藝主要包括SHARON，OLAND和CANON工藝，同時(shí)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者也對(duì)SBR，A/O，MBR，曝氣生物濾池等工藝的短程硝化反硝化進(jìn)行了深入研究。

SHARON工藝是1997年由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)Mulder等研發(fā)的新型脫氮工藝，用來(lái)處理城市污水二級(jí)處理系統(tǒng)中污泥硝化上清液和垃圾濾出液等高氨氮廢水[2]。該工藝的核心是利用高溫30℃～35℃下，AOB的生長(zhǎng)速率明顯高于NOB的生長(zhǎng)速率，AOB的HRT小于NOB的HRT等特性來(lái)控制工藝污泥齡，使其介于AOB和NOB的HRT之間，從而使AOB得到積累而NOB被自然淘汰，從而維持穩(wěn)定的NO-2-N積累，然后進(jìn)行反硝化。

OLAND工藝是1998年由比利時(shí)Gent大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種限制性自養(yǎng)型亞硝化工藝[3]，在限制供氧的條件下，自養(yǎng)型的亞硝酸細(xì)菌將以氧為電子受體，把部分氨氧化成亞硝酸鹽，然后，再以氨作為電子供體，把亞硝酸鹽還原為N2。該工藝的技術(shù)核心是控制 DO濃度，由AOB和NOB的氧飽和常數(shù)分別為0.3 mg/L和1.1 mg/L[4]，在低DO濃度下NOB的活性會(huì)顯著減弱，使AOB生長(zhǎng)速率大于NOB，從而逐步淘汰 NOB，使NO-2-N大量積累。

CANON工藝是2002年首先由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)提出的在限氧條件下通過(guò)利用好氧和厭氧氨氧化菌的共生系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化完全自養(yǎng)脫氮的新工藝[5]。該工藝是在單個(gè)反應(yīng)器或生物膜內(nèi)通過(guò)控制溶解氧同時(shí)實(shí)現(xiàn)短程硝化和厭氧氨氧化的脫氮過(guò)程。首先在限氧條件下(＜0.5%空氣飽和度)，得到了好氧和厭氧氨氧化菌的混培物，好氧氨氧化菌先將氨氮氧化為亞硝酸鹽，然后厭氧氨氧化菌再將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻ANON工藝中，NH+4-N與DO濃度是兩個(gè)關(guān)鍵性因素[6]。

SBR工藝的短程硝化成為國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究焦點(diǎn)。當(dāng)溫度為21℃～35℃、進(jìn)水氨氮濃度為300 mg/L左右，控制曝氣量使DO濃度為0 mg/L～1.0 mg/L的條件下可實(shí)現(xiàn)SBR工藝的短程硝化，亞硝態(tài)氮穩(wěn)定積累且積累率大于90%的關(guān)鍵是控制高、低DO濃度交替進(jìn)行[7]。在pH值變化不大的情況下，增加進(jìn)水氨氮濃度會(huì)提高亞硝態(tài)氮的積累率，但將導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，而采用pH值實(shí)時(shí)控制短程硝化反硝化過(guò)程不僅可以合理分配曝氣和攪拌時(shí)間，且可提高硝化速率，縮短反應(yīng)時(shí)間[8]。

A/O工藝是生物脫氮常規(guī)工藝。主要應(yīng)用于生活污水的處理，由于生活污水自身低氨氮(＜100 mg/L)的特點(diǎn)，一般不會(huì)出現(xiàn)高FA濃度和高pH值情況，且平均水溫在20℃左右，因此，在處理生活污水時(shí)DO濃度是A/O工藝實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的主要控制因子，控制好氧區(qū)DO濃度在0.5 mg/L，則亞硝酸氮平均積累率可達(dá)85%或更高[9]。在UASB-A/O工藝處理垃圾滲濾液短程生物脫氮的研究中，F(xiàn)A和FNA協(xié)同作用是實(shí)現(xiàn)并維持A/O工藝穩(wěn)定短程硝化的決定因素[10]。此外，以pH值和DO濃度作為A/O硝化反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程控制參數(shù)，可準(zhǔn)確把握亞硝化終點(diǎn)，避免過(guò)度曝氣破壞短程硝化，為AOB的生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件，盡可能使“氨谷”或“DO突躍點(diǎn)”出現(xiàn)在好氧區(qū)后段，可以有效抑制NOB的生長(zhǎng)并逐漸從系統(tǒng)中淘洗出去，實(shí)現(xiàn)了硝化菌種群的優(yōu)化[11]。

膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種新型、高效的污水處理技術(shù)，MLSS和DO是MBR實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的重要影響因素。研究表明，當(dāng)MLSS=20 g/L～ 25 g/L，控制DO=0.5 mg/L～ 1.0mg/L，C/N=4～6時(shí)，膜生物反應(yīng)器能形成良好的短程硝化反硝化[12]。MBR實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的另一條件是污泥絮體中能形成缺氧微環(huán)境，缺氧微環(huán)境的形成與水中DO濃度的高低、污泥負(fù)荷、污泥的絮體結(jié)構(gòu)及反應(yīng)中的水力狀態(tài)等有關(guān);根據(jù)MBR的自身特點(diǎn)，通過(guò)控制DO濃度，在絮體表面形成AOB為主的優(yōu)勢(shì)菌群，而在內(nèi)部缺氧部分為反硝化菌創(chuàng)造條件[13]。

曝氣生物濾池能夠?qū)崿F(xiàn)短程硝化反硝化取決于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行方式[14]。填料為異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌和反硝化細(xì)菌分別占據(jù)不同生態(tài)位，形成合理微環(huán)境體系提供有效的載體，較低的曝氣量和定期反沖洗又使得競(jìng)爭(zhēng)能力較弱的NOB不能在反應(yīng)器內(nèi)成為優(yōu)勢(shì)群體而被自然淘汰，因而氨氧化產(chǎn)生的NO-2-N可直接被反硝化去除。低氨氮負(fù)荷時(shí)，影響NO-2-N積累的主要因素是DO(1.0 mg/L～1.5 mg/L);高氨氮負(fù)荷時(shí)，影響NO-2-N積累的主要因素是FA。低氨氮負(fù)荷時(shí)，沿濾層高度NO-2-N的積累速度相對(duì)慢些，積累率卻比較高;高氨負(fù)荷時(shí)，沿濾層高度NO-2-N的積累速度增快，但積累率并不是最高;pH值在8～8.5時(shí)反應(yīng)器內(nèi)有較高NO-2-N積累率，達(dá)到70%左右，同時(shí)NH+4-N的去除率也有70%;pH=9時(shí)，雖然NO-2-N也有積累，但NH+4-N的去除率卻很低[15]。

短程硝化反硝化工藝具有降低能耗、節(jié)約碳源、減少污泥產(chǎn)量和占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，是公認(rèn)的高效生物脫氮途徑。但大多短程硝化反硝化工藝目前還處于研究階段，實(shí)際應(yīng)用工程較少。由于短程硝化階段溫度、pH值等因素的控制難度較大，需要研發(fā)更加完善的在線檢測(cè)和模糊控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化，從而不斷擴(kuò)大短程硝化反硝化工藝的應(yīng)用。

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