污水处理厂生物脱氮工艺运行问题对策

　　[摘 要]目前，与发达国家相比，我国城市污水处理行业发展相对缓慢，污水处理常用的方法主要有活性污泥法、氧化沟法和厌氧-缺氧-好氧法，在我国市场的占有率较高。由于技术落后、污泥利用率低等原因，我国城市污水处理效果不够理想，还有很大的提高空间。
　　[关键词]污水处理厂；生物脱氮；应用
　　中图分类号：S705 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0399-01
　　1.城市污水处理技术
　　（1）活性污泥法。活性污泥法属于好氧生物处理法，是城市污水处理工艺中常用方法之一。它主要包括曝气池、二沉池、回流系统、剩余污泥排放系统和供氧系统，该方法可除去污水中溶解性和可生化类有机物、悬浮物，同时也可去除部分磷和氮，被认为是污水处理中去除有机物的最有效方法之一。统计结果显示国内外50%左右的工业废水和超过95%的城市污水处理方法均采用活性污泥法。
　　（2）氧化沟法。氧化沟法与传统活性污泥法的主要区别是曝气池是首尾相连的循环流沟渠，它主要包含曝气装置、混合设备、进出水装置、沟体和导流共五个部分。由于该方法的水力停留时间和污泥龄较长，有机负荷较低，因此与活性污泥法相比，氧化沟法可以忽略调节池、初沉池甚至二沉池。由此可见，该方法在一定程度上简化了污水处理流程，提高了工作效率，也使得建设费用和运行费用大大降低；但研究结果显示，该方法在寒冷地区对污水的处理效果并不理想。
　　（3）厌氧-缺氧-好氧法。该方法是生物脱氮除磷工艺的简称，它的操作流程简单，是应用较为广泛的脱氮除磷工艺。生物脱氮除磷工艺的水力停留时间较小，污泥中磷浓度含量较高（>2.5%），能较好地耐受冲击负荷，因此运行稳定，污水处理效果相对较好。除此之外，常用的城市污水处理技术还包括厌氧好氧工艺法、曝气生物滤池、城市污水SPR除磷工艺、循环式活性污泥法等，各方法均有自己独特的优势与不足，如何将各方法的特点结合起来更好地应用于城市污水处理，是提高污水处理效率、节约用水的重要途径。
　　2.城市污水处理面临的问题
　　2.1 技术落后、污泥利用率低
　　污水处理技术是城市污水处理效率高低的重要保障，近几年来，我国城市污水处理技术在融合国内外先进技术与经验的基础上有了飞跃的发展，同时也通过自主创新开发了适合于我国城市污水的处理新技术；但与国外发达国家的先进技术水平相比还差距甚远，主要存在能耗高、资源化和处理效率低等问题。其次，污水处理过程中会产生具有恶臭、富含重金属、病原微生物等特点的污泥，这些污泥极难填埋，若处理不当会引发二次污染，但污泥作为一种农作物复合肥料，目前在我国的利用率仅为20%左右，如何将污泥充分利用，获得较好的环境与经济效益也是城市污水处理面临的重要问题之一。
　　2.2 设施设置缺乏合理性、管理水平有限
　　城市污水处理厂与污水收集设施相脱节，导致污水处理设施设置不够科学合理，不能充分发挥处理技术的优势，达不到预期处理效果。其次，处理厂操作人员技术水平有限，缺乏系统专业的培训，严重制约了部分污水处理厂的正常运行。
　　3.生物脱氮原理
　　污水生物处理中氮的转化包括：同化、氨化、硝化和反硝化作用。
　　3.1 同化作用
　　污水生物处理过程中，一部分氮被同化为微生物细胞的组分。虽然微生物的内源呼吸和溶菌作用会使一部分细胞中的氮又以有机氮和氨氮的形式回到污水中，但残留物中的氮可以在二沉池中以剩余污泥的形式得以去除。
　　3.2 氨化作用
　　有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解、转化为氨氮，这一过程称为氨化反应。
　　3.3 硝化作用
　　在硝化细菌的作用下，氨态氮进一步分解、氧化。首先，在亚硝化单胞菌的作用下，氨氮转化为亚硝酸氮，继而由硝化杆菌氧化为硝酸氮。这两种细菌统称为硝化细菌。
　　3.4 反硝化作用
　　反硝化过程是指在缺氧条件下，反硝化细菌将硝化过程产生的亚硝态氮和硝态氮还原成气态氮（N2、N2O或NO），排放到大气中。
　　4.短程硝化反硝化国内外的应用现状
　　王江宽采用SBR反应器研究了非单一因素控制条件下短程硝化反硝化系统的稳定性。结果表明，升高温度可促进低DO和SRT条件下短程硝化反硝化的实现，同时，该研究提高了系统有机物的去除效率，扩大了实现短程硝化反硝化的DO范围，表明高pH值和适宜SRT有利于短程硝化反硝化的实现和稳定运行。
　　O.Canals等将微生物群落作为短程生物脱氮的性能指标进行了研究，确定了包含纤毛虫、鞭毛虫、变形虫和线虫的近20个属。与常规废水处理工艺相比，该过程可以定义为具有多样性纤毛虫的鞭毛虫主导系统，鞭毛虫在混合液中占主导地位，表现出对氨较高的耐受性，以及在缺氧条件下长时间存活的能力。实验结果表明，Epistyliscf.rotans可以作为系统硝化过程很好的生物指示剂。该论文对污水处理厂微生物群落的物种生态学及其在污水处理厂的作用进行研究，并提出新的生物管理工具。
　　DongWei等在环境温度下应用SBR工艺研究了进水氨氮浓度对完全硝化转化为短程硝化的影响。经过150d的实验，进水氨氮浓度为400mg·L-1和720mg·L-1时，分别实现了全程硝化和短程硝化。与此同时，污泥容积指数从127.4mL·g-1逐渐降至63.4mL·g-1，而污泥的平均粒径由29.5μm提高到了195.6μm。根据荧光原位杂交分析，氨氧化菌（AOB）是主要的硝化细菌，表明系统中的游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）抑制了亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的活性。该研究结果有助于促进生物脱氮新工艺特别是高氨氮废水处理新工艺的发展。
　　QingmingHe等利用耦合短程硝化反硝化和同时产甲烷反硝化工艺，对畜禽粪便废水的处理进行了研究。实验表明，当厌氧反应器中进水COD负荷为3kg·m-3·d-1、COD/NO2--N大于30时，COD和NO2--N的去除效果最佳，当pH和游离氨分别超过8.0和18mg·L-1时，采用短程硝化反硝化有利于处理高浓度畜禽粪便废水，COD、氨氮、总氮的平均去除率以及亚硝氮积累率分别为96.7%、94.9%、86.5%和94.55%。研究表明，采用SMD-SND偶联技术处理高浓度氮和有机物的畜禽粪便废水在技术上是可行的。
　　4.脱氮除磷技术的新发展
　　4.1 SHARON工艺
　　SHARON工艺是由荷兰开发出的新型生物脱氮工艺，主要用于污泥消化池上清液的处理。其基本原理为短程硝化-反硝化，即将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。
　　SHARON工艺的基本特点是：
　　（1）硝化与反硝化两个阶段在同一反应器中完成，可以简化工艺流程；
　　（2）硝化产生的酸度可部分地由反硝化产生的碱度中和；
　　（3）可以缩短水力停留时间，减小反应器体积和占地面积。
　　4.2 双污泥反诱导结晶工艺
　　双污泥反诱导结晶工艺（A2N-IC）解决了传统脱氮除磷系统中碳源不足的问题，实现了硝化菌和聚磷菌在不同的反应器中单独培养，为硝化菌和反硝化聚磷菌创造出适合各自生存的最佳环境，同时解决了传统脱氮除磷系统污泥龄矛盾的问题。通过生物法和化学法的相结合，提高污水脱氮除磷效率的同时实现了磷的回收利用。A2N-IC也有自身的缺陷，工艺流程长，投资较大，可能出现出水氨氮过高以及硝态氮对厌氧释磷的影响等问题。
　　结束語
　　污水中氮磷超标是造成水体富营养化的主要原因，污水脱氮的目的则是通过微生物的代谢作用对水中的氮磷进行脱除，从源头对水体富营养化进行控制。因此，脱氮除磷成为各国环境研究者研究的重点。
　　参考文献
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