高效生化法脱氮

硝化菌完全不具备这样的功能，硝化菌不具有杀菌抑菌和分解有机物的功能，不会因为有硝化菌的存在影响异营菌的繁殖，过多的有机物和异营菌却是硝化菌的天敌，被有机物侵占的滤材硝化菌无法在上面生长繁殖，随着开缸时间的延长，陶瓷环等生物滤材会逐渐的被有机物残渣覆盖，鱼缸的硝化能力会越来越弱，直到有一天所有的滤材都被占满，硝化系统崩溃。定期清洗滤材对于硝化菌的培养是很有必要的。

氨氮、废物、水处理一直是化学环境保护研究的重要课题之一。在控制氮污染物方面，国内外主要采用生物脱氮技术。研究的热点是如何改进传统的硝化和反硝化工艺。特别是对于高浓度氨氮废水，低碳源废水迫切需要解决反硝化过程中碳源不足、总氮去除率低的问题，为高浓度氨氮废水的高效生物脱氮提供了可行的途径。

1、来源于低碳源废水的高氨氮。

(1)焦化废水。焦化废水中含有高浓度氨氮和难降解有机化合物。进入生化装置的污水中的COD一般为1200-1300mg/L，BOD5/COD为0.30.4，氨氮浓度一般为200-700mg/L（31）。生化处理后的外部排水中的COD为250-400mg，难以达到国家规定的排放标准。除了作为营养盐消耗，氨氮几乎没有被清除。

（2）味精废水。在味精的生产过程中使用了大量的液氨，使得排放废水中的氨氮超标。离子交换提取谷氨酸后排放的谷氨酸母液为35-65g。经硅藻土吸附聚合硫酸铝混凝处理后，COD仍高达20-30g/L，氨氮浓度约为5-6g/L[410。

(3)垃圾渗滤液。垃圾渗滤液的成分比较复杂，不仅含有高浓度的有机物，还含有高浓度的氨氮、碱、重金属等。在垃圾填埋初期，垃圾渗滤液具有良好的生化性能，BOD5/COD达到0.7左右。随着垃圾填埋时间的延长，垃圾渗滤液的COD减少(5.10mg/L)，其中生物难降解成分增多，可生化性降低，BOD5/COD较低(0.1-0.3)；氨氮的浓度增加，高达1-2g/L，C和N的质量比小于3(51.

(4)化肥废水。化肥废水中氨氮浓度为500-700mg/L，部分氨氮浓度为12g/L，COD浓度为400-500mg/L，C与N质量比非常低。

（5）气体废水。在清洗、冷却和净化过程中，气体会产生大量成分复杂的废水。废水中的COD和氨氮浓度较高，COD浓度为1200，1400mg/L，BODS浓度为400-500mg/L，氨氮浓度为20（）1250mg，/L，C和N的质量比约为2L73。

(6)养殖废水厌氧消化液。养猪废水经厌氧处理后，COD为1000-v1500mg/1。由于大多数可降解有机物在厌氧处理阶段被去除，厌氧消化液的BOD5/COD降至0.19，可生化性很差。氨氮在厌氧处理阶段并没有被去除，反而使其升高，氨氮浓度高达700-800mg/L，C与N的比值仅为0.2-0.3[]，

2存在传统生物脱氮工艺问题。

下列传统硝化一反硝化工艺问题：

(1)硝化细菌增殖速度缓慢,很难保持高生物浓度,导致系统的总水力停留时间(HRT)很长一段时间,低有机负荷,增加基础设施投资和运营成本;(2)硝化过程是在氧气条件下完成,需要大量的能源消耗;(3)反硝化过程需要一定数量的有机物质,废水中的COD大部分是通过曝气去除,需要额外的碳源;(4)为了保持系统的高生物浓度和获得良好的脱氮效果,污泥回流和硝化液回流必须进行,增加功耗和运行成本;(5)抗冲击能力弱,高浓度氨氮和亚硝酸盐会抑制硝化细菌的生长;(6)为了中和硝化过程产生的酸度,需要添加碱中和,增加处理成本。传统的生物脱氮过程是通过硝化反应和反硝化反应来实现的，其反应受到一定的限制:

一方面，在大量有机物质的存在下，氧气和营养物质的竞争不如氧气和营养物质的竞争好，导致不同的细菌的优势，使亚硝酸盐或硝酸盐不能很好地转化为亚硝酸盐；另一方面，反硝化需要一定的有机物作为电子供体10]0以上硝化细菌和反硝化细菌的不同要求导致生物脱氮反应器的不同组合，如同一污泥完成的单一污泥工艺和不同污泥完成的硝化和反硝化过程。前者通过使用分离的硝化和反硝化反应器来实现交替的好氧区和厌氧区。如果硝化后需要返回硝化水；如果硝化前需要添加碳源作为电子供体，并增加处理成本。这一困境在城市污水处理中并不明显，但在高氨和低碳废水处理中非常突出。许多研究人员认为，在废水生物实际脱氮过程中，只有当C和N的质量比大于4时，反硝化细菌才能满足碳源的需要，达到完全脱氮的目的。对于高氨氮和低碳废水，废水本身可以提供的碳源无法满足，因为废水中的C和N质量比较低。

反硝化的要求，总氮的去除率不高。这是高氨氮、低碳源废水处理中遇到的一大困难，采用传统的生物脱氮工艺。

3研究高氮低碳废水生物脱氮技术进展。

近年来，生物脱氮理论取得了很大进展。人们试图突破生物脱氮的困境从各个方面,如发展短程硝化反硝化脱氮过程,发现生物化学过程氨和亚硝酸盐/硝酸盐转化为氮气在缺氧条件下,这个过程被称为厌氧氨氧化(ANAMOX);一个新的生物脱氮过程,也就是说,半硝化,一个厌氧氨氧化过程,它有一个非常明显的优势在需氧量和碳源,具有广泛的应用前景。

3.1硝化一反硝化短程。

短程硝化和反硝化是在亚硝酸盐阶段终止硝化过程，直接进行反硝化。早在1975年，在硝化过程中就发现了NOZ积累的现象，并提出了短程硝化和反硝化生物脱氮的概念，也称为亚硝化生物脱氮。1986年，Suntherson[13]和其他小型试验研究证明了通过NOZ路径进行生物脱氮的可行性。Turk和Mavinic[14]通过N02路径研究并成功研究了推流前置反硝化活性污泥脱氮系统。

3.1.1反硝化短程硝化的优点。

短程硝化一反硝化(见图2)具有以下优点:(1)硝化阶段可节约25%的需氧量，降低能耗。(2)反硝化阶段有机碳源可降低40%。理论上，硝化反硝化C与N的质量比为2.861，亚硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化反硝化阶段可降低40%的有机器碳。

(3)缩短反应时间，降低反应器体积。

(4)反硝化速率较高(N02的反硝化速率通常高于N03-63%左右)。

(5)减少污泥产量，硝化过程中污泥产量减少约3396-35%，反硝化过程中污泥产量减少约5596。

(6)降低了投碱量。

3.1.2由于废水生物处理反应器是开放的非纯培养系统，如何控制N0中的硝化停止是实现短程生物脱氮的关键，这是影响其主要因素。硝化过程是由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成的。完全亚硝化是不可能的，因为这两种细菌在开放的生态系统中形成了密切的相互关系。短程硝化的标志是稳定和高积累亚硝化率[Nq1N/（NO：1N+N031N）至少超过50%]。影响NOZ积累的主要因素是：

(1)温度.生物硝化反应的适宜温度为20-30`C，一般低于15℃，硝化率降低。在12-14℃下，活性污泥中的硝化细菌活性受到严重抑制，导致NOZ积累度对亚硝化细菌和硝化细菌的活性有不同的影响。在15-30℃范围内，硝化过程中形成的NOZ可以完全氧化成N03，温度超过30℃后又出现N研究积累[191

（2）溶解氧浓度O)浓度。亚硝化细菌和硝化细菌都是好氧细菌。人们普遍认为，只有当DO的浓度至少超过0.5mg/L时，才能更好地进行硝化，否则会抑制硝化。研究表明，在25℃的低溶解氧（0.5mg/L）条件下，亚硝化细菌的增长率几乎是I的两倍，补偿了由于低溶解氧而导致的代谢活性降低，从NH3到NO的氧化过程没有受到明显影响；硝化细菌的增殖率没有得到任何改善，从NQ1N到NO：N的氧化过程受到严重抑制，导致N02的大量积累。

（3）pHopHop对亚硝化反应的影响有两个方面：一方面，亚硝化细菌的生长需要一个合适的pH环境；另一方面，pH值对游离氨的浓度有很大影响，从而影响亚硝化细菌的活性。适合亚硝化细菌生长的pH值约为8.0[211，适合生长的pH值约为6.017.5。如果反应器中的反应液pH值低于7，则会抑制整个硝化反应。如果pH值上升到8以上，水中N街的浓度就会增加。硝化产产物中NO：N比率将增加，N街的积累将出现。pH值对氨的形状有很大影响，其反应式如下：

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分子式游离氨(FA)浓度随着pH值的增加而增加。(4)氨氮浓度与FA浓度不同。废水中的氨分别存在于分子状态和离子状态下，FA对硝化有明显的抑制作用。硝化杆菌是比亚硝化单胞菌，更容易受到FA的抑制。研究表明，如果FA浓度高于硝化细菌的抑制浓度而低于硝化细菌的抑制浓度，则[221，FA对硝化细菌的抑制浓度为0.1.0mg，对亚硝化细菌的抑制浓度为10.150mg/L。如果硝化细菌的抑制浓度高于硝化细菌的抑制浓度而低于硝化细菌的抑制浓度，亚硝化细菌可以正常增殖和氧化，而硝化细菌可以被抑制，导致N街道的积累。当NH3在废水中浓度较高且pH为碱性时，硝化细菌的活性被高游离氨抑制，很容易形成亚硝化型硝化。

(5)泥龄.泥龄表示活性污泥。