工業廢水中的生物脫氮工藝及其應用效果比較

當前，氨氮已成為導致我國水體污染的主要污染物.***已將氨氮作為污染物控制約束性指標，為此，對含氨氮工業廢水的排放標準也更為嚴格，以紡織業和稀土業為例，紡織業氨氮的直接排放標準從15mg/L降到12mg/L，稀土行業從50mg/L降到15mg/L，因此，有效降低廢水中氨氮的濃度，并實現廢水達標排放已成為當前水處理技術面臨的緊迫任務.

目前，工業廢水中氨氮的濃度有很大差異.對于高濃度氨氮廢水，一般采取加堿吹脫等預處理，再通過生物脫氮方法深度處理，實現達標排放.以焦化廢水為例，排放廢水中氨氮濃度為1800mg/L左右，可以通過吹脫、化學沉淀等方法可將氨氮濃度預處理降到300mg/L左右，再進行生物脫氮工藝.

傳統的生物脫氮工藝

A/O工藝

在厭氧池中異養菌將污水中的可溶A/O即厭氧-好氧工藝，又稱為前置反硝化生物脫氮工藝

在厭氧池中異養菌將污水中的可溶性有機物和淀粉等懸浮物水解為有機酸.隨后進入好氧池自養菌在充足供氧條件下進行硝化作用將氨態氮氧化為硝態氮，再通過回流返回至厭氧池，在缺氧條件下，異氧菌在缺氧條件下進行反硝化作用將硝態氮還原為分子態氮，從而實現污水無害化處理.表1列出了A/O處理工藝對氨氮工業廢水的研究案例.

通過對比可以看出，針對不同種類的工業氨氮廢水，A/O工藝在實際的工業處理中，針對不同的工業廢水，設計的處理能力不同，其運行成本也不同，且進水氨氮濃度越高，處理成本也越高.在處理無機氨氮廢水時，需向其投加碳源以滿足微生物的生長需求.設計的處理能力普遍高于1000m3/d，進水氨氮濃度在100～300mg/L附近的廢水可降到8mg/L以下，去除率普遍達到90%以上.

1.2A2/O工藝

A2/O工藝亦稱A-A-O工藝，即通常所說的厭氧-缺氧-好氧工藝，在厭氧池的主要功能為釋放磷，使污水中磷的濃度升高，降低部分NH3-N的濃度;在缺氧池中，反硝化細菌利用污水總的有機物作為碳源，將回流混合液中帶入大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放至空氣;在好氧池中，有機氮被氨化繼而被硝化，使NH3-N濃度顯著下降.表2列舉了部分A2/O工藝對工業氨氮廢水的研究案例.

結合表1與表2，A2/O工藝對工業廢水處理的進水氨氮濃度負荷略高于A/O工藝，且表2出水氨氮濃度普遍能達到15mg/L以下，去除率普遍在90%以上.在實際處理過程中，該工藝在應用中的處理能力普遍在1000m3/d以上，在進水氨氮濃度較高的情況下，運行成本也較高.

SBR工藝

SBR是序列間歇式活性污泥法的簡稱，其反應機制和去除污染物的機理與傳統的活性污泥法基本相同，只是運行的操作方式不盡相同的一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥技術.其在處理廢水時一個完整的運行周期包括如下5個階段:(1)進水;(2)反應;(3)沉淀;(4)排水排泥;(5)閑置.表3比較了SBR工藝對工業氨氮廢水處理的指標.

通過對比可以看出，針對不同的工業氨氮廢水，SBR工藝的運行周期不盡相同.在不同的工業處理應用中處理能力也不盡相同，但在不同的進水氨氮濃度條件下，出水氨氮的濃度絕大部分能在10mg/L以下，去除率普遍高于90%，在進水氨氮濃度越高的情況下，處理成本也相應地提高.

MBR工藝

膜MBR又稱膜生物反應器，是一種由膜分離技術與生物反應過程相結合的水處理技術的選擇透過性將反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，同時分別控制污泥停留時間和水力停留時間，使其在反應器中不斷反應、降解難降解的物質從而達到處理效果.表4比較分析了MBR工藝對氨氮工業廢水的處理指標.

通過對比可以看出，MBR工藝在處理工業氨氮廢水中目前使用較多的膜材料為聚偏氟乙烯材料，雖然針對不同的處理對象設計的處理能力不同，但上表中各自的運行成本不高，且在進水濃度約為或小于100mg/L時，出水濃度可達到5mg/L以下，此時去除率達到93%以上.

1.5BAF工藝

BAF是曝氣生物濾池的簡稱，是一種以過濾為主體，集生物氧化和截留為一體的生物膜法處理工藝.曝氣生物濾池以濾池中填裝的粒狀填料為載體以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜為主要處理介質，發揮生物代謝作用，實現污染物在反應器的***作用.表5比較分析了BAF工藝對不同種類的工業氨氮廢水的處理指標.

通過對比可以看出，在BAF工藝中，目前應用較多的載體填料為陶粒.雖然針對不同的氨氮廢水，BAF工藝設計的處理能力不同且普遍較大，但總體運行成本較低，進水氨氮濃度較高的企業運行成本要略高于進水氨氮濃度較低的企業.在進水氨氮濃度約為100mg/L時，可將氨氮處理到5mg/L以下，且去除率約為90%.

1.6氧化溝

氧化溝(OxidationDitch)即連續循環式反應器，是荷蘭工程師在20世紀50年代研究成功的一種活性污泥法，其在延時曝氣條件下將活性污泥和廢水的混合液在封閉的溝渠形的曝氣池中不斷流動.表6列出了氧化溝工藝對工業氨氮廢水的研究案例.

通過對比可以看出，目前在氧化溝工藝中使用的氧化溝類型不盡相同，且在實際工業處理中，該工藝設計的處理能力普遍較大，且運行成本較低.但在氧化溝工藝的處理當中，進水氨氮的濃度普遍不高，在進水濃度小于50mg/L的條件下，出水氨氮濃度能處理到較低水平，處理率大于80%.

2新型生物脫氮工藝

短程硝化反硝化

硝化是廢水生物脫氮過程中必不可少的步驟，短程硝化則是將氨氧化控制在亞硝酸鹽階段的硝化[30]，其反過程.短程硝化反硝化生物脫氮技術的核心是將硝化過程控制在亞硝酸階段，隨后進行反硝化應是在同一個反應器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細菌將氨氧化成亞硝酸鹽，后在缺氧的條件下，以有機物或外加碳源作為電子供體，將亞硝酸鹽進行反硝化生成氨氣.表7列出了短程硝化反硝化對工業氨氮廢水的研究案例.

通過對比可以看出，短程硝化反硝化工藝可處理氨氮濃度較高的工業氨氮廢水，同時其出水氨氮濃度絕大部分在15mg/L附近，達到部分工業廢水氨氮間接排放的標準，且處理率在95%以上.

同時硝化反硝化(SND工藝)

當硝化與反硝化在同一個反應器中同時進行時，成為同時硝化反硝化(SND).廢水中溶解氧受擴散速度限制在微生物絮體或者生物膜上的微環境區域產生溶解氧濃度較高，利于好氧硝化菌和氨化菌的生長繁殖，越深入絮體或膜內部，溶解氧濃度越低，產生缺氧區，反硝化菌占優勢，從而形成同時硝化反硝化過程.表8列出了同時硝化反硝化對工業氨氮廢水的研究案例.

通過對比可以看出，目前對同時硝化反硝化的工業實際應用較少，但依據表8中的案例可以看出工業上該工藝對氨氮的處理在進水濃度較高的條件下，可將出水氨氮濃度降到10mg/L一下，處理率達到99%以上.

厭氧氨氧化(ANAMMOX工藝)

厭氧氨氧化工藝即ANAMMOX工藝，是指在厭氧條件下，微生物直接以NH4+為電子供體，以NO2-或NO3-為電子受體，將NH4+、NO2-或NO3-轉變成N2的生物轉化氧化過程.何巖等[38]研究了SHARON工藝與厭氧氨氧化工藝聯用技術處理“中老齡”垃圾滲濾液的效果，實驗結果表明厭氧氨氧化反應器可在具有硝化活性污泥中實現啟動;在進水氨氮和亞硝酸氮的濃度不超過250mg/L的條件下，氨氮和亞硝酸氮的去除率分別可達到80%和90%.目前，研究仍處于實驗室階段，還需要進一步調整和優化工藝條件，提高聯合工藝處理實際高氨氮廢水的總氮去除效能.

不同方法適用性、優缺點和去除率及成本分析

基于上述不同生物脫氮方法和工藝案例，可了解不同工藝的適用性，為分析應用效果和運行成本提供基礎，具體分析見表9.

通過對以上應用案例進行分析比較，可以看出，在采用同一種處理工藝的條件下，進水氨氮的濃度越高，處理成本也會相應的增大.不同的處理工藝對進水氨氮濃度的要求雖不盡相同，但其出水氨氮的濃度大部分可達到直接排放的標準，且處理率普遍可達到90%以上.A2/O、MBR和氧化溝工藝在實際的工業污水處理應用中，運行成本較低，約為1元/m3.

討論

利用生物脫氮技術可以使工業廢水脫氮，并實現達標排放.目前生物脫氮工藝正朝著更為簡潔、高去除率、低成本的方向發展.由于各種工藝脫氮的能力均有一定的限制條件，提高廢水預處理的水平會使整個脫氮工藝取得更好的效果;隨著脫氮理論研究的深入，新工藝層出不窮，不同工藝有機組合可以達到更好的處理效果.