生物法脱氮

生物法

生物法是目前运用最广、最有研究前景的方法，详细介绍如下。

生物脱氮是生物法控制氮的一个重要分类。其主要原理是经硝化—反硝化处理，把污水中的氮变成无害的N2排除体系。硝化是污水中的有机氮在生物处理过程中被异氧型微生物氧化解，转化为氨氮，然后由自氧型硝化细菌将其转化为NO3

—和NO

2—的过程；反硝化是反硝化细菌经厌氧呼吸将NO

3

—和

NO2—还原转化为N2的过程，从而达到脱氮的目的。

硝化过程：有机氮氨化菌有机氮NH3+CO2+小分子有机物

NH4++O2亚硝酸菌NO2-+H20+H+

NO2-+O2硝酸菌NO3-

NH4++O2硝化菌NO3-+H20+H+

反硝化过程： NO3- 同化反硝化NO2-→NO→N2O→N2（占90%以上）

NO3- 异化反硝化NO2-→X→NH2OH→有机氮

5.1 影响生物脱氮的环境因素

在生物法脱氮中，硝化菌、反硝化菌发挥了重要作用，这些细菌对于生物降解过程有一定的环境条件要求。

（1）DO：在缺氧构筑物中，反硝化脱氮的最佳DO为

0.5mg/L以下，在好氧构筑物中，有机物好氧代谢，硝化菌将NH4+—N氧化成NH x——N,都需要氧，DO应控制在2mg/L以上。DO的变化，可以明显地影响系统中硝化细菌总量及指示性微生物数量的变化。当混合液中的DO浓度低时，氮硝化过程的指示性微生物数量少，氮的硝化效果差；反之，则指示性微生物数量多，氮的硝化率也随之提高。但由于高浓度溶解氧对硝化菌有一定的抑制作用，故DO一般控制在大于2mg/L的条件下偏低为宜。

（2）营养物质的量是影响生物脱氮的重要因素，在氮的硝化过程中，由于硝化细菌在生活中不需要有机养料，较高的有机负荷会影响硝化细菌的生长，从而使硝化率降低，所以一般认为BOD5值应小于20mg/L时硝化反应才能完成。而对于反硝化反应，由于其以有机碳为电子供体，所以废水中必须有足够的碳源，一般认为当废水中的BOD5/TKN大于3~5，即认为碳源充足，勿需外加碳源。

（3）碱度：生物反硝化产生大量的碱，而硝化过程正需要碱，故常将反硝化过程放在硝化反应之前，若不足，则考虑添加碱，最常用的为NaHCO3。对于典型的城市污水，碱度约为300mg/L(以CaCO3计)，而硝化过程中消耗的碱小于200mg/L，故对于城市污水，当采用生物脱氮工艺时，不需要补充碱源。

（4）温度：硝化细菌的生长速率及代谢能力受温度的影

响较大。硝化过程指示性生物数量随温度变化的基本规律是：随温度的上升而增多，随温度的降低而减少。适宜温度为20~30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。

（5）pH值：由于细菌的代谢作用离不开酶的活动，而酶作用的pH值范围较窄，所以氮的生物硝化反应过程有直接影响。pH值中性及偏碱性条件下可以获得较好的氮硝化效果。

5.2 生物脱氮的工艺方法

生物法除脱氮工艺形式多样，不过，每种工艺都包括厌氧、好氧过程，各种工艺不同，不外乎是变化顺序、级数、回流方式、进水方式等，将传统的AB活性污泥法的B段运行方式作些变换，可得：A/O、A2/O、UCT、VIP、THB等各种工艺方式，同时还有DE型氧化沟、生物膜、生物滤池等方法脱氮，下面简要介绍几种典型的工艺方法：

（1）A/O法（图1）

进水→出水

←回流污泥→废弃污泥

图1 A/O工艺

这是最基本的硝化、反硝化脱氮工艺。在缺氧段，反硝化菌利用污水中的有机碳作为电子供体，以硝酸盐作为电子

受体进行“无氧呼吸”，将回流液中硝态氮还原成氮气释放出来，完成反硝化过程，在好氧段，硝化菌把污水中的氨氮氧化成硝酸盐，再向缺氧池回流，为脱氮作好必要的准备，这样，缺氧段、好氧段微生物互不相混，各自始终处于最佳生态环境中，不受厌氧、好氧环境交替的抑制作用，该系统停留时间短、脱氮效果好，用于城市污水处理时出水TN可达到8~9mg/L，若对出水TN有更严格的要求，可采用巴氏生物脱氮工艺(图2)。

混合液回流(I=400%Q)←

污泥回流（R=100%Q）←→剩余污泥

图2 四阶段巴氏生物脱氮工艺

为解决低温时A/O法脱氮效果差这一问题，人们正在不断开发，部份水厂已将软性填料运用于生产中，天津纪庄子污水处理厂采用在O段悬挂软性填料，以此增加硝化菌数量，满足硝化需要，经测试，效果良好，哈尔滨建筑工程学院和鞍山焦化耐火设计院共同研制出A段挂软性填料，O段内回

流的A/O新工艺，并在山东薜城焦化厂应用，在进水厂TN 为590mg/L时，去除率达80%以上。

（2）A2/O法（图3）

针对A/O工艺中废弃污泥含磷量较高的特点，A2/O工艺相对而言，增添了一个厌氧过程（除磷），将脱氮除磷与降解有机物结合起来，该工艺对COD、BOD、N、P等去除率高，污泥沉降性好，投资少，开发前景看好，但A/O工艺、A2/O 工艺在运行管理、配套设备等方面还有待进一步加强。

←内循环

进水→→出水

回流污泥←→废弃污泥

图3 A2/O工艺

（3）生物滤池（图4）

←污泥回流

进水

→出水

图4 生物滤池工艺生物膜外层好氧，内层缺氧，只有提供充足的碳源，才能去除NO3—--N，要达到完全反硝化，COD/N必需大于12~14，在欧洲，二级处理厂使用生物滤池的较多，效果也不错，英国的Borougn大学对硝化生物滤池的填料作了研究，认为天然的无机填料优于人工塑料，而且保湿性能好，有利于微生物的生长。

采用生物滤池脱氮，投资省，设计、施工、运行简单、占地少、运行效果良好，但要注意碳源是否充足，必要时须投加甲醇等，以调节硝化过程中所需的碳、氮比。

在高含氮废水的生物硝化过程中，硝化和反硝化是生物脱氮工艺中相辅相成、互相促进的两个组成部分，一般情况下是组合进行的。而硝化工艺作为废水处理的一种新技术，尚有许多问题需要我们去认识，大量未知规律需要我们去探索。

6 脱氮发展趋势

近年来，水体中营养物质的控制，主要是氮、磷的控制已引起了广泛的重视。且经过许多研究者的不懈努力，取得了很大的进展。特别是人们对生物法脱氮技术的研究已经开展得很多，运用也最广。最主要的一点是大大提高了生物处理

过程中氮、磷的去除率和缩短了处理过程中的停留时间。

由于填料技术发展很快，开发新型高效填料用于除氮系统是近年来很有前途的一项研究课题，不论是对于普通活性污泥系统，还是对于生物滤池，投加适宜填料皆可提高脱氮能力。

新建污水处理设施一般在要求去除BOD、SS的同时，同时考虑去除氮、磷。对现有的污水处理设施进行改造，使之并入好氧、厌氧结合的工艺，也可使之达到脱氮效果。另外，发展脱氮装置的小型化、商品化、规模化，以适应不同场合如宾馆、小区的污水处理的需要，也是近年来污水脱氮的一个发展趋势。