废水生物脱氮技术探讨

第３５卷第６期　
２０１０年６月　
环境科学与管理　

日　偶０ＮＭ瞳ＮＩｌＡＬ　ＳＣⅡＮＣＥ　ＡＮＤ　Ｍ［ＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　
Ｖ　３５　Ｎｎ６　

Ｊｕｎｅ２０１０　

文章编号：１６７４—６１３９｛２０１０）０６—００７０—０５　

废水生物脱氮技术探讨　
张景骞　，张淑芳　
（１．海林市环境监察大队，黑龙江海林１５７１００；２．海林市环境监测站，黑龙江海林１５７１００）　

摘要：随着人们生活水平的日益提高，所排放的氮化合物对水质的影响越来越大。中国“十二五”期问也将增　
加氮化合物的削减任务，所以废水生物脱氮技术也就成了日后水污染治理的焦点问题，目前国内外研究的热点　
主要集中在如何改进传统的硝化一反硝化工艺，提出了适合低碳高氨氮废水生物脱氮的新工艺。通过综述传　
统生物脱氮原理及工艺，短程硝化一反硝化脱氮技术和同步硝化一反硝化技术，对各种废水生物脱氮工艺进行　
了探讨。　
关键词：脱氮；短程硝化；同步硝化　
中圈分类号：Ｘ７０３．１　文献标识码：Ａ　

Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　
Ｚｈａｎｇ　Ｊｉｎｇｑｉａｎ　，Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｕｆａｎｇ　
（１．Ｈａｉｈｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　Ｄｅｐａｒｍｅｎｔ，Ｈａｉｌｉｎ　１５７１００，Ｃｈｉｎａ；　
２．Ｈａｉｌｉｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｈａｉｌｉｎ　１５７１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ　ｌｉｖｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｒｉｓｉｎｇ，ｔｈｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｏｕｒ　
ｃｏｕｎｔｒｙ，“Ｓｈｉｅｒ　Ｗｕ”ｐｅｒｉｏｄ　ｗｉｌｌ　ａｌｓｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｔａｓｋ，ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｔｈｅ　ｆｏｃｕｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅ　ｒｅＦ￣ａｒｃｈ　ｈｏｔｓｐｏｔ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｈｏｗ　
ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ——ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｌｏｗ——ｃａｒｂｏｎ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｍｍｏｎｉａ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｏｆ　
ｎｅｗ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｎｉｔｒｉ－　
ｆｉｃａｔｉｏｎ—ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｅａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ—ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｎｉ・　
ｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　

前言　
氮是维持生态系统营养物质循环的一种重要元　
素，然而由于人类活动对自然生态系统中氮素循环　
的干扰和破坏，使之成为引起水质恶化、生物多样性　
降低和生态系统失衡的主要因素之一，已经严重地　
影响了人类正常的生产生活。　
对于氮素的污染控制已经受到了人们广泛的重　视。在废水脱氮技术的研发应用中，各种行之有效　的脱氮处理工艺得到了发展，构成了废水脱氮处理　的技术体系。物化法除氮以其较为宽泛的适用性在　工业废水脱氮中得到广泛发展，既而生物法脱氮以　收稿日期：２０１０—０１—０２　作者简介：张景骞（１９８１一），男，毕业于中国政法大学，工程师，主要　从事环境管理工作。　・７０・　低廉的成本、运行的简便等优点受到人们的青睐。　近十几年来，国内外学者加强了对新型生物脱氮的　理论和技术的研究，涌现了一大批废水生物脱氮的　新思路、新理论和新工艺。　１　短程硝化一反硝化脱氮技术　１．１原理　短程硝化反硝化生物脱氮也可称为亚硝酸型生　
物脱氮，它是通过控制特殊的环境条件抑制硝酸菌　
的生长，使系统中的亚硝酸菌成为优势菌种，从而将　
废水中ＮＨ　—Ｎ的氧化控制在ＮＯ；阶段，形成　
ＮＯ；的积累，然后反硝化菌直接以ＮＯ；一Ｎ为最终　
氢受体进行反硝化脱氮的过程。　
１．２技术特点　
（１）短程硝化反硝化由于节省了氧化ＮＯ；一Ｎ　
为ＮＯ；一Ｎ的步骤，所以提高了硝化反应速率，缩　
第３５卷第６期　
２０１０年６月　张景骞等・废水生物脱氮技术探讨　ＶｏＬ　３５　Ｎｏ．６　
Ｊｕｎｅ　２Ｏ１Ｏ　

短硝化反应时间，减小反应池容积，节省基建投　
资　¨。　
（２）将ＮＨ　—Ｎ的氧化控制在ＮＯ：－一Ｎ阶段然　
后直接进行反硝化可以节省２５％的供氧量，４０％左　
右的有机碳源，并且在硝化过程中减少产泥２４％一　
３３％，反硝化过程中减少产泥５０％。　
（３）在短程硝化反硝化脱氮方式中，虽然在脱　
氮反应初期存在来自ＮＯ；一Ｎ阻碍作用的一段停　
滞期，但ＮＯ；一Ｎ的还原速率仍然比ＮＯ；一Ｎ的还　
原速率大。　
（４）全程硝化反应中的限制因了是亚硝化单胞　
菌属增长速度，其最适宜的ｐＨ值（７．８—８．８）与维　
持短程硝化方式所需要的ｐＨ值范围是一致的，因　
此，在短程硝化中它承受的极限污泥负荷范围要比　
全程硝化大。　
１．３控制途径　
实现短程硝化反硝化生物脱氮技术的关键在于　
控制硝化停止在ＨＮＯ　阶段，阻止ＮＯ２－的进一步氧　
化，而亚硝酸型硝化反应的控制一定程度上取决于　
对两种硝化菌的控制，亚硝酸型细菌和硝酸细菌在　
生理机制及动力学特征上存在固有的差异，导致某　
些影响因素对两种硝化菌存在不同程度的抑制作　
用，从而影响硝化形式。因此，实现短程脱氮的途径　
就是控制能对亚硝酸盐氧化菌和氨氧化菌两种硝化　
菌产生不同作用的微生物生命活动影响因素，主要　
有温度、溶解氧（ＤＯ）、ｐＨ值游离氨（ＦＡ）、污泥龄　
等。　
１．３．１　控制温度　
控制温度实现短程硝化途径的本质是利用亚硝　
酸菌和硝酸菌对温度变化的敏感性不同，因此，在不　
同的环境温度下表现出不同的增长速率，利用该动　
力学参数的不同实现亚硝酸菌的富集，从而实现亚　
硝态氮的稳定积累。　
日前，对于影响短程硝化的具体温度说法不一　
致。郑平等认为，温度高于２Ｏ℃，亚硝酸菌的最大　
比生长速率就会超过硝酸菌，而目温度越高，相差越　
大。因此，将温度控制在２Ｏｃ【＝以上，就会出现亚硝　
酸盐的积累。袁林江等认为，ｌ２℃～ｌ４℃下活性污　
泥中的亚硝酸盐氧化菌活性受到严重抑制，出现　
ＨＮＯ２的积累；１５℃～３０￣Ｃ内，亚硝酸盐可完全被氧　
化为硝酸盐；温度超过３０℃时又出现ＨＮＯ　的积累。　
通过控制温度实现短程脱氮的典型工艺是荷兰　
Ｄｅｌｆｔ技术大学开发的亚硝化脱氮（ｓｉｎｇｌｅ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｆｏｒ　
ｈｉｇｈ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｖｅｒ　ｎｉｔｒｉｔｅ，ＳＨＡＲＯＮ）工艺，　

该工艺是在一个完全混合反应器中完成，污泥停留　
时间（ＳＲＴ）与水力停留时间（ＨＲＴ）相等。它主要用　
来处理城市污水二级处理系统中污泥消化上清液和　
垃圾渗滤液等高温、高氨废水，利用高温（３Ｏ℃一　
３５　：）下亚硝化菌的增殖速率高于硝酸菌的生理特　
征，通过控制ＨＲＴ大于亚硝酸细菌的世代时间并且　
小于硝酸菌的世代时间，淘汰硝酸菌，富集亚硝酸　
菌，从而稳定地实现了短程硝化反硝化生物脱氮。　
但是，大多数城市污水都属于低温低氨水，如果　
将大量的水升温、保温在３Ｏ℃一３５℃会增加污水处　
理成本。因此，针对普遍的中温废水，也有人通过控　
制溶解（ＤＯ）浓度、ｐＨ值及游离氨浓度等方法来实　
现亚硝态氮的积累。　
１．３．２控制溶解氧（ＤＯ）浓度　
溶解氧浓度控制途径的具有代表性的学说是　
Ｂｅｒｎｅｔ－２　提出的基质缺乏竞争学说，该学说的理论　
基础是亚硝酸菌和硝酸菌对氧的亲和力不同，假设　
亚硝酸菌氧饱和常数低于硝酸菌，当ＤＯ＜１．０　ｍｇ／　
Ｌ（即低溶解氧状态）时，对提高亚硝酸菌的竞争力　
有利。虽然亚硝酸菌和硝酸菌的增长速率都会由于　
溶解氧的下降而下降，但是硝酸菌的下降要比亚硝　
酸菌快（当ＤＯ为０．５　ｍｇ／Ｌ时，亚硝酸菌增值速率　
为正常值的６０％，而硝酸菌不超过正常值的３０％），　
导致亚硝酸菌的增长速率超过硝酸菌，使亚硝酸菌　
成为主体，实现亚硝态氮的累积。为了证明ＤＯ作　
为短程硝化控制因素的可行性，Ｂｅｒｎｅｔ利用生物膜　
反应器进行试验，结果表明，在ＤＯ＜０．５ｍｇ／Ｌ的条　
件下可以实现短程硝化，出水ＮＯ；一Ｎ的比例在　
９０％以上。　
通过控制ＤＯ浓度而实现短程硝化反硝化生物　
脱氮的典型工艺是比利时Ｇｅｎｔ微生物生态实验室　
开发的ＯＬＡＮＤ（ｏｘｙｇｅｎ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃ　ｎｉｔｒｉｆｉｃａ－　
ｔｉｏｎ　ｄｅｎｉｔｒｉｉｃａｔｉｏｎ，氧限制自养硝化反硝化）。该工艺　
先在限氧条件下，将废水中的ＮＨ　氧化为ＮＯ；，然　
后在厌氧条件下，将上一过程生成的ＮＯ；与剩余部　
分的ＮＨ：发生ＡＮＡＭＭＯＸ反应，以达到氮的去除。　
工艺的关键是控制溶解氧浓度，主要是利用亚硝酸　
菌和硝酸菌在低溶解氧环境下的动力学特性差异来　
实现短程硝化的。　
但在低溶解氧环境下，活性污泥易发生解体和　
丝状菌膨胀，，而目还会影响氮以外的其他污染物去　
除效果。厌氧氨氧化阶段的生物量生长非常缓慢，　
因此，反应系统启动时间也比较长。　
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