高级生物脱氮概述工艺

高级生物脱氮概述工艺

传统生物脱氮工艺的基本原理是先将有机氮转化为氨氮，再通过硝化细菌和反硝化细菌的作用将氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，再通过反硝化作用将硝酸盐氮转化为氮气，完成反硝化作用。因为硝化和反硝化是相互制约的；在有机物量较大的情况下，自养硝化细菌在氧气和营养物质上不如异养细菌有竞争力，无法占据优势地位。反硝化需要有机物作为电子供体，但在硝化过程中大量有机物被去除，导致反硝化过程中碳源不足。因此，为了平衡两个单元的不同要求，开发了生物脱氮方法的各种组合。

传统的生物脱氮工艺主要依靠调节工艺流程来缓解硝化菌反应环境和反硝化菌反应环境的矛盾。如果硝化阶段提前，则需要加入电子给体如甲醇，增加了操作成本。如果硝化反应阶段较晚，硝化废水需要回流，容易导致污泥上浮，需要提高回流比以获得较高的去除率。这种矛盾在氨氮浓度较低的污水处理城市并不明显，但在处理氨氮浓度较高的废水中，如垃圾渗滤液、禽畜废水等，却极大地限制了系统的脱氮效率。

近年来，通过理论研究和实践创新，人们发现了一些与传统生物脱氮理论相反的生物脱氮方法，如SND工艺、SHARON工艺、厌氧氨氧化工艺、SHARON-厌氧氨氧化组合工艺和Oran/[/]

1.同步硝化反硝化(SND)反硝化工艺。

根据传统的生物脱氮理论，脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段，需要在两个隔离的反应器或同一个反应器中进行，造成缺氧和好氧环境在时间或空间上的交替；其实在早期，在一些没有明显缺氧和厌氧阶段的活性污泥工艺中，人们多次观察到氮的不均匀流失现象，也多次观察到曝气系统中氮的消失。在这些处理系统中，硝化和反硝化往往发生在相同的处理条件和相同的处理空间内，因此这些现象称为同步硝化/反硝化(SND)。

在各种处理工艺，包括生物转盘、连续流反应器和序批式反应器中，已经有很多关于SND现象的报道。与传统的硝化反硝化工艺相比，SND能有效保持反应器内pH值的稳定，减少或取消碱度的加入。减小传统反应器的体积，节省基建费用；对于只有一个反应池的序批式反应器，SND可以减少实现硝化-反硝化所需的时间，节省曝气进一步降低能耗。

因此，SND系统为今后减少投资、简化生物脱氮技术提供了可能。

2.短程硝化反硝化(SHARON)工艺。

SHARON工艺，短程硝化反硝化工艺，是荷兰代尔夫特理工大学于1997年提出并开发的一种新型生物脱氮工艺。基本原理是在同一个反应器中，自养硝化菌在好氧条件下将NH3-N转化为NO2-，然后异养反硝化菌以有机物为电子供体，NO2-为电子受体，在缺氧条件下将NO2-转化为N2。其理论基础是亚硝酸盐硝化反硝化技术，生化反应可用下式表示。

这个过程的关键是如何控制亚硝酸盐阶段的氨和氧，使亚硝酸盐浓度长时间保持在较高水平。

本工艺采用无污泥滞留的CSTR反应器。在水力停留时间短、30~40℃的条件下，种群被“洗泥”筛选，产生大量的亚硝酸盐细菌。SHARON工艺适用于高浓度氨氮(500mg/L)的处理废水，尤其适用于有脱氨要求的前置处理或旁路处理。与传统工艺相比，该工艺可节省25%的供氧量和40%的反硝化碳源。

3.厌氧氨氧化工艺。

厌氧氨氧化工艺是荷兰代尔夫特大学于1990年提出的一种新型脱氮工艺工艺。在厌氧条件下，微生物利用NH3-N作为电子供体，NO2-作为电子受体，将NH3-N和NO2-转化为N2。它的生化反应可以用下式表示。

厌氧氨氧化细菌在厌氧氨氧化中发挥作用。这种菌株是一种无机自养细菌，具有特殊的厌氧氧化作用，生长非常缓慢。在实验室条件下，世代周期为2~3周。厌氧氨氧化工艺的生物产量很低，相应的污泥产量也很低。

厌氧氨氧化工艺的主要影响因素是系统环境对厌氧氨氧化细菌的抑制。主要影响因素包括生物量、底物浓度、ph值、温度、水力停留时间和固体停留时间。

与传统脱氮工艺相比，工艺的耗氧量降低了62.5%，不需要额外的碳源，不需要调节ph值，节约了成本，降低了运行费用。但也存在一些不足:该工艺投入实际使用时间较长，运行不稳定，厌氧氨氧化菌生长缓慢，启动时间较长。为了在反应器中保持足够的生物量，需要有效地拦截污泥。

4.亚硝酸盐硝化-厌氧氨氧化反硝化(SHARON-ANAMOX)技术。

Salon 工艺可以通过控制温度、水力停留时间、pH等条件来控制亚硝化阶段的氨氧化。目前，虽然SHARON工艺在好氧/厌氧间歇运行模式处理富氨废水中取得了较好的效果，但由于反硝化阶段相对较高的有机碳源消耗和出水浓度，许多研究将SHARON工艺改为硝化反应器，将厌氧氨氧化工艺改为逆向反应器。一般SHARON工艺可以控制部分硝化，出水NH3-N与NO2-之比为1∶1，可以作为厌氧氨氧化工艺的进水，形成新的生物反硝化工艺，其反应如下式所示。

Sharon-厌氧氨氧化组合工艺具有耗氧量少、污泥产量少、无需外加碳源等优点。是目前较为简单的生物脱氮工艺，具有良好的应用前景。

5.限制性自养硝化和反硝化(OLAND)工艺。

比利时根特大学微生物生态实验室根据亚硝酸盐硝化-厌氧氨氧化反硝化技术原理，开发出OLAND工艺(有限自养硝化反硝化)，具有耗氧量少、污泥产量少、无需外加碳源等优点。

Aurand 工艺是一种新型的生物脱氮反应工艺，结合了限氧亚硝化和厌氧氨氧化。这个工艺分为两个过程:第一步，在氧气有限的情况下，废水中的部分氨氮被氧化成亚硝酸盐氮；第二步是在厌氧条件下，亚硝酸盐氮与残余氨氮发生厌氧氨氧化反应，从而去除含氮污染物。其机理是硝化菌催化亚硝酸盐氮的歧化。一般反应式为:

应该

工艺的核心技术是严格控制有限硝化阶段的溶解氧水平，近50%的NH3-N转化为NO2-，使硝化阶段达到稳定的出水比例[NH3-N:NO2-=1:1]，从而为厌氧氨氧化阶段提供理想的进水，提高整体的反硝化效率工艺。

与传统工艺相比，OLAND工艺可节省62.5%的耗氧量，无需额外添加有机碳源，产生的污泥量少，可有效降低运行成本。与SHARON-厌氧氨氧化组合工艺相比，可节省37.5%的能耗，在较低温度(22~30℃)下仍能获得较好的脱氮效果。在两级悬浮生物膜脱氮系统中，淹没式生物膜的加入克服了SHARON-ANAMOX组合工艺中生物量损失的缺点，避免了硝化阶段微生物对厌氧氨氧化阶段微生物的影响，使反应过程更容易控制。

OLAND工艺在混合菌群连续运行的情况下，控制氧气和污泥的pH值仍然是一个难点。在工艺运行过程中，如果能通过化学计量合理地控制氧气的供给，就能在亚硝化阶段得到有效的控制。同时，本工艺仅在生物膜系统中取得了较好的效果，低氧条件下悬浮系统中的活性污泥沉降、污泥膨胀和同步硝化反硝化等问题仍需进一步研究和完善。在实际应用中，厌氧氨氧化阶段的生物量增长非常缓慢，因此仍然以SHARON-ANAMMOX组合工艺的形式存在。

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