新型生物脱氮技术

2. Phoredox工艺，是在Bardenpha工艺上改进的。 3. UCT工艺、VIP工艺
4. SBR的改进工艺：ICEAS工艺、DAT-IAT工艺、CASS工艺、 MSBR 工艺 5. 氧化沟、生物膜法等等。
二、新型生物脱氮技术
传统的生物脱氮工艺存在着不少问题： 1、工艺流程长，占地面积大（传统工艺认为硝化、反硝化不能同时进行）。 2、硝化菌群繁殖速度慢，且难以维持较高浓度，需要较大曝气池，费用高。 3、需进行污泥和硝化液回流，动力成本高。 4、系统抗冲击能力弱，高浓度NH3-N和NO2-会抑制硝化菌生长。 5、硝化过程产酸，需投加碱中和。 近年来，许多研究表明： 硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化作用； 反硝化不只在厌氧条件下进行，某些细菌也可以在好氧条件下进行； 许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌（Thiosphaera pantotropha）， 能把NH4+氧化成NO2-后直接进行反硝化。
有机氮
好氧或厌氧
NH4+ 氨化作用
NO2硝化作用
NO3-
NO2反硝化作用
N2
（1）氨化作用
废水中的有机氮化合物在微生物（氨化细菌）的作用下，分解成氨的过程成 为脱氨基作用，简称氨化反应。
以氨基酸为例，其反应式为：
氨化菌 RCHNH2 COOH + O2 RCOOH + CO2 + NH3
氨化菌：好氧菌和兼性菌（异养微生物），如芽孢杆菌、节杆菌、木霉、曲霉、青霉等
（2）硝化作用
在硝化菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，就此分两个阶段进行，首先在亚硝 酸菌的作用下，使氨转化为亚硝酸氮，反应式为： 亚硝酸菌 NH4+ + 1.5 O2 NO2- + 2H+ + 2H2O
继而，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化成硝酸氮，其反应式为： 硝酸菌 NO2- + 0.5 O2
单位（mg/L）
Ⅰ类 0.15
0.2
Ⅱ类 0.5
0.5
Ⅲ类 1.0
1.0
Ⅳ类 1.5
1.5
Ⅴ类 2.0
2.0
氨氮
总氮
污水综合排放标准 GB 8978 —1996
单位（mg/L）
一级标准 二级标准 医药原料、染料、15 石油化工工业 其他排污单位 15 50 25
三级标准 —— ——
氨氮
城镇污水处理厂污染物排放标准 GB 18918 —2002 单位（mg/L) 氨氮 总氮 一级标准 A 15 B 25（30） —— —— —— 20 5（8） 8（15） 二级标准 三级标准
SHARON（single reactor system for high ammonia removal over nitrite) 是由荷兰的Delft大学开发的一种新型生物脱氮工艺 。 该工艺可以采用CSTR（连续搅拌反应器），适用NH4+-N浓度（>0.5gN/L)较高的 废水生物脱氮,反应常在30~35℃内进行。 在碱度足够的条件下，废水中50%的NH4+-N被亚硝化细菌氧化为NO2—N。 NH4+ + HCO3- + 0.75 O2 0.5NH4+ + 0.5NO2- + CO2 + 1.5H2O
SHARON 工艺可采用完全混合式好氧连续反应器；ANAMMOX 工艺可采用生物膜法 和生物流化床。
较之传统的硝化-反硝化工艺，该工艺耗氧量由4.6kg O2 /kg N2降到1.9 kg O2 /kg N2，降低了耗氧60%，且不需要添加碳源。产生的剩余污泥量很少。
生物膜内自养脱氮工艺 （ CANON）
水体中氮的来源：
1) 城市生活污水中的氮。（主要是有机氮和氨氮。 城市垃圾渗滤液）
2) 工业废水中的氮。（主要是合成氨厂、化肥厂、石化厂、 硝酸生产厂、炼焦厂、屠宰厂等）
3) 农业污水的中的氮。（氮肥、有机氮农药、家畜废弃物、 排泄物）
氮及其化合物介绍 地表水环境质量标准 GB 3838 —2002
厌氧氨氧化过程是在自养菌作用下完成，这种自养菌生成速度慢，泥龄长， 但产生的剩余污泥量较少。
厌氧氨氧化的化学计量方程式：
厌氧氨氧化的代谢途径：
1：NH4+与羟胺氧化成联胺，联胺经过两次脱氢氧化（2、3），最终生成N2。 生成的联胺与NO2-反应生成羟胺。
半硝化-厌氧氨氧化工艺（ SHARON –ANAMMOX）
注：括号外数值为水温>120C 时的控制指标，括号内数值为水温≤120C 时的控制指标。
水体中氮的危害：
1) 造成水体的富营养化现象。
2) 消耗水体中的氧气。 3) 增加给水处理的困难。 4) 对人及生物具有毒害作用。
一、传统生物脱氮简介
1、脱氮原理
将废水中的有机氮转化为氨氮，通过硝化作用将氨氮转化为硝态氮，再通过 反硝化作用将硝态氮还原为氮气从水中逸出，从而实现生物脱氮的目的。
在限氧的条件下，利用完全自养性微生物将氨氮和亚硝酸盐同时去除的一 种方法 。 该工艺可用以低有机物浓度的废水生物脱氮，可以采用单一反应器或生物 膜反应器。 反应器内进行部分硝化和氨的厌氧氧化。 在限氧条件下，系统中有两类自养微生物：好氧硝化细菌和厌氧氨氧化细菌。 自养菌经过NO2-中间体直接将NH4+转变为N2。 在限氧条件下，好氧硝化细菌将NH4+氧化成 NO2-。反应如下：
氨氧化菌在厌氧条件下，利用CO2作碳源，无需外加有机碳源、无需供氧 ，以NH4+作电子供体，NO3-或NO2-为电子受体，将水体中的氮转变成N2。
发生的反应为：
该工艺可将NH3-N 从1100mg/L降到560mg/L。 在NH3-N和NO3- 浓度为1000mg/L时不会受到抑制。但在100mg/L 的NO2-条件下， 厌氧氨氧化过程会受到抑制。
c、Bardenpho工艺
混合液回流
进 水
缺氧池
好氧池
缺氧池
曝气池
沉淀池
处理水
污泥回流
优点：从回流液中获取大量的硝化液；从回流污泥中获取大量的反硝化菌。 反应更彻底，脱氮效果高。 缺点：流程长，构筑物多，回流能耗大，建设费用高。
其他脱氮工艺： 1. A2 /O工艺，是在A/O工艺的基础上开发+和NO2-转变成N2和少量的NO3-。反应如下：
总的脱氮反应式为：
从上面反应式中看出，大部分的N都转变成N2，也有少量的N转变为NO3-。 当反应器里的溶解氧（DO）浓度达到0.5mg/L时，氨化作用不受影响，但亚硝 化作用受到强烈抑制。 生物膜内自养脱氮工艺适用于污水生物脱氮尤其是低有机物高氮废水。由于 该工艺过程微生物是完全自养的，所以不需要外加碳源。另外，在整个脱氮 过程中也不需要通风曝气，节约能耗。相对于传统脱氮工艺，该工艺的耗氧 量降低63%。
在一些污水处理系统（如氧化沟、SBR）中，硝化反应和反硝化反应往
往在同样的处理条件及同一处理空间中发生的现象。 作用机理： 1.宏观环境理论 2.微环境理论 3.微生物理论
3、厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）
是有荷兰Delft 大学在20世纪90年代开发的一种新型脱氮工艺。 指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体， 将NH4+、 NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。 早在1977年，Broda就做出了自然界应该存在反硝化氨氧化菌（denitrifying ammonia oxidizers）的预言。 1994年Kuenen发现某些细菌在硝化、反硝化中利用NO2-或NO3-作电子受体， 将NH4+氧化成N2和气态氮化物。 1995年Mulder等发现了氨氮的厌氧生物氧化现象。 Straous M.等用生物固定床和流化床反应器研究了厌氧氨氧化污泥，表明氨氮 和硝态氮去除率分别高达82%和99%。 进一步的研究揭示：在缺氧条件下，氨氧化菌可以利用NH4+或NH2OH作为电子 供体将NO3-或NO2-还原，NH2OH、NH2NH2、NO和N2O等为重要的中间产物。
进 水
甲醇 曝气池 沉淀池 硝化池 污泥回流 二沉池 反硝化池 污泥回流 终沉池
出 水
污泥回流
优点：有良好的BOD去除和脱氮效果。 缺点：流程长，构筑物多，碳源等的加入增加出水BOD，污泥回流能耗大。
b 、A/O工艺：前置反硝化，单级活性污泥脱氮工艺。废水经缺氧池，再经 过好氧池，并将好氧池出水和沉淀池污泥回流至厌氧池。
将前面两种工艺联合起来，在反应系统中，进水总NH4+的50%在半硝化反应器 内发生如下反应：
半硝化反应器的出水（含有NH4+和NO2-）作为厌氧氨氧化反应器的进水。在厌氧氨 氧化反应器内发生厌氧反应，有95%的氮转变成 N2，另外，还有少量的NO3-随出水 排出。
半硝化-厌氧氨氧化工艺适合处理高浓度NH4+-N废水和有机碳含量低的高NH4+-N浓 度工业废水。出水NH4+-N 可达到6.7mg/L、TN为24mg/L。
进水
缺氧池
好氧池
沉淀池 污泥回流
出水
回流
缺氧池：进行反硝化。 好氧池：BOD去除，硝化反应。 内回流：硝化液回流，进行反硝化。 污泥回流：补充生物量
优点：1.流程简单，构筑物少，占地面积少，运行费用低。 2.以原污水的含碳有机物为碳源，节省的外加碳源的费用。 3.好氧池在缺氧池之后，可进一步去除反硝化残留的有机污染物。 4.缺氧池前置，减轻好氧池的有机负荷，也可改善活性污泥沉降性能，有 利于控制污泥膨胀。反消化过程产生的碱度可以补偿过程对碱度 的消耗。 缺点： 1.处理水中含有一定浓度的硝酸盐，进入沉淀池也会发生反硝化，使水质恶化。 2.脱氮率不高。
氨氮的氧化是酸化的过程，因此水体的pH是影响硝化反应的重要因子。 半硝化工艺除了要有足够的HCO3-碱度外，还要求较高的温度。 当温度高于25℃时：