污水生物脫氮工藝分析

自尚

（兗礦魯南化肥廠山東滕州277527）

1 引言

在自然界里，氮化物是以氣態(tài)氮（N2）、有機體（動物蛋白、植物蛋白）、硝酸氨（NO3-）、亞硝酸氮（NO2-）以及氨態(tài)氮（NH4+、NH3）形式存在的。在二級處理水中，氮的化合物則是以氨態(tài)氮、亞硝酸氮和硝酸氮的形式存在[1]。如果含過量氮元素的廢水未經(jīng)過脫氮技術(shù)處理直接排入江河、湖泊、河流，容易造成水體富營養(yǎng)化，引發(fā)赤潮、水華等現(xiàn)象。

2 生物脫氮的原理

生物脫氮的原理主要有兩方面：氨化與硝化作用和反硝化作用。

2.1 氨化與硝化

在未經(jīng)處理的生活污水中，含氮化合物存在的形式有：①有機氮；②氨態(tài)氮（NH3、NH4+）,一般以前者為主。

2.1.1 氨化作用

氨化反應(yīng)是指在氨化菌的作用下，有機氮化合物被分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程。本文氨化作用以氨基酸為例，其反應(yīng)式為：

2.1.2 硝化作用

硝化作用是指氨態(tài)氮在硝化菌存在的作用下被進(jìn)一步分解氧化。硝化作用分兩個階段進(jìn)行，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4+）轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮，反應(yīng)式為：

之后，亞硝酸氮在硝酸菌的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸氮，反應(yīng)式為[2]：

硝化菌包括亞硝酸菌和硝酸菌兩種。硝化菌是光能自養(yǎng)菌，革蘭氏染色陰性，廣泛存活在土壤中。硝化菌生存于好氧環(huán)境，并且需要一定的堿度。進(jìn)行硝化反應(yīng)應(yīng)當(dāng)保持的各項指標(biāo)有溶解氧不應(yīng)低于1mg/L；最適宜的溫度是20~30℃；最佳pH范圍是8.0~8.4[2]。

2.2 反硝化

反硝化反應(yīng)式值硝酸氮（NO3—N）和亞硝酸氮（NO2—N）在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過程。

反硝化菌是屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌的細(xì)菌，在厭氧條件下，營厭氧呼吸，以硝酸氮（NO3-—N）為電子受體，以有機物（有機碳）為電子供體。pH值應(yīng)保持在6.5~7.5；溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下；最適溫度是20~40℃。

3 生物脫氮工藝

3.1 活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝

活性污泥法脫氮的傳統(tǒng)工藝屬于是三級活性污泥法流程，該工藝包括氨化、硝化、反硝化3項反應(yīng)過程。

圖1 傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝

第一階段曝氣池的主要功能為去除BOD、COD，使有機氮轉(zhuǎn)化，形成NH3、NH4+，至此污水處理完成氨化過程，污水經(jīng)沉淀后進(jìn)入消化曝氣池。

第二級硝化曝氣池里進(jìn)行硝化反應(yīng)，使NH3及NH4+氧化成NO3—N。如前段提到的硝化反應(yīng)要消耗堿度，為了防pH值下降，因此該過程中需要投堿。

第三級為反硝化反應(yīng)，即在缺氧環(huán)境中，NO3—N被還原為氣態(tài)N2，并進(jìn)入大氣中。

3.2 缺氧—好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)

缺氧—好氧活性污泥法，又名A/O法，工藝主要特點是將反硝化反應(yīng)器放置于系統(tǒng)之首，是目前采用比較廣泛的一種脫氮工藝，它是一種將反硝化生物脫氮系統(tǒng)前置的工藝。工藝流程圖如圖2

圖2分建式缺氧—好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)

圖2 所示為分建式缺氧—好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)，即反硝化、硝化與BOD去除分別在兩座不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。硝化反應(yīng)器內(nèi)已經(jīng)充分反應(yīng)的硝化液一部分經(jīng)管線回流進(jìn)入到反硝化反應(yīng)器，反硝化反應(yīng)器內(nèi)脫氮菌以原廢水中的有機物作為碳源、回流液中的硝酸鹽的氧為受電體，進(jìn)行呼吸和生命活動，污水中的硝酸鹽被還原成氣體的氮氣（N2），此系統(tǒng)不需要外加碳源[3]。A/O工藝具有以下幾方面的優(yōu)點。①本工藝硝化曝氣池在后，在這個過程中，進(jìn)一步去除反硝化殘留的有機污染物，提高了處理水水質(zhì)，而且后面也沒有必要建立曝氣池；②設(shè)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，向前置的反硝化池回流硝化液；③在反硝化過程中，還原1mg硝態(tài)氮能產(chǎn)生3.75mg的堿度，而在硝化反應(yīng)過程中，將1mg的NH4—N氧化為NH3-—N，要消耗7.14mg的堿度，因此，在缺氧—好氧系統(tǒng)中，反硝化反應(yīng)所產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)消耗堿度的一半左右。因此，對含氮度不高的廢水（如生活污水、城市污水）不需要另行投堿以調(diào)節(jié)pH[3]；④本工藝中不需外加碳源；⑤由于流程比較簡單，裝置較少，所以基建費用和運行費用低是A/O工藝的另外一個優(yōu)點。

運行影響因素與主要參數(shù)：該工藝運行的影響因素主要有水力停留時間、循環(huán)比、MLSS值、污泥齡、N/MLSS負(fù)荷率、進(jìn)水總氮濃度。實際工程運行中得出，反應(yīng)器內(nèi)的MLSS值一般在3000mg/L以上，只有高于3000mg/L以上，才會保證脫氮效率；N/MLSS負(fù)荷率應(yīng)低于0.03g/（gMLSS·d），高于此值脫氮效果將急劇下降；進(jìn)水總氮濃度應(yīng)在30mg/L以下，否則脫氮率將保持在50%以下[4]；污泥齡θc取值一般在30d以上；硝化反應(yīng)與反硝化反應(yīng)各自進(jìn)行的時間對污水整體的脫氮效果有較大的影響，為保證脫氮率在70%—80%以上，硝化反應(yīng)時間需要較長，一般硝化反應(yīng)時間不應(yīng)低于6h，而反硝化反應(yīng)時間一般在2h內(nèi)完成；本工藝中的內(nèi)循環(huán)回流是為了向反硝化反應(yīng)器提供硝態(tài)氮，使其作為反硝化反應(yīng)的電子受體[5]，運行數(shù)據(jù)確證循環(huán)比一般不應(yīng)低于200%。

4 結(jié)語

污水生物脫氮工藝經(jīng)歷了較長時間的發(fā)展和完善，是較為成熟的污水處理工藝，傳統(tǒng)的生物脫氮工藝具有穩(wěn)定性強，處理效率高等特點。而缺氧—好氧活性污泥法脫氮污水處理工藝處理較強的穩(wěn)定性和高效外，還易于管理，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，適合廣為推廣的一種污水處理工藝。

[1]蔣展鵬.環(huán)境工程學(xué)（第二版）.高等教育出版社.2005.

[2]張自杰.排水工程,中國建筑工業(yè)出版社.2000.306.

[3]王晶惠.污水廠抗有毒污染物沖擊強化處理技術(shù)研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文.2009.6

[4]劉永正.基于生物過濾的亞硝酸鹽積累與維持對策研究.濟(jì)南大學(xué)碩士論文.2010.5

[5]徐曉宇.交互式反應(yīng)器處理南方城市污水的研究與應(yīng)用.同濟(jì)大學(xué)碩士論文.2007.3