生物脱氮技术在低污染水处理中的应用

郑莹

摘 要：近年来，随着我国经济和社会的飞速发展，也不可避免的带来污染问题，特别是水体污染，其中以水体中氮素超标最为典型。本文综述了生物脱氮技术以及该技术在低污染水处理中的应用，为今后该领域的发展做出一些贡献。

关键词：生物脱氮技术；低污染；水处理；应用

随着我国工业经济和居民生活的飞速发展，污染问题不可避免，特别是生活用水以及农业化肥的过量使用，导致现在低污染的水资源现象已经广泛存在于我国的大江河流以及其他水源。低污染水资源具有水体中碳氮比例小，污染物浓度低，水质水量波动性大等特点，主要来源于城市生活污水、垃圾渗滤液、工业废水等。以往的传统水处理治污方法因其成本高，操作复杂并不适用。对于水资源中氮素的超标以及各种脱氮技术，近些年来已经引起社会各界的广泛关注。本文将重点讨论生物脱氮技术，以期为水处理发展做出一些贡献。

1 传统生物脱氮技术

传统生物脱氮技术以硝化和反硝化作用为其理论基础。即在氧气充足或有氧时，自养型硝化细菌将氨氧化为亚硝酸（盐）和硝酸（盐）；反硝化作用是指在缺氧或厌氧条件下异养型反硝化菌将亚硝酸（盐）和硝酸（盐）还原为氮气的过程并以此达到脱氮目的。传统生物脱氮技术所使用的硝化细菌培养周期长，对水质水量冲击敏感，且因为硝化和反硝化作用难以在时间和空间上进行统一，一般须采用间歇或是于不同的反应器中运行，导致脱氮效率不高，资源浪费。对于低碳氮比例的低污染水来说，传统的生物脱氮技术需要额外添加碳源才能发生反应，即增加了处理成本，又增加了运作难度。

2 厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺

厌氧氨氧化生物脱氨工艺是指在厌氧或是缺氧条件下，微生物以NH4+作为电子受体，以NO2-或N3-为电子受体，最终生成N2的生物氧化反应过程。该工艺最早在1995年的荷兰发现并命名，是脱氮领域的重要突。在此ANAMMOX工艺基础上，又衍生了三种新的工艺，即OLAND限氧自养硝化-反硝化工艺，单相CANON工艺，两相SHARON工艺。国外已将ANAMMOX工艺以及其的衍生工艺应用于工程实践，荷兰于2002在鹿特丹建成了世界上第一个反应器并投入了生产，主要用于处理污泥上的清液，而我国起步较晚，仍处在实验室研究阶段。

相比较于传统的硝化和反硝化生物脱氮技术，该工艺可以节省50%的空间，动力消耗减少60%，运行成本和CO2产量减少量达到90%，不消耗甲醇且剩余污泥产量极少，是目前已知的最为简单和经济的生物脱氮工艺。如果能与其他工艺结合使用，将是较为理想的脱氮方法。迄今为止，对于ANAMMOX工艺的研究大多集中于高氨低碳废水的处理，以垃圾渗滤液或是污泥消化液等为主。对于低污染水质而言，如果按照传统脱氮工艺，若不外加碳源，难以起到较好的脱氮效果。Van de Graaf提出，厌氧氨化过程中，三种无机氮的关系方程式为：△NH3-N：△NO2--N：△NO3--N=1：（1～1.5）：（0.17～0.27）。根据其他研究结论显示，厌氧氨氧化菌并不仅仅局限于高氨高温废水的处理，也可应用于低污染水处理。

3 人工湿地

对于面积较大的低污染水，人工湿地是目前广泛应用的水处理办法，与传统污水处理方法比较，人工湿地简单便捷成本低，不需要专人负责，适用于人口密度低，污染排放少的农村地区。然而该工艺受气温影响较大，在气温低于15℃时，脱氮效果就会明显变差，此外部分潜流湿地存在溶解氧不足的现象，导致硝化反应进行不完全，积累 NO2--N 对微生物产生毒害作用而阻碍生物脱氮过程。有学者发现，反硝化菌与厌氧氨氧化菌的联合使用，可以有效解决其他人工湿地等脱氮方式中存在的碳源不足以及NO2--N积累问题，有效解决脱氮菌在低温及贫营养条件下的驯化，进而减少碳源以及低温对脱氮效果的影响。

4 固定化微生物工艺

固定化脱氮菌是将择优筛选的目标菌株利用固定化技术，或是菌藻联合固定的方法进行加固后投放，对于低污染水处理在一定程度上优于人工湿地的脱氮效果，相教育传统生物脱氮工艺，微生物固定化技术具有极强的抗毒害，抗冲击能力，對温度，PH值，酸碱度以及高盐度等环境适应性增强、稳定性强，可以重复使用，高效经济等一系列优点。微生物固定化技术又可细分为多种具体方法，包括吸附法、共价结合法、包埋法、介质截留法以及无载体固定化法等。而固定化的载体材料主要包括天然载体、人工合成无机载体、人工合成有机高分子聚合物载体及复合固定化载体四种。

目前微生物固定化技术已经在低污染水处理中得到了较为广泛的应用和重视，但也因其局限性，在生态流域修复方面并没有进行大力开展，在未来的研究中，多种生物共生的固定化方式，延长固定化微生物以及其载体使用期限，生物固定化技术与其他水处理方式结合都是我们的研究和发展方向。

5 结论

生物脱氮技术是目前国内外含氮污染水处理采用最多的工艺方法，但因其各有优点与缺点，还没有一种方法可以完全通用于各种低污染水，因此还需要具体针对废水性质，选择和确定合理的处理工艺，并在未来继续研究合适的工艺条件，降低运行成本，为我国水处理领域做出贡献。

参考文献：

[1]张焕杰，阮馨怡，施雪旖等.固定化脱氮菌在低污染水处理中的应用研究[J].工业水处理，2016，36（8）：1-4+27.

[2]王建龙.生物脱氮新工艺及其技术原理[J].中国给水排水，2000，16（2）：25-28.