工業污水處理廠生物脫氮效率提升策略
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摘要：本文首先對生物脫氮基本原理加以分析，其次對污水處理廠常見脫氮工藝加以闡述，最后對提高生物脫氮效率方式展開探討，望借此為提高污水處理廠生物脫氮效率提供參考。
污水處理工藝中脫氮技術的應用發展歷史可追溯至20世紀，并在工程實踐中得以廣泛應用。此外，污水處理進程中，水質中氮的含量為衡量水質的一線重要指標，因此脫氮工藝成為污水處理的重要環節。一旦排入江河湖海等水體中的水質含氮量較高，將會導致水體產生富營養化，嚴重危害生態環境及人體健康，因此，在污水處理過程中須注重生物脫氮效率的提升。
1生物脫氮基本原理
傳統生物脫氮理論中，生物脫氮過程通常分為反硝化階段、硝化階段、氨化階段三個階段，其中氨化階段即指借助異養型微生物、好氧型生物的應用，分解并氧化污水中的含氮有機物，生成氨氮；硝化階段即指借助硝化菌的應用同氨氮產生硝化反應，生成NO3-及NO2-。反硝化階段即指借助反硝化菌同NO3-及NO2-產生反硝化反應，生成N2。生物脫氮工藝流程主要可分為氧化溝工藝、兩級活性污泥法脫氮工藝、傳統脫氮工藝等。其中所涉及化學反應主要如下：一為硝化反應。主要由硝化、亞硝化兩步驟展開，反應活動分別選用自養型硝酸鹽細菌、自養型亞硝酸鹽細菌兩種不同硝化菌完成反應。所選用硝化菌對環境較為敏感，因此，在反應過程中反應環境須滿足以下條件：①好氧條件，即DO≥1mg/l，同時還應維持一定堿度，并保持適宜的pH值，pH數值以8.0-8.4間為宜；②反應環境溫度應適當，以20-30℃為宜，若環境溫度不足15℃，硝化反應速度將會受影響而降低，硝化反應在溫度不足5℃的環境下將會停止反應；③水中所浸入有機物濃度應適中；④硝化菌于反應器中所擱置時間即污泥齡不可低于最小世代時間，通常為3d-10d。二為反硝化反應。NO3--N及NO2--N中的N存在兩種反應方式：一為可與同化反硝化反應生成有機氮化物，為菌體最終構成部分，二為可與異化反硝化反應生成有機氮氣。為達成上述反應均需滿足以下幾點要求：①碳源。外加碳源、污水中有機物為污水中碳源的主要來源，若污水中C/N值超出3-5，則表明碳源充足，不需再加碳源，若碳源不足，需借助外加甲醇，補充碳源。②pH值。為保證反應生成，需保證適宜pH值，pH值以6.5-7.5為宜，若pH值＜6或＞8，均會對反硝酸反應效率造成影響。③溶解氧。缺氧環境下，反硝化菌將會生成反硝化反應，故需將溶解氧控制于0.5mg/l范圍內。④溫度。此反應對環境溫度提出較高要求，溫度應以20-40℃為宜，若溫度不足15℃將會大幅降低反應效率。
2污水處理廠常見脫氮工藝
遵循污水處理廠水質要求下對我國較為成熟的幾種脫氮工藝如MBR、A2/O、曝氣生物濾池等加以比對，望借此為污水處理廠提升脫氮效率提供一定參考。以工藝原理層面分析，A2/O工藝為在不同微生物硝化、反硝化及好氧氧化等作用下去除污水中的氨氮、有機物、總氮，并以二沉池完成水、泥的分離；曝氣生物濾池工藝即指借助不同微生物在濾池表層生物膜中所產生的硝化、反硝化、好氧氧化等反應，完成污水中總氮、有機物、氨氮的去除，再借助過濾反應，對出水質量加以保障。MBR工藝即為利用好氧、厭氧、缺氧段微生物的反硝化、氧化及硝化反應將污水中的氨氮、總氮、有機物予以去除，利用膜完成泥水分離。以工藝特征層面分析，A2/O工藝以懸浮型活性污泥法為主，具備工藝流程簡潔及水頭損失小等特征，且運行管理經驗較為成熟，在出水方面具備較高可靠性，運行模式調整便捷，可對不同工況所提出要求加以滿足。曝氣生物濾池工藝則以附著型生物膜法為主，具備基建投資少及占地面積較小等特點，但此工藝不足之處在于對自控要求較高，所產生污泥量大及對進水水質要求較高等。MBR工藝所采用方法為膜技術、A2/O懸浮活性污泥法二者的結合，具備占地面積較小、出水質量高及抗沖擊負荷低等特點，但此工藝不足之處在于對水質要求較高且設備投資大。以外界條件適應性而言，A2/O工藝出水水質穩定，并可良好適應外部條件。MBR工藝出水水質較為穩定，對外界條件也可良好適應，而曝氣生物濾池工藝出水水質較為穩定，具備強外界適應能力。從運行管理方面分析，A2/O工藝流程簡潔，在運行管理方面也具備較為成熟的經驗，在運行過程中無須配置大量設備便可完成。MBR工藝具備較高的自控要求且構筑物較少。曝氣生物濾池工藝有著濾池環境差、流程繁瑣、設備多及管理困難等不足。
3提高生物脫氮效率方式
3.1厭氧氨氧化
厭氧環境下，NH4+-N、NO2--N分別作為電子供體、電子受體，可生成氮氣，此即為厭氧氨氧化，主要涉及亞硝化反應、厭氧氨氧化兩個過程，亞硝化細菌可在氧氣充足條件下實現NH4+-N向NO2--N的轉變，缺氧條件下，NO2--N則可成為電子受體，實現NH4+-N向氮氣的轉化。此方式所具備優勢如下：一為無須外加碳源，以NH4+-N為電子供體，可實現費用的大幅節約；二為降低能耗，若不考慮細胞合成因素，則可至少降低62.5%的能耗。厭氧氨氧化反應中每氧化1molNH4+-N僅需0.75mol即可，而在硝化反應中最低耗氧量為2mol；三為中和試劑使用量較少，通常情況下，生物產堿量在厭氧氨氧化反應中多為0，同時產酸量也會隨之降低。
3.2短程硝化反硝化
傳統生物脫氮理論指出，污水處理中借助亞硝化細菌、硝化細菌的應用，可將水中含有的NH4+-N氧化生成NO3--N，而借助反硝化細菌作用則可生成氮氣。在污水處理過程中，為推動脫氮效率的提升，可在NO2--N階段便完成硝化反應，至NO2--N成為最終電子受體為止，同時，有機物則可成為電子供體，完成反硝化。由此可見，嚴格控制反應環境條件即為實現短程硝化反硝化重要步驟，通過此步驟還可累積大量NO2--N。此方式所具備優勢如下：一為耗能低，借助縮短硝化過程的方式，可將曝氣供氧量至少降低25%；二為低碳源消耗，反硝化過程中所應用的有機碳源消耗量同傳統方式相比至少降低40%；三為反應時間較短，且借助反硝化過程還可減少反應器容積，至少可節約30%~40%；四為反硝化效率高，同NO3--N氧化效率相比，可提升63%；五為污泥產率低，以硝化過程為例，硝化過程產泥量至少減少33%~35%，而在反硝化過程中可至少可降低55%的產泥量。
4結束語
綜上所述，伴隨水資源緊缺現象的日漸加劇，提高污水處理水平，保障出水水質以及提升水資源利用率尤為必要。其中脫氮工藝為保障污水處理質量的重要內容，因此，本文圍繞工業污水處理廠生物脫氮效率提升策略展開研究，對厭氧氨氧化、短程硝化反硝化兩種提高生物脫氮效率方式的優勢加以闡述，望借此可切實推動工業污水處理廠生物脫氮效率增長。
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作者：馬玉成 單位：山東藍然環境科技有限公司
