近20 年來, 對氨氮污水處理方面開展了較多的研究。氨氮蒸餾設(shè)備其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理實用性較好國內(nèi)運用最多的技術(shù)為：生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、液膜法、土壤灌溉法等。一．生物法。1.生物法機理——生物硝化和反硝化機理。在污水的生物脫氮處理過程中，首先在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用 ,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽 ;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從污水中逸出。因而,污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個階段。硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程 ,包括兩個基本反應(yīng)步驟 : 由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌) 的作用,將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機底物(碳源) 。生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟,因此在國內(nèi)外運用最多。但缺點是占地面積大,低溫時效率低。2.傳統(tǒng)生物法。目前, 國內(nèi)外對氨氮污水實際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個階段,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對環(huán)境條件的要求不同,這兩個過程不能同時發(fā)生,而只能序列式進行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā)展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開,形成分級硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨立地進行。1932 年,Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification) ,1973年Barnard 結(jié)合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現(xiàn)了各種改進工藝如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工藝等,這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。3. A/O系統(tǒng)。A/O脫氮除磷系統(tǒng)，即缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)。它是70年代主要由美國、南非等國開發(fā)的具有去除廢水中氮污染物的工藝，同時對脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經(jīng)歷缺氧、好氧兩個階段，故人們通稱為缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)，簡稱A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)流程簡單、氨氮蒸餾設(shè)備運行管理方便，且很容易利用原廠改建，從而提高了出水水質(zhì)。近年來已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。4.缺氧/ 好氧工藝(簡稱A2/O法)。A2- O 法處理工藝是在好氧條件下,污水中NH3和銨鹽在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然后在缺氧條件下,通過反硝化反應(yīng)將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工藝，它是在法A/O法的基礎(chǔ)上增加一個厭氧段和一個缺氧段。5.厭氧—缺氧—好氧工藝(簡稱A1 - A2/O工藝)。A1—A2/O工藝和A2/O工藝同屬于硝化—反硝化為基本流程的生物脫氨工藝,所不同的是A1—A2/O工藝是在A1/O工藝基礎(chǔ)上增加了一級預(yù)處理段—厭氧段(A1) ,目的在于通過水解(酸化) 的預(yù)處理,改變廢水中難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),提高其可生化性,強化脫氮效果。近幾十年來,盡管生物脫氮技術(shù)有了很大的發(fā)展,但是,硝化和反硝化兩個過程仍然需要在兩個隔離的反應(yīng)器中進行,或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應(yīng)器中進行。并且傳統(tǒng)的生物脫氮工藝,主要有前置反硝化和后置反硝化兩種。前置反硝化能夠利用廢水中部分快速易降解有機物作碳源,雖然可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費用,但是,前置反硝化工藝對氮的去除不完全,廢水和污泥循環(huán)比也較高,若想獲得較高的氮去除率,則必須加大循環(huán)比,能耗相應(yīng)也增加。而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機碳源的投加,同時還會產(chǎn)生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質(zhì)。傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在不少問題:(1)工藝流程較長,占地面積大,基建投資高;(2) 由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度,特別是在低溫冬季,造成系統(tǒng)的HRT 較長,需要較大的曝氣池,增加了投資和運行費用;(3) 系統(tǒng)為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時進行污泥和硝化液回流,增加了動力消耗和運行費用;(4) 系統(tǒng)抗沖擊能力較弱,高濃度NH3- N 和NO2-廢水會抑制硝化菌生長;(5) 硝化過程中產(chǎn)生的酸度需要投加堿中和,不僅增加了處理費用,而且還有可能造成二次污染等等。6.生物脫氮法新工藝。隨著生物脫氮技術(shù)的深入研究，其新發(fā)展卻突破了傳統(tǒng)理論的認識。近年來的許多研究表明:硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成,某些異養(yǎng)菌也可以進行硝化作用;反硝化不只在厭氧條件下進行,某些細菌也可在好氧條件下進行反硝化;而且,許多好氧反硝化菌同時也是異養(yǎng)硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌),并能把NH4+氧化成NO2-后直接進行反硝化反應(yīng)。生物脫氮技術(shù)在概念和工藝上的新發(fā)展主要有:短程(或簡捷) 硝化反硝化(shortcut nit reification-denitrification)、同時硝化反硝化( simultaneous nit reification-denitrifi-cation - SND) 和厭氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation - ANAMMOX)。7.厭氧氨氧化工藝。厭氧氨氧化(ANA-MMOX) 是以硝酸鹽為電子受體或以氨作為直接電子供體,進行硝酸鹽還原反應(yīng)或?qū)喯跛岬D(zhuǎn)化為氮氣的反硝化反應(yīng)。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時硝化反硝化工藝相比,氨的厭氧氧化具有不少突出的優(yōu)點。主要表現(xiàn)在: (1)無需外加有機物作電子供體,既可節(jié)省費用,又可防止二次污染; (2)硝化反應(yīng)每氧化1molNH4+耗氧2mol , 而在厭氧氨氧化反應(yīng)中, 每氧化1molNH4+只需要0.75mol 氧,耗氧下降62.5 %(不考慮細胞合成時) ,所以,可使耗氧能耗大為降; (3)傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)氧化1molNH4+可產(chǎn)生2molH+ ,反硝化還原1molNO3-或NO2-將產(chǎn)生1molOH- ,而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量大為下降,產(chǎn)堿量降至為零,可以節(jié)省可觀的中和試劑。故厭氧氨氧化及其工藝技術(shù)很有研究價值和開發(fā)前景。8. 短程硝化反硝化工藝。短程硝化反硝化是將硝化控制在HNO2階段而終止,隨后進行反硝化,其生物脫氮過程如:NH+4——HNO2——N2。短程生物脫氫工藝的優(yōu)點:可節(jié)省氧供應(yīng)量約25% ,降低了能耗;節(jié)省反硝化所需碳源40% ,在C/N 比一定的情況下,提高了TN 去除率;減少污泥生成量可達50 %;減少投堿量,縮短反應(yīng)時間。但是短程硝化反硝化的缺點是不能夠長久穩(wěn)定地維持HNO2積累。目前荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)應(yīng)用該技術(shù)開發(fā)的SHARON工藝,已在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水處理廠建成并投入運行。9. 同時硝化反硝化工藝。所謂同時硝化反硝化工藝就是硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一反應(yīng)器中,相同操作條件下同時發(fā)生的現(xiàn)象。同時硝化反硝化過程由于是在一個反應(yīng)器中進行,它具有如下優(yōu)點:完全脫氮,強化磷的去除;降低曝氣量,節(jié)省能耗并增加設(shè)備處理負荷,減少堿度的能耗;簡化系統(tǒng)的設(shè)計和操作,同時硝化反硝化工藝的不足之處就是影響因素較多,過程難以控制。目前荷蘭、丹麥、意大利等國已有污水廠在利用同時硝化反硝化脫氫工藝運行。綜上，生物法處理氨氮污水較穩(wěn)定,但一般要求氨氮濃度在400 mg/L以下,總氮去除率可達70% ～95%。生物脫氮新工藝處理高濃度氨氮污水效率比較高,目前實際投入運行的有短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝,但它們的工藝條件要求嚴格,特別是對溶解氧的要求更為嚴格,在實際應(yīng)用中很難控制;其他新型脫氮技術(shù)也只是在實驗研究階段。對于高濃度含氮污水成分復(fù)雜,生物毒性大,為了取得很好的處理效果,必須針對不同行業(yè)和污水性質(zhì)而采取不同的處理辦法。目前,焦化、味精、化肥等行業(yè)多采取A/O 法,養(yǎng)殖行業(yè)一般采取SBR法(序批式生物反應(yīng)法)。根據(jù)國內(nèi)外研究成果和實踐來看,生物脫氮氨技術(shù)將是未來成為高濃度氨氮污水處理方向。
