生物脱氮技术

污水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氰和硝酸盐氮四种形式存在。生活污水中氮的主要存在形态是有机氮和氨氮。通常采用的二级生化处理技术对氮的去除率是比较低的，一般将有机氮化合转化为氨氮，却不能有效地去除氮。污水脱氮，从原理看，可以分为物理法、化学法和生物法三大类。由于生物脱氮一般能够满足有关方面对污水净化的要求，而且价格低廉，产生的二次污染物较易处理，因此生物脱氮方法是当前最活跃的研究与投资开发领域。一、生物脱氮技术生物脱氮技术主要是利用污水中某些细菌的生物氧化与还原作用实现的。生物脱氮工艺从碳源的来源分，可分为外碳源工艺和内碳源工艺；从硝化和反硝化过程在工艺流程中的位置来分，可分为传统工艺和前置反硝化工艺；按照细菌的存在状态不同，可以分为活性污泥法和生物膜法生物脱氮工艺。前者的硝化菌、反硝化菌等微生物处于悬浮态，而后者的各种微生物却附着在生物膜上。1.活性污泥法活性污泥法是一种历史悠久、目前应用最广泛的生物脱氮技术，它有许多种形忒。(1)活性污泥法传统流程这是一种传统的三级生物脱氮工艺，即有机物的氧化、硝化和反硝化作用分别在不同的构筑物中完成，如下图所示：由于有机物去除、氨氧化和硝酸盐还原依次进行，彼此之间相对独立，并分别设置污泥沉淀及回流系统，系统运行的灵活性比较强，有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌的生长环境均较佳，因而反应速度快，脱氮效果也比较好。但是，三级活性污泥法的流程长、构筑物多、附属设备多，因此基建费用高、管理难度大。此外，为了保持硝化所需的稳定pH值，往往两要向硝化池加碱，为了保证反硝化阶段有足够的电子受体，需要外加甲醇等碳源，为了除去尾水中剩余的有毒物质甲醇，又必须增设后曝气池，所以运行费用也很高。可以看出，这种工艺的确具有很大的局限性。如果将有机物去除和硝化放在同一个反应器中进行，而将反硝化作用放在另一个反应器中进行，则可以将三级生物脱氮系统简化为两级生物脱氮系统。如下图：与三级生物脱氮流程相比，两级生物脱氮流程的基建费用和占地面积均有所降低，但是仍然需要外加甲醇和碱源。(2)前置反硝化生物脱氮系统又称缺氧-好氧活性污泥脱氮系统、A/0生物脱氮流程、改良LudMck-Euinger工艺等。前置反硝化是目前使用比较广泛的一种脱氮工艺（分建式缺氧好氧活性污泥脱氮系统如下图：)。除分建式系统外，本工艺还可以建成合建式装置，即将缺氧和好氧环境放在-个构筑物内，中间以挡板隔开，挡板下端与池内壁之间以一定的缝隙相通，如下图所示：采用合建式装置，对于现有推流式曝气池的改造来说更加方便。与传统的生物脱氰流程相比较，该流程具有如下优势。①由于构筑物数量减少，因而流程得以简化，占地面积减少，且缺氧段消耗原污水中的部分有机物，能够降低好氧段的有机物污泥负荷，不仅容易使硝化菌取得竞争优势，而且降低了曝气充氧的电耗，因而基建费用和运行费用均比较低。②将缺氧段放在好氧段前边，可以起到生物选择器的作用，有利于防止污泥膨胀，改善活性污泥的沉降性能。③反硝化过程能够充分利用原污水中有机物和内源代谢产物作为电子受体，既可以减少或取消外加碳源，从面省去后曝气池，提高处理水水质，又可以保证较高的碳比，有利于反硝化的充分进行。④由于存在内循环，缺氧反硝化产生的碱度能够补偿硝化反应所造成的pH值下降，大大降低了碱投加量。前置反硝化生物脱氮系统也有自己的不足之处。一是处理出水中含有一定浓度的硝酸盐，可能污染受纳水体。第二，由于内回流比限制本工艺的脱氮率一般为70%~80%,很难达到90%。而且，该工艺对运行管理人员的素质要求比较高。例如，如果系统运行不当，沉淀池内将发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水恶化。(3)氧化沟工艺从工艺、流态和构造方面看，氧化沟也非常适合于生物脱氮。①氧化沟的污泥龄通常很长，一般可达15~30d，非常适合于世代时间长、增值缓慢的硝化菌存活与繁殖。②氧化沟往往做成总长达几十米甚至上百米的环行构筑物。由于循环次数多达72次其至360次，混合液沿沟道方向近似于完全混合式。然而由于工艺状况不同，混合液中溶解氧的浓度在不同位置也存在很大差异：在曝气器的附近非常容易出现DO比较高的富氧区，而在远离曝气装置的地方，容易出现DO比较低的缺氧区，使硝化和反硝化能够在同一装置中順利进行，从而达到生物脱氮的目的。据报道，Carrousel氧化沟、交替工作氧化沟、二次沉淀池交替运行氧化沟、Orbal型氧化沟、曝气-沉淀一体化氧化沟和刺渠型一体化氧化沟等均可以用于脱氮，其脱氮效率可以达到60%-90%，例如，Carrousel氧化沟的脱氮率为90%,Orbal型氧化沟的总氮去除率也以达到85%~90%。氧化沟工艺构造简单，运行稳定，易于管理维护，出水水质好，基建费用和处理成本均较低，对原水水质水量的变化也有很强的适应性，是一种非常有竞争力的生物脱氮技术。2.生物膜法生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水处理技术。由于生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的水力停留时间无关，世代时间比较长、比增殖速度较小的硝化菌和亚硝化菌都能够很好的繁殖和增殖，因此各种生物膜处理工艺都具有一定的硝化功能，采用适当的运行方式，还能够达到反硝化脱氮的要求。而且，与活性污泥法相比，生物膜法还具有下列优点。①微生物浓度高，处理效率高。据实测，如果折算成曝气池的MLVSS，珥以达到40〜60g/L,远远高于活性污泥处理系统。②污泥龄长，产泥量少。由于生物膜上存在的食物链较因此产泥量少，剩余污泥的处理量仅为活性污泥法的一半左右。在生物转盘上还可以生长世代时间较长的硝化菌，因此如果得当，除有效去除有机物外，还能够具有硝化和反硝化脱氮的作用，其工艺流程如下图：该工艺的脱氮原理是：由于降解有机物的好氧氧化菌的生长繁殖优先于硝化菌与亚硝化菌，因此，在前两级转盘上去除有机物的能力较强，而后两级能够产生比较充分的硝化反应，形成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。由于转盘低速旋转的传质作用.这些硝态氮随污水进人处于厌氧状态的淹没式转盘时，与外加甲醇充分接触，进行反硝化脱氮反应。而残留下来的甲醇再经过好氧生物转盘的处理后得到去除。