總氮去除工藝

總氮去（qù）除工藝

發布日期（qī）：2022/3/12 9:28:11

氮、磷元素的大量排放會造成水體（tǐ）的富營養化，因此我國（guó）將氨氮和總磷作為評價汙水處理廠處理效果的重要考核指標（biāo）。目前汙（wū）水處理以生物（wù）脫氮為主（zhǔ），其脫氮原理為經過好氧硝化，缺氧反硝化，將汙（wū）水中的氮元素轉化為無害的氮氣。

一、原（yuán）理

總氮是指可溶性及懸浮物（wù）顆粒中（zhōng）的含氮量，包括NO₃^-，NO₂^-和NH₄⁺等無機（jī）氮（dàn）和氨基酸、蛋白質和有機胺等（děng）有機氮。生物脫氮首先是在厭氧環境內，通過氨化作用（yòng）將有機氮（dàn）轉（zhuǎn）化為氨氮，這一過（guò）程稱為氨化過程，氨化過程很容易進行，在一般無數處理設施中均能（néng）完成；然（rán）後在（zài）好氧環境內，通過硝化作用，將氨氮轉化為硝態氮；隨後在缺氧環境內，通過反硝化作用，將硝態氮轉化為氨氣，從水中逸出。

二、主要工藝

脫氮的主要工藝（yì）包括活性汙泥法（A²O、氧化溝、SBR等）和生（shēng）物膜法（生物（wù）濾池、生（shēng）物接觸氧化池、生物轉盤等），對汙水中的氮都有良（liáng）好的去除效果，但在工藝以及操作上存在一（yī）定的局限性和（hé）複雜性。

1.活性汙泥法：

（1）A²O法

A²O法即厭氧一缺（quē）氧一好氧活性汙泥法。汙（wū）水在流（liú）經厭氧（yǎng）、缺氧、好氧三個不同功能分區的過程（chéng）中，在不（bú）同微生物菌群的作用下，使汙水中（zhōng）的有機物、N、P得到去除。A²/O法是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停（tíng）留時（shí）間短（duǎn），在厭氧（yǎng）、缺氧、好（hǎo）氧交（jiāo）替運行的條件下，可抑製絲狀菌的繁殖，克服汙泥膨脹，SVI一般小於（yú）100，有利於處理後的汙水與汙泥分離（lí），厭氧和缺氧段在運行中隻需輕緩攪拌，運（yùn）行費用低。該工藝在國內外使用比較廣泛。

優點：該（gāi）工藝為最簡單的同步脫氮除磷，總的水力停（tíng）留時間，總產占地麵（miàn）積少；在厭氧的（de）好氧交替（tì）運行（háng）條件下，絲狀菌得不到（dào）大量增（zēng）殖，無汙泥（ní）膨脹；汙泥中含磷濃度高，具有很高的肥效；運行中（zhōng）勿需投藥，隻用輕緩攪拌（bàn），運行費低。缺點有：除磷效果難於再（zài）行提高，汙泥增長有一定的（de）限度，不易（yì）提高；脫氮效果也（yě）難於進一步提高，內循（xún）環量不宜太高，否（fǒu）則增加運行費用；對沉澱池要保持一定的濃度的溶解氧，減少停留（liú）時間，溶解濃度也（yě）不宜過高（gāo），以防止循環（huán）混合（hé）液對缺反應器的幹擾。

（2）氧化溝

氧化溝（gōu）又稱連續循環反應器，是（shì）20世紀50年（nián）代由荷蘭的公共衛（wèi）生所（suǒ）（TNO）開發出來的。氧化溝是常規活性汙泥法的一種改型和發展，是延時曝氣法的一種特殊形式。其主要功能是供氧；保證其活性汙泥（ní）呈懸浮狀態，是汙水、空氣、和汙泥三者充（chōng）分混（hún）合與接觸；推動水流以一定的流速（不低於0.25m/s）沿池（chí）長（zhǎng）循環流動，這對保（bǎo）持氧化溝的淨化功能具有重要的意義。氧化溝具有出水水（shuǐ）質好、抗衝擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易穩定、能耗省、便於自動化控製等優點。但是，在實際的運行過程中，仍存在一（yī）係列的問題，如汙泥膨脹問題、泡沫問題、汙泥上浮問題、流速（sù）不均及汙泥沉（chén）積問題。

（3）SBR

間歇式活性汙泥法簡（jiǎn）稱SBR工藝，一個運行周期可分為五個階段即：進水、反應、沉澱、排水、閑置。這種（zhǒng）一體化工藝的特點是工藝簡單（dān），由於隻有一個反應池，不（bú）需（xū）二沉池、回流汙泥及設備，一般情況下不設調節池，多數情況下可省去初沉池。

特點：大多數情況下，無設置調節池的需要；SVI值較低，易於沉澱（diàn），一般（bān）情況下不會產生汙泥膨脹；通過對運（yùn）行方式的調（diào）節，進（jìn）行除磷（lín）脫氮反應（yīng）；自動化程度較高；得（dé）當時，處理效果（guǒ）優於連續式；單方投資較少；占地規模較（jiào）大，處理水量較小。

存在問（wèn）題：A₂O和氧化溝工藝（yì）均需要較大的池體麵（miàn）積，基建成本高；汙泥回流、沉澱工序複雜、能耗大，普通（tōng）小型汙水（shuǐ）廠難以承擔，不適用（yòng）於汙水廠改造。SBR工藝需要精細度（dù）高的潷水器來（lái）保（bǎo）證（zhèng）出水水質，後續要設置調節池（chí）來調節出（chū）水水量（liàng），對自動化要求高（gāo）。

2.生物膜法：

生物濾池占地麵（miàn）積大，生物接觸氧化池（chí）固定載體施工維護（hù）難度大，且二者均容易發生堵塞，對汙水廠（chǎng）的長期穩定運作造成極大（dà）的（de）困難。生物轉盤處理水量小（xiǎo），僅適用於處理水量小的汙水處理廠（chǎng）。

3.新型工藝

（1）MBBR膜法

MBBR工藝是基於生物濾池和生物流化床工藝發展（zhǎn）起來的，在同時（shí）發揮生物膜法和活性汙泥法的優勢下，克服了生物膜法常遇到（dào）的填料堵塞和反（fǎn）衝洗的高能耗，還克服（fú）了（le）活性汙泥法的（de）汙（wū）泥流失等問題，使其（qí）生物處理效果更（gèng）為有效。

MBBR載體使用（yòng）聚合高分子材料製成，高分子材料中（zhōng）融合多種有利於微生物快速附著生長的微量（liàng）元素（sù），經過特殊工藝改性、構造而成，具有比表麵積大、親水性好、生物活性高、掛膜快（kuài）、處理效果好、使用壽（shòu）命長等優點。

微生物可大量附著在MBBR載體上，使生化處理係統在汙泥濃度不（bú）變的情（qíng）況下生物量得到成倍的提高。係統的處理能力和效率也因此得到相應的提高，強化了對不同水質的抗衝擊性。當附（fù）著在MBBR載體上的生物膜達到一定的厚度時，生物膜形成溶氧梯度，使得在好氧池內載體的內部（bù）仍（réng）存在缺氧區域，使反硝化菌能在載體內部進行反硝化作用，即同步（bù）硝化反硝化。可以（yǐ）有效節省碳源，使其（qí）能在（zài）較低的碳氮比的情況下仍能有良（liáng）好的脫氮能力。

MBBR載體密（mì）度均小於（yú）1，在掛膜之後（hòu）密度與水（shuǐ）相近，能在水體中呈懸浮狀態。在實際操作中，使用曝氣+攪拌使載體在（zài）水體（tǐ）中呈流化狀態，形成氣（qì）-液-固三相流化，強化了氣、液相和載體之間的（de）接觸，大大提高了（le）對氧氣的利用效率，有效降低曝氣量和能耗。

MBBR工藝隻需在原（yuán）有生化工藝（yì）上按比例（lì）投加載體，和設置載體格柵，無需大（dà）量的基建即可起到強化脫氮能力（lì）的作用，大大節省了投（tóu）資成本。在汙水廠的（de）提標改造方麵有良好的發展前景。

（2）短程硝化反硝化

傳統（tǒng）的脫氮（dàn）工藝（yì）是將NH₄⁺氧化成NO₂^-,再氧化成NO₃^-；起作用的分別是亞硝酸菌和（hé）硝酸菌，統稱為硝化菌，可得如下結論：亞硝化過（guò）程產（chǎn）生的能量比硝化（huà）過程產生的能量（liàng）多，因而前者反應速率較後者（zhě）快；亞硝化過程中產生（shēng）大（dà）量的H⁺,使係統pH值降低，而硝化過程對係統（tǒng）的pH值無影響；亞硝化過程和硝化過程好氧比為3:1；亞硝酸菌（jun1）和硝（xiāo）酸菌的生理特性（xìng）大致相似，但前者的時代周期短，生長較快，因此（cǐ）較能適應衝擊負荷和不利的環境（jìng）條件。當硝（xiāo）酸菌（jun1）受到抑製的時（shí）候，將（jiāng）會出現NO₂^-的積累。很顯然，在傳（chuán）統的硝化-反硝化（huà）脫氮過程中，在反硝化菌的作（zuò）用下，反硝化過程既可從硝酸鹽開始，也（yě）可以從亞硝酸鹽開始。但由NO₂^-轉化為NO₃^-，然後由NO₃^-再轉化為NO₂^-的重複轉（zhuǎn）化過程中，要消耗更多的溶解氧和有機碳源。如果在實際過程中（zhōng），控製（zhì）這一轉化過程，使NH₄⁺全部（bù）或絕大部分轉化為NO₂^-而不是NO₃^-，由NO₂^-直（zhí）接（jiē）進行反硝化（huà），稱此過程（chéng）為（wéi）短程硝化-反硝化，經過環境工作者的不懈（xiè）努力，短（duǎn）程硝化-反硝化過程在（zài）許多反應器都（dōu）得（dé）以實現。

與傳統脫（tuō）氮工藝過程相比，短程硝化-反硝化體現出以下（xià）優勢。

節能：硝化階段，供（gòng）氧量節省近25%，降低能耗；節約外（wài）加碳源：從NO₂^-到N₂要比從NO₃^-到（dào）N₂的反硝（xiāo）化過程（chéng）中，減少40%的有機碳源；可以縮（suō）短水力停留時間：在高氨環境下，NH₄⁺的硝化速率和NO₂^-的反硝化速率均比（bǐ）NO₂^-的氧化速率和NO₃^-的反硝化速率快，因此水力停留時間可以縮短，反應器（qì）的容積也相應減小；可減少剩餘汙泥產量：亞硝酸菌表觀產率係數為0.04~0.13gVSS/gN,硝酸菌的表觀產率係數為（wéi）0.02~0.07 g VSS/g N，NO₂^-反硝化菌和（hé）NO₃^-反硝化菌的表觀產（chǎn）率係數分別為0.345 g VSS/g N和0.765 g VSS/g N，因此短程硝化反硝化過程中可以減少產泥24~33%，在反硝（xiāo）化過程中可少產泥50%。

存在（zài）問題（tí）：短程硝化反（fǎn）硝化工（gōng）藝目前還處於研究階段，實際應用（yòng）工程較少。由於短程硝化階段溫度、pH 值等（děng）因素的控製難度較大，需要研發更加完善的在線檢測和模糊（hú）控製（zhì）技（jì）術，以實現穩定的短程（chéng）硝化反硝化，從而不斷擴大短程硝化（huà）反硝化工（gōng）藝的應用

（2）厭氧氨（ān）氧（yǎng）化

厭氧氨氧化作（zuò）用即在厭氧（yǎng）條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮氧化為氮氣的生（shēng）物反應過程。這種（zhǒng）反應通常對外界條（tiáo）件（pH值（zhí）、溫度、溶解氧等（děng））的要求（qiú）比較苛（kē）刻，但這種反應由於不需要氧氣（qì）和有（yǒu）機物的參與，因此對其研究和工藝的開發具有可（kě）持續發展的意義。

厭氧氨（ān）氮化一般前（qián）置短程硝化工藝，將廢水中的一部分氨氮轉化成亞硝酸鹽。目前（qián）在處理焦化廢水、垃（lā）圾（jī）滲濾液等廢水方麵已經有成功的運用實例。

厭氧氨氧化是（shì）一個微生物反應，反應產物為氮氣。具有（yǒu）一些（xiē）優點：由於氨直接作反硝化反應的電子供體，可免去外源有機（jī）物(甲醇)，既（jì）可節約（yuē）運行（háng）費用，也可防止（zhǐ）二次汙染；由於氧得到有效利用，供（gòng）氧能耗下降；由於部分氨沒有經過硝化作用而直接參與厭氧氨氧化反應，產酸量下降，產堿量為零，這樣可（kě）以減少中和所需的化學試劑，降低運行費用，也可以減輕二次汙染。

（5）曝氣（qì）生物濾池（chí）（BAF）

曝氣生物濾池（chí）是 90 年代（dài）初興起的汙水處理新工藝，已在歐美和日（rì）本等發達國家廣為流行。

該工（gōng）藝具有去除 SS 、化學需（xū）氧量、 BOD 、硝化、脫氮、除磷（lín）、去除 AOX （有害物質（zhì））的作用，其特點是集生物氧化和截留懸浮固體與一體，節（jiē）省了後續沉澱池 ( 二沉（chén）池 ) ，其容積負荷、水力負荷大，水力停（tíng）留時間短，所需基建投資少，出水水質好：運行能耗低，運行費用省。

BAF 屬第三（sān）代生物（wù）膜反應器，不僅（jǐn）具有生物膜工藝技（jì）術的優（yōu）勢，同時也起著有效的空間過（guò）濾作用，通過使用特殊的濾料和正確的配氣設計， BAF 具有以下工（gōng）藝特點

1 、采用氣（qì）水（shuǐ）平行上向流，使得氣水進行極好均分，防止（zhǐ）了氣泡（pào）在濾料層中凝結核氣堵現象，氧的利用率高（gāo），能耗低（dī）；

2 、與下向流過濾相反，上向流過濾維持在整個濾池高度上提供正（zhèng）壓條件，可（kě）以更好的避免形成溝流或短流，從而避免通過形（xíng）成溝流來（lái）影響過（guò）濾工（gōng）藝（yì）而（ér）形成的氣阱；

3、上向（xiàng）流形（xíng）成了對工藝有好處的半（bàn）柱推條件（jiàn），即（jí）使采用高過濾速（sù）度和負荷，仍能（néng）保證 BAF 工藝的持久穩定性和（hé）有（yǒu）效性；

4 、采用氣（qì）水平行上向流，使空（kōng）間過濾能被更好的（de）運用，空氣能將固體物質帶入濾（lǜ）床深處，在濾池中能得到高負荷、均勻的固體物（wù）質，從而延長了反衝洗周期，減少清洗時間（jiān）和清洗時用的氣水量；

5 、濾料層對氣泡的（de）切割作用是使氣泡在濾池中（zhōng）的停留時間延長，提高了氧的利用率（lǜ）；

6 、由於濾池（chí）極好的截汙能力，使得 BAF 後麵不需再設二次沉澱池；

適用範圍：

城（chéng）市汙水、小區生活汙水、生活雜排（pái）水和食品加工水、釀造等有機廢水處理。

（4）STCC

“STCC汙水處理及深度淨化技術”是一種新型的多種介質填（tián）料的“曝氣生物濾池技術（shù）”，該技術在“土壤淨化法”的長期實踐經驗基礎上，采用本地天然材料和廢棄材料，研（yán）發出具（jù）有自淨功能的“不飽和炭”、“脫（tuō）氮材料”和“除（chú）磷材料”等（děng）多種介質的填料，組（zǔ）成複合填料床。通過特殊的曝氣係統在填料床中形成好氧（yǎng）缺氧和厭氧交（jiāo）替（tì）的環境，達到脫氮和除磷的目的。