关键词：脱氮工艺；生化处理；脱氮理论
1.前言
随着经济的发展和人们生活水平的日益提高，对环境问题的关注与重视度也越来越高。污水脱氮问题备受关注。
目前，国内外对含氮污水的处理方法，主要分为：物化处理法、人工湿地法、传统生化处理工艺、新型高效生化处理工艺。本文简单介绍了几种污水脱氮工艺，其中主要介绍了几种新型高效脱氮工艺。
2.脱氮工艺介绍
2.1 物化处理法
物化法脱氮工艺就是通过物理化学的方法去除污水中的氮，其主要有：化学沉淀法、空气吹脱和蒸汽汽提法、折点氯化法、电渗析法等[1]。
2.1.1 化学沉淀法
化学沉淀法是向污水中投入MgO和H3PO4等物质，使其与污水中的氨氮等物质反应生成难溶于水的复盐沉淀物，再通过物理方法等将沉淀从水中去除。该方法可处理高浓度氨氮污水，且与传统生化处理方法相比，若PH等条件控制合适，除氮效率可至90%，具有节省能耗，不受反应温度限制的有点，并且其产物可作为农作物的肥料，具有一定的环保意义。
反应式：
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2.1.2 空气吹脱和蒸汽汽提法
该方法主要是利用氨氮等挥发性物质的实际浓度和平衡浓度之间的差异，在碱性条件下，用空气吹脱或蒸汽汽提等方法，使污水中的氨氮等物质由液态变为气态，从而达到污水脱氮的作用。该方法操作简单，除氮效率可达90%以上，但易受温度的影响且脱出来的氮会对周围环境造成污染，所以该方法还未大量使用。
2.1.3 折点氯化法
折点氯化法的原理是：将氯气或次氯酸钠通入污水中，当通入量达到某一点时，污水中的游离氯含量很低且污水中的氨的浓度降低为零，当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多。因此，该点为折点。这种方法称为折点氯化法。而污水中的氨氮通常被氧化为无害气体氮气[2]。
其反应方程式为：
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此方法可以用于处理高浓度氨氮污水，具有节省能耗，操作简单，脱氮效率可达90%等优点，但由于氯气和次氯酸成本很高、不易储备运输和储存。所以，该方法成本过高不宜处理大水量的污水。
2.2 传统生化处理工艺
传统的污水生物处理工艺主要有：A-O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺等，它们皆依靠于硝化反硝化脱氮理论。由脱氮理论可知，脱氮过程主要包括硝化和反硝化两个过程[3-5]。污水中的有机态氮通过氨化菌分解成无机的氨态氮，再由硝化细菌氧化成亚硝酸和硝酸，使氮被氧化；然后再通过反硝化细菌使亚硝酸和硝酸还原成氮气。而生物脱氮的关键主要在于硝化和反硝化的过程[1]。硝化和反硝化反应式如下：
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由上述反应式可知，传统的生化处理工艺脱氮时需要大量的能量和溶解氧，同时在反硝化细菌进行反硝化过程时需要大量的碳源，尤其在处理高浓度的氨氮污水时更甚。所以，目前传统的生化脱氮处理技术已经不能满足要求[6]。2.3 新型高效生化处理工艺
针对传统生化处理工艺耗能多、需氧量大、碳源需求大等特点，近几年来，研究人员研究出了新型生化处理工艺。
根据脱氮理论可知，硝化过程是由两类细菌独立完成的，使硝化过程控制到亚硝酸盐阶段，直接进行反硝化阶段，由反硝化细菌将亚硝酸盐还原成氮气。这样可缩短硝化反应时间，提高了脱氮速率。该工艺的反硝化反应始于亚硝酸盐，由反应式可知，与传统工艺相比，可节省需氧量与碳源，并且降低了运行的费用和污泥产量。
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有机氮
图1. 废水脱氮可能的途径
据上图理论，研究人员开发了新型高效的脱氮工艺，其中较典型的有：短程硝化反硝化、厌氧氨氧化（ANAMMOX）、同步硝化反硝化工艺（SND）等。具体阐述如下：
2.4.1 短程硝化反硝化技术
由脱氮理论可知，硝化阶段可以控制在亚硝酸盐阶段，在反硝化过程中以亚硝酸根为电子受体，缩短了硝化反硝化过程的时间，称为短程硝化反硝化。通过控制温度，使硝化反应只进行到亚硝酸盐过程，以达到减少反应时间的目的[7]。
由短程硝化反硝化理论可知，该技术对比于传统生化工艺具有降低能耗、节省外加碳源、缩短反应时间、减少污泥产量，同时也具有简化了工艺流程等优点。
短程硝化反硝化的关键是控制硝化反应进行到亚硝酸盐阶段，但是由于硝酸菌能迅速的把亚硝酸氧化，亚硝酸积累不易控制。
2.4.2 厌氧氨氧化技术
厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌直接以氨氮为电子供体，以亚硝酸氮或硝酸氮为电子受体，将氨氮和亚硝酸氮、硝酸氮转化为氮气，以实现对氮素的去除的技术。厌氧氨氧化技术具有耗氧量少、节省外加碳源、减少污泥产量和无二次污染等特点。
目前厌氧氨氧化技术还不成熟，且由于厌氧氨氧化技术启动时间较长，运行条件苛刻，制约了其在实际生活中的应用。但厌氧氨氧化技术实现了氨氮最短途径转换，具有其他工艺无可比拟的优点。所以，该工艺具有较好的研究前景和意义[8]。
2.4.3 同步硝化-反硝化技术
传统的脱氮理论认为硝化-反硝化过程不能同时进行。因硝化细菌是自养、好氧菌，而反硝化菌是兼性异养菌，因此这两个过程不能同时进行。但是，近来研究报道发现了好氧反硝化细菌和异养硝化菌，这是一个重大的发现。
在SND工艺中硝化-反硝化过程在同一个反应器中进行，因此，该工艺具有节省基建投资、缩短反应时间、提高脱氮效率等优点。同步硝化反硝化技术具有重要的意义和广阔的研究前景。目前，SND工艺技术还不成熟，其作用机理及在实际生活中应用还需进一步的研究[9-10]。
3.总结
综上所述，污水脱氮技术近几年来有了突破性的进展，尤其是在生物脱氮技术方面。研究发现了多种节能高效的生物脱氮新技术。但是，新型工艺还未在实际生活中进行大规模应用。而随着近年来环保要求的提高，新型生物脱氮工艺不仅要求具有高的脱氮效率，还需要其符合可持续发展的要求，并可以大规模稳定的应用于实际生活中。所以，污水脱氮技术有待于进一步的研究与优化。
参考文献
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[9] 吕其军，施永生.同步硝化反硝化技术[J].昆明理工大学学报，2003，28（6）：92-94.
[10] 刘隽.SND型生物接触氧化工艺处理医疗污水脱氮效果[D].合肥工业大学，2009.
论文作者:王倩
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年5期
论文发表时间:2020/4/30
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