工业污水处理厂生物脱氮效率提升策略探析

摘要：本文首先对生物脱氮基本原理加以分析，其次对污水处理厂常见脱氮工艺加以阐述，最后对提高生物脱氮效率方式展开探讨，望借此为提高污水处理厂生物脱氮效率提供参考。

关键词：工业;污水处理厂;生物脱氮效率

Abstract：This article first analyzes the basic principles of biological denitrification，secondly describes common denitrification processes in sewage treatment plants，and finally explores ways to improve biological denitrification efficiency，hoping to provide a reference for improving biological denitrification efficiency of sewage treatment plants .

Key words：Industry;Sewage treatment plant;Biological nitrogen removal efficiency

污水處理工艺中脱氮技术的应用发展历史可追溯至20世纪，并在工程实践中得以广泛应用。此外，污水处理进程中，水质中氮的含量为衡量水质的一线重要指标，因此脱氮工艺成为污水处理的重要环节。一旦排入江河湖海等水体中的水质含氮量较高，将会导致水体产生富营养化，严重危害生态环境及人体健康，因此，在污水处理过程中须注重生物脱氮效率的提升。

1 生物脱氮基本原理

传统生物脱氮理论中，生物脱氮过程通常分为反硝化阶段、硝化阶段、氨化阶段三个阶段，其中氨化阶段即指借助异养型微生物、好氧型生物的应用，分解并氧化污水中的含氮有机物，生成氨氮;硝化阶段即指借助硝化菌的应用同氨氮产生硝化反应，生成NO3-及NO2-。反硝化阶段即指借助反硝化菌同NO3-及NO2-产生反硝化反应，生成N2。生物脱氮工艺流程主要可分为氧化沟工艺、两级活性污泥法脱氮工艺、传统脱氮工艺等。其中所涉及化学反应主要如下：

一为硝化反应。主要由硝化、亚硝化两步骤展开，反应活动分别选用自养型硝酸盐细菌、自养型亚硝酸盐细菌两种不同硝化菌完成反应。所选用硝化菌对环境较为敏感，因此，在反应过程中反应环境须满足以下条件：①好氧条件，即DO≥1mg/l，同时还应维持一定碱度，并保持适宜的pH值，pH数值以8.0-8.4间为宜;②反应环境温度应适当，以20-30℃为宜，若环境温度不足15℃，硝化反应速度将会受影响而降低，硝化反应在温度不足5℃的环境下将会停止反应;③水中所浸入有机物浓度应适中;④硝化菌于反应器中所搁置时间即污泥龄不可低于最小世代时间，通常为3d-10d。

二为反硝化反应。NO3--N及NO2--N中的N存在两种反应方式：一为可与同化反硝化反应生成有机氮化物，为菌体最终构成部分，二为可与异化反硝化反应生成有机氮气。为达成上述反应均需满足以下几点要求：①碳源。外加碳源、污水中有机物为污水中碳源的主要来源，若污水中C/N值超出3-5，则表明碳源充足，不需再加碳源，若碳源不足，需借助外加甲醇，补充碳源。②pH值。为保证反应生成，需保证适宜pH值，pH值以6.5-7.5为宜，若pH值<6或>8，均会对反硝酸反应效率造成影响。③溶解氧。缺氧环境下，反硝化菌将会生成反硝化反应，故需将溶解氧控制于0.5mg/l范围内。④温度。此反应对环境温度提出较高要求，温度应以20-40℃为宜，若温度不足15℃将会大幅降低反应效率。

2 污水处理厂常见脱氮工艺

遵循污水处理厂水质要求下对我国较为成熟的几种脱氮工艺如MBR、A2/O、曝气生物滤池等加以比对，望借此为污水处理厂提升脱氮效率提供一定参考。

以工艺原理层面分析，A2/O工艺为在不同微生物硝化、反硝化及好氧氧化等作用下去除污水中的氨氮、有机物、总氮，并以二沉池完成水、泥的分离;曝气生物滤池工艺即指借助不同微生物在滤池表层生物膜中所产生的硝化、反硝化、好氧氧化等反应，完成污水中总氮、有机物、氨氮的去除，再借助过滤反应，对出水质量加以保障。MBR工艺即为利用好氧、厌氧、缺氧段微生物的反硝化、氧化及硝化反应将污水中的氨氮、总氮、有机物予以去除，利用膜完成泥水分离。

以工艺特征层面分析，A2/O工艺以悬浮型活性污泥法为主，具备工艺流程简洁及水头损失小等特征，且运行管理经验较为成熟，在出水方面具备较高可靠性，运行模式调整便捷，可对不同工况所提出要求加以满足。曝气生物滤池工艺则以附着型生物膜法为主，具备基建投资少及占地面积较小等特点，但此工艺不足之处在于对自控要求较高，所产生污泥量大及对进水水质要求较高等。MBR工艺所采用方法为膜技术、A2/O悬浮活性污泥法二者的结合，具备占地面积较小、出水质量高及抗冲击负荷低等特点，但此工艺不足之处在于对水质要求较高且设备投资大。

以外界条件适应性而言，A2/O工艺出水水质稳定，并可良好适应外部条件。MBR工艺出水水质较为稳定，对外界条件也可良好适应，而曝气生物滤池工艺出水水质较为稳定，具备强外界适应能力。

从运行管理方面分析，A2/O工艺流程简洁，在运行管理方面也具备较为成熟的经验，在运行过程中无须配置大量设备便可完成。MBR工艺具备较高的自控要求且构筑物较少。曝气生物滤池工艺有着滤池环境差、流程繁琐、设备多及管理困难等不足。

3 提高生物脱氮效率方式

3.1 厌氧氨氧化

厌氧环境下，NH4+-N、NO2--N分别作为电子供体、电子受体，可生成氮气，此即为厌氧氨氧化，主要涉及亚硝化反应、厌氧氨氧化两个过程，亚硝化细菌可在氧气充足条件下实现NH4+-N向NO2--N的转变，缺氧条件下，NO2--N则可成为电子受体，实现NH4+-N向氮气的转化。此方式所具备优势如下：一为无须外加碳源，以NH4+-N为电子供体，可实现费用的大幅节约;二为降低能耗，若不考虑细胞合成因素，则可至少降低62.5%的能耗。厌氧氨氧化反应中每氧化1molNH4+-N仅需0.75mol即可，而在硝化反应中最低耗氧量为2mol;三为中和试剂使用量较少，通常情况下，生物产碱量在厌氧氨氧化反应中多为0，同时产酸量也会随之降低。

3.2 短程硝化反硝化

传统生物脱氮理论指出，污水处理中借助亚硝化细菌、硝化细菌的应用，可将水中含有的NH4+-N氧化生成NO3--N，而借助反硝化细菌作用则可生成氮气。在污水处理过程中，为推动脱氮效率的提升，可在NO2--N阶段便完成硝化反应，至NO2--N成为最终电子受体为止，同时，有机物则可成为电子供体，完成反硝化。由此可见，严格控制反应环境条件即为实现短程硝化反硝化重要步骤，通过此步骤还可累积大量NO2--N。此方式所具备优势如下：一为耗能低，借助缩短硝化过程的方式，可将曝气供氧量至少降低25%;二为低碳源消耗，反硝化过程中所应用的有机碳源消耗量同传统方式相比至少降低40%;三为反应时间较短，且借助反硝化过程还可减少反应器容积，至少可节约30%～40%;四为反硝化效率高，同NO3--N氧化效率相比，可提升63%;五为污泥产率低，以硝化过程为例，硝化过程产泥量至少减少33%～35%，而在反硝化过程中可至少可降低55%的产泥量。

4 结束语

综上所述，伴随水资源紧缺现象的日渐加剧，提高污水处理水平，保障出水水质以及提升水资源利用率尤為必要。其中脱氮工艺为保障污水处理质量的重要内容，因此，本文围绕工业污水处理厂生物脱氮效率提升策略展开研究，对厌氧氨氧化、短程硝化反硝化两种提高生物脱氮效率方式的优势加以阐述，望借此可切实推动工业污水处理厂生物脱氮效率增长。

参考文献

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收稿日期：2020-06-13

作者简介：马玉成（1987-），男，汉族，本科学历，环境保护工程师，研究方向为环保工艺设计、环保企业管理、工程管理。