總氮去除工藝

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

一、原（yuán）理

總氮是指（zhǐ）可溶性及懸浮物顆粒中的含氮量，包括NO₃^-，NO₂^-和NH₄⁺等（děng）無機氮和氨基酸、蛋白質和有機胺等有（yǒu）機氮（dàn）。生物脫氮首先是在厭氧環境內，通過氨化作用將有機氮轉（zhuǎn）化為氨氮，這一過程稱為（wéi）氨化過程，氨化（huà）過程很容易進行，在一般無數處（chù）理設施中均（jun1）能完（wán）成；然後在好氧環境內，通過硝化作用，將（jiāng）氨氮（dàn）轉化為硝態氮；隨後在缺氧環境（jìng）內（nèi），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

脫氮的主要工藝包括活性汙（wū）泥法（A²O、氧化溝、SBR等）和生物膜法（生物（wù）濾（lǜ）池、生物接觸氧化池（chí）、生物轉盤等），對汙（wū）水（shuǐ）中（zhōng）的氮都有良好的（de）去除效果，但在工藝以及操作上存在一定的局限性和複雜性。

1.活性汙泥法（fǎ）：

（1）A²O法

A²O法即厭氧（yǎng）一缺氧一好氧活性汙泥法。汙水在流經厭氧、缺氧、好氧三個（gè）不同功能分區的過程中，在不同微生物菌群的作用下，使汙水中的有機物、N、P得到（dào）去除。A²/O法是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間短，在厭氧、缺氧、好氧交替運行的條（tiáo）件下，可抑製（zhì）絲狀菌的繁殖，克服汙泥膨脹，SVI一般小於100，有利於處理後的汙水與汙泥分離，厭（yàn）氧和缺氧段（duàn）在運行中隻需輕緩攪拌，運行費用低。該工藝在國（guó）內外使用比較廣泛。

優點：該工（gōng）藝為最簡單的同（tóng）步脫氮除磷，總的水力停留時間，總產占地麵積少；在厭氧的好氧交替運行條件下，絲狀菌得不到（dào）大量增殖，無汙（wū）泥膨脹；汙泥中含磷濃度高，具有（yǒu）很高的肥效；運行中勿需投藥，隻用輕（qīng）緩攪拌，運行費低。缺點有（yǒu）：除磷效果難於再（zài）行（háng）提高，汙泥增長（zhǎng）有一定的限度，不易提高；脫氮效果也難於進一步提（tí）高，內循環量不宜（yí）太（tài）高，否則增加運行費用（yòng）；對沉澱（diàn）池要（yào）保持一定的濃度的溶解氧，減少停留時間，溶解（jiě）濃度也不宜過高，以防止（zhǐ）循環混合液對缺反應器的幹擾。

（2）氧化溝

氧化溝又稱連續循環反應器，是20世紀50年代由荷蘭的公共衛生所（TNO）開發出來（lái）的。氧化溝是常規活性（xìng）汙泥法的一種改型和發展，是延時曝氣（qì）法的一種特殊形式。其主要功能是供氧；保證其活性汙（wū）泥呈懸浮狀（zhuàng）態，是汙水、空氣（qì）、和（hé）汙泥三（sān）者充（chōng）分混合與接觸；推動水流以一定的流速（sù）（不低於0.25m/s）沿（yán）池（chí）長循環流動，這對保持氧化（huà）溝的淨化功能具有（yǒu）重要的意義。氧化溝具有出水（shuǐ）水質好、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（yú）自動化控製等優點。但（dàn）是，在實際的運（yùn）行過程中（zhōng），仍存在一係列的問題，如汙泥膨脹問題、泡沫問題、汙泥上浮問題、流速不均及汙泥沉積（jī）問題（tí）。

（3）SBR

間歇式活性汙泥法簡稱SBR工藝（yì），一個運行周期可分為五個階段即：進水、反應、沉澱（diàn）、排水、閑置（zhì）。這種一體化工藝（yì）的特點是工藝簡單，由於隻有一個反應池，不需二沉（chén）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（kuàng）下，無設（shè）置調節池的需要；SVI值較低，易於沉（chén）澱（diàn），一般情況下不會產生（shēng）汙泥膨脹；通過對運行方式的調節，進行除磷脫氮（dàn）反應；自動化程度（dù）較高；得當時，處理效（xiào）果優於連續（xù）式（shì）；單方投（tóu）資較少；占地（dì）規模較（jiào）大，處理水量較小。

 存在問題：A₂O和氧化（huà）溝工藝均需要較大的池體麵積，基（jī）建成本高；汙泥回流、沉澱工序複雜、能（néng）耗大，普通（tōng）小型汙水廠難以承擔，不適用於汙水廠改造（zào）。SBR工藝需要精細度高的（de）潷水器來保（bǎo）證出水水質，後續要設置調節（jiē）池來調節出水水量，對自動化要求高。

 2.生物膜法：

 生物濾池占地麵積大，生物接觸氧（yǎng）化池固（gù）定載體施工維護難度大，且二者（zhě）均容（róng）易發生堵塞，對汙水廠的長期穩定運作造成極大的困難。生物轉盤處理水量小，僅適用於處理水量小（xiǎo）的（de）汙水處理廠。

 3.新型工藝（yì）

（1）MBBR膜法

MBBR工藝是基於（yú）生（shēng）物濾池和生物流化床工藝（yì）發展起（qǐ）來的，在（zài）同時發揮（huī）生物膜法和活性（xìng）汙泥法的優勢下，克服了（le）生物膜法常（cháng）遇到的填料（liào）堵塞和反衝洗的高能耗（hào），還克服了活性汙泥（ní）法（fǎ）的汙（wū）泥流失等問題，使其生物處理效果更為有效（xiào）。

MBBR載體使用聚合高分子材料製成，高分子材料中融（róng）合多種（zhǒng）有利於微生物快速附著生長的微量元素，經過特殊工藝（yì）改（gǎi）性、構造而成，具有（yǒu）比表麵積大、 親水性好、生（shēng）物活性高、掛膜快、處理效果好、使用（yòng）壽命長等優點。

微生物可（kě）大量附著在MBBR載體上，使生化處理係統在汙泥濃度不變的情況下生物量得到成倍的提高（gāo）。係統的（de）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。當附著在MBBR載體（tǐ）上的生物（wù）膜達到一定的（de）厚度時，生物膜形成溶氧梯度（dù），使得在好氧（yǎng）池內載體的內部仍存在缺氧區域，使反硝化菌能（néng）在載體內部進行反硝化作用，即同（tóng）步（bù）硝化反硝（xiāo）化（huà）。可以有效節省碳源，使其能在（zài）較低的碳氮比的情況下仍能有良好的脫氮能力。

MBBR載體密度均（jun1）小於1，在掛（guà）膜之後密度與水相近，能在水體中呈懸浮狀（zhuàng）態。在實際操作中，使用曝氣+攪拌使載體在水體中呈流化狀態（tài），形（xíng）成（chéng）氣-液（yè）-固三（sān）相流化，強化了氣、液相和載體之間的接觸，大大提高了對氧（yǎng）氣的利用效率，有（yǒu）效降（jiàng）低曝氣量和能耗（hào）。 

MBBR工藝隻（zhī）需在原有（yǒu）生化工藝上按比例投加載體，和設置載體格柵，無需大量的基建即可（kě）起到強化脫氮能力的（de）作用，大大節省（shěng）了投資成本。在汙水廠的提標改造方麵有良好的發展前景。

（2）短程（chéng）硝化（huà）反硝化

傳統的脫氮工藝是將NH₄⁺氧化（huà）成NO₂^-,再氧化成NO₃^-；起作用的分別是（shì）亞硝酸菌和硝酸菌，統稱為硝化菌，可得如下結（jié）論：亞硝化過程產生的能量比硝（xiāo）化過程產生的能量多，因而前者反應速率較後者快；亞硝化過程中產生大量的H⁺,使係統pH值降低，而硝化過程對係統的pH值無影響；亞硝化過程和硝化過（guò）程好氧比為3:1；亞硝酸菌和硝酸菌的生理特性大致相似，但前者的時代（dài）周期短，生長較快，因此較能適應衝擊負荷（hé）和不利（lì）的環境條件。當硝酸菌受到抑製的時候，將會出現NO₂^-的積累。很顯然，在傳統的硝化-反硝（xiāo）化脫氮（dàn）過程中，在（zài）反硝化菌的作用下，反硝化過程既可從硝酸（suān）鹽開始，也可以從亞硝酸鹽開始。但由（yóu）NO₂^-轉化為（wéi）NO₃^-，然後（hòu）由NO₃^-再轉化（huà）為NO₂^-的重複轉化過程中，要消耗更多的溶解氧和有機碳源。如果在實際過程中，控製這（zhè）一轉（zhuǎn）化過程，使（shǐ）NH₄⁺全部或絕大部分轉化為NO₂^-而不是NO₃^-，由NO₂^-直接進行（háng）反硝化，稱此過程為短（duǎn）程硝化-反硝（xiāo）化，經過環境工（gōng）作者的不懈努力，短程硝化-反硝化（huà）過（guò）程在許多反應（yīng）器都得以實現。

與傳統脫氮工藝過（guò）程相比，短程硝化（huà）-反（fǎn）硝化體現出以下優勢。

節能：硝化階段，供氧量節省近25%，降低能耗；節約外加碳源：從NO₂^-到N₂要比從NO₃^-到N₂的反（fǎn）硝化過程中，減（jiǎn）少40%的有機碳源；可以縮短水力（lì）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，反應器的容積也相應減小；可減少剩餘汙泥產量：亞（yà）硝酸菌表觀產率係數為0.04~0.13gVSS/gN,硝（xiāo）酸菌的表觀產率（lǜ）係數（shù）為0.02~0.07 g VSS/g N，NO₂^-反（fǎn）硝化菌和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%，在反硝化過程中可少產泥50%。

存（cún）在問題：短程硝化反硝化工藝目前還處於研究階段，實際應用工程較少（shǎo）。由於短程硝化階段溫度、pH 值等因素的控製難度較大，需要（yào）研發更加完善的在線檢測和模糊控製技術，以實現穩定的短程硝化（huà）反（fǎn）硝化，從而（ér）不斷擴大短程硝化反硝化工藝的應用

（2）厭氧氨氧化

厭氧氨氧化作用即在厭氧條（tiáo）件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為（wéi）電子受體，將氨氮氧化為氮氣的生物（wù）反應過（guò）程。這種反應通常對外界條件（pH值、溫（wēn）度、溶解氧等）的（de）要求比（bǐ）較苛刻，但這種反應由於不（bú）需要氧氣和有機（jī）物的參與，因此對其研究（jiū）和工藝的開發具有可持續發展的（de）意義。 

厭氧氨氮化一般前置短程（chéng）硝化工藝，將廢（fèi）水中的一部分氨氮轉化成亞硝（xiāo）酸（suān）鹽。目前在處理焦化廢水、垃圾滲濾液等廢水方麵已經有成功的運用實例。

厭氧氨氧（yǎng）化是一個（gè）微生物反（fǎn）應，反應產物為氮氣。具有一（yī）些優點：由於（yú）氨直接作反硝化反應的（de）電子供體，可免（miǎn）去外源有機物(甲醇)，既（jì）可節約運行費用，也可防止二次汙（wū）染；由於氧得到有效利用，供氧能耗下降；由於部分氨沒有經過硝化作用而直接（jiē）參與厭氧氨氧化反應（yīng），產酸量下降，產堿（jiǎn）量為零，這樣可以減少中和所需的化學試劑（jì），降低運行費（fèi）用，也可以減輕二次汙染。

（5）曝氣生物濾池（BAF）

  曝氣生物濾池是（shì） 90 年代初興（xìng）起的汙水處理（lǐ）新工藝，已在歐美和日本等發達國家廣為流行。

該工藝具有去（qù）除 SS 、化學需氧量、 BOD 、硝化、脫氮、除磷、去除（chú） AOX （有害物質）的作用，其特點是集生物氧化和截留懸浮固體與（yǔ）一體（tǐ），節省了後（hòu）續（xù）沉澱（diàn）池 ( 二沉池 ) ，其容積負（fù）荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需（xū）基（jī）建投資少，出水水質好：運行能耗低，運行費用（yòng）省。

 BAF 屬第三代生物膜反應器，不僅具有（yǒu）生物膜工藝技（jì）術的優勢，同（tóng）時也起著有效（xiào）的空間過濾作用，通過使用特殊（shū）的濾料和正確的配氣（qì）設計， BAF 具有以下工藝特點

1 、 采用氣水平行上向流，使得（dé）氣水進行極好（hǎo）均分，防止了氣泡在濾料層中凝結（jié）核氣堵現象，氧的利用率高，能耗低；

2 、與下向流過濾相反，上向流過濾（lǜ）維持在整個濾池高（gāo）度（dù）上提供正壓條件，可以更好的避免形成溝流（liú）或短流，從而避（bì）免通過（guò）形成溝流（liú）來影響過濾（lǜ）工藝而形成的氣阱；

 3、上向流形成了對工藝有好處的半柱推（tuī）條（tiáo）件，即使采用高過濾速（sù）度和負荷，仍能保證 BAF 工（gōng）藝（yì）的持久（jiǔ）穩定性和（hé）有效性；

 4 、采用氣水平行上向流，使空間過濾能被更好的運用，空氣能將固體物質（zhì）帶入濾床深處，在濾（lǜ）池中能（néng）得到高負荷、均勻的（de）固體物質，從（cóng）而延長了反衝洗周期，減少（shǎo）清洗時間和清洗時用的（de）氣水量；

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

6 、由於濾池極好的截（jié）汙能力（lì），使得 BAF 後麵不（bú）需再設二次沉澱池；

適用範圍：

城市汙水、小區（qū）生（shēng）活汙水、生活雜排水和食品加工水、釀造等有機廢水處理。

（4）STCC

“STCC汙水處理及（jí）深度淨（jìng）化技（jì）術”是一種新型的多種介質填料的“曝氣生（shēng）物濾池技術”，該技術在“土壤淨化法”的（de）長期實踐經驗基礎上，采用本地天然材料和廢棄材料，研發出具有自淨功能的“不飽和炭”、“脫（tuō）氮（dàn）材（cái）料”和“除磷材料”等多種介質（zhì）的填（tián）料，組成複合（hé）填料床。通過特（tè）殊（shū）的曝氣係統在填（tián）料床（chuáng）中形成好氧缺氧和厭氧交（jiāo）替的環境，達到脫氮和除磷的目的。 

技術名稱STCC寓（yù）意：ST代表standard(標準)，第一個（gè）C代表 combination(組合（hé）)，第（dì）二個C代表carbon(碳) ，STCC意即“標準化組合的、以碳係材料生物濾池為核心的汙水處理及深度淨化技術”。

處理城鎮汙水後的出水優（yōu）於國家《城鎮汙水處理廠汙染（rǎn）物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準，可以達到（dào）國家《地表水環境質（zhì）量標準》(GB3838—2002）Ⅳ類標準。

適用範（fàn）圍：

城鎮生活汙水處理及深度處理、生態型城（chéng）市汙水（shuǐ）處理廠、河流湖泊水（shuǐ）體淨化與修複（fù）。