當(dāng)前，氨氮已成為導(dǎo)致我國(guó)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(biāo)，為此，對(duì)含氨氮工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)也更為嚴(yán)格，以紡織業(yè)和稀土業(yè)為例，紡織業(yè)氨氮的直接排放標(biāo)準(zhǔn)從15mg/L降到12mg/L，稀土行業(yè)從50mg/L降到15mg/L，因此，有效降低廢水中氨氮的濃度，并實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放已成為當(dāng)前水處理技術(shù)面臨的緊迫任務(wù).

目前，工業(yè)廢水中氨氮的濃度有很大差異.對(duì)于高濃度氨氮廢水，一般采取加堿吹脫等預(yù)處理，再通過(guò)生物脫氮方法深度處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)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(guò)吹脫、化學(xué)沉淀等方法可將氨氮濃度預(yù)處理降到300mg/L左右，再進(jìn)行生物脫氮工藝.

傳統(tǒng)的生物脫氮工藝

A/O工藝

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

在厭氧池中異養(yǎng)菌將污水中的可溶性有機(jī)物和淀粉等懸浮物水解為有機(jī)酸.隨后進(jìn)入好氧池自養(yǎng)菌在充足供氧條件下進(jìn)行硝化作用將氨態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮，再通過(guò)回流返回至厭氧池，在缺氧條件下，異氧菌在缺氧條件下進(jìn)行反硝化作用將硝態(tài)氮還原為分子態(tài)氮，從而實(shí)現(xiàn)污水無(wú)害化處理.表1列出了A/O處理工藝對(duì)氨氮工業(yè)廢水的研究案例.

通過(guò)對(duì)比可以看出，針對(duì)不同種類(lèi)的工業(yè)氨氮廢水，A/O工藝在實(shí)際的工業(yè)處理中，針對(duì)不同的工業(yè)廢水，設(shè)計(jì)的處理能力不同，其運(yùn)行成本也不同，且進(jìn)水氨氮濃度越高，處理成本也越高.在處理無(wú)機(jī)氨氮廢水時(shí)，需向其投加碳源以滿(mǎn)足微生物的生長(zhǎng)需求.設(shè)計(jì)的處理能力普遍高于1000m3/d，進(jìn)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(dá)到90%以上.

1.2A2/O工藝

A2/O工藝亦稱(chēng)A-A-O工藝，即通常所說(shuō)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(xì)菌利用污水總的有機(jī)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(jī)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(duì)工業(yè)氨氮廢水的研究案例.

結(jié)合表1與表2，A2/O工藝對(duì)工業(yè)廢水處理的進(jìn)水氨氮濃度負(fù)荷略高于A/O工藝，且表2出水氨氮濃度普遍能達(dá)到15mg/L以下，去除率普遍在90%以上.在實(shí)際處理過(guò)程中，該工藝在應(yīng)用中的處理能力普遍在1000m3/d以上，在進(jìn)水氨氮濃度較高的情況下，運(yùn)行成本也較高.

SBR工藝

SBR是序列間歇式活性污泥法的簡(jiǎn)稱(chēng)，其反應(yīng)機(jī)制和去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運(yùn)行的操作方式不盡相同的一種按間歇曝氣方式來(lái)運(yùn)行的活性污泥技術(shù).其在處理廢水時(shí)一個(gè)完整的運(yùn)行周期包括如下5個(gè)階段:(1)進(jìn)水;(2)反應(yīng);(3)沉淀;(4)排水排泥;(5)閑置.表3比較了SBR工藝對(duì)工業(yè)氨氮廢水處理的指標(biāo).

通過(guò)對(duì)比可以看出，針對(duì)不同的工業(yè)氨氮廢水，SBR工藝的運(yùn)行周期不盡相同.在不同的工業(yè)處理應(yīng)用中處理能力也不盡相同，但在不同的進(jìn)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(jìn)水氨氮濃度越高的情況下，處理成本也相應(yīng)地提高.

MBR工藝

膜MBR又稱(chēng)膜生物反應(yīng)器，是一種由膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)過(guò)程相結(jié)合的水處理技術(shù)的選擇透過(guò)性將反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，同時(shí)分別控制污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間，使其在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解難降解的物質(zhì)從而達(dá)到處理效果.表4比較分析了MBR工藝對(duì)氨氮工業(yè)廢水的處理指標(biāo).

通過(guò)對(duì)比可以看出，MBR工藝在處理工業(yè)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(duì)不同的處理對(duì)象設(shè)計(jì)的處理能力不同，但上表中各自的運(yùn)行成本不高，且在進(jìn)水濃度約為或小于100mg/L時(shí)，出水濃度可達(dá)到5mg/L以下，此時(shí)去除率達(dá)到93%以上.

1.5BAF工藝

BAF是曝氣生物濾池的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種以過(guò)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(zhǎng)的生物膜為主要處理介質(zhì)，發(fā)揮生物代謝作用，實(shí)現(xiàn)污染物在反應(yīng)器的***作用.表5比較分析了BAF工藝對(duì)不同種類(lèi)的工業(yè)氨氮廢水的處理指標(biāo).

通過(guò)對(duì)比可以看出，在BAF工藝中，目前應(yīng)用較多的載體填料為陶粒.雖然針對(duì)不同的氨氮廢水，BAF工藝設(shè)計(jì)的處理能力不同且普遍較大，但總體運(yùn)行成本較低，進(jìn)水氨氮濃度較高的企業(yè)運(yùn)行成本要略高于進(jìn)水氨氮濃度較低的企業(yè).在進(jìn)水氨氮濃度約為100mg/L時(shí)，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(xù)循環(huán)式反應(yīng)器，是荷蘭工程師在20世紀(jì)50年代研究成功的一種活性污泥法，其在延時(shí)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(dòng).表6列出了氧化溝工藝對(duì)工業(yè)氨氮廢水的研究案例.

通過(guò)對(duì)比可以看出，目前在氧化溝工藝中使用的氧化溝類(lèi)型不盡相同，且在實(shí)際工業(yè)處理中，該工藝設(shè)計(jì)的處理能力普遍較大，且運(yùn)行成本較低.但在氧化溝工藝的處理當(dāng)中，進(jìn)水氨氮的濃度普遍不高，在進(jìn)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(guò)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(guò)程.短程硝化反硝化生物脫氮技術(shù)的核心是將硝化過(guò)程控制在亞硝酸階段，隨后進(jìn)行反硝化應(yīng)是在同一個(gè)反應(yīng)器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽，后在缺氧的條件下，以有機(jī)物或外加碳源作為電子供體，將亞硝酸鹽進(jìn)行反硝化生成氨氣.表7列出了短程硝化反硝化對(duì)工業(yè)氨氮廢水的研究案例.

通過(guò)對(duì)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(yè)氨氮廢水，同時(shí)其出水氨氮濃度絕大部分在15mg/L附近，達(dá)到部分工業(yè)廢水氨氮間接排放的標(biāo)準(zhǔn)，且處理率在95%以上.

同時(shí)硝化反硝化(SND工藝)

當(dāng)硝化與反硝化在同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行時(shí)，成為同時(shí)硝化反硝化(SND).廢水中溶解氧受擴(kuò)散速度限制在微生物絮體或者生物膜上的微環(huán)境區(qū)域產(chǎn)生溶解氧濃度較高，利于好氧硝化菌和氨化菌的生長(zhǎng)繁殖，越深入絮體或膜內(nèi)部，溶解氧濃度越低，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢(shì)，從而形成同時(shí)硝化反硝化過(guò)程.表8列出了同時(shí)硝化反硝化對(duì)工業(yè)氨氮廢水的研究案例.

通過(guò)對(duì)比可以看出，目前對(duì)同時(shí)硝化反硝化的工業(yè)實(shí)際應(yīng)用較少，但依據(jù)表8中的案例可以看出工業(yè)上該工藝對(duì)氨氮的處理在進(jìn)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(dá)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(zhuǎn)變成N2的生物轉(zhuǎn)化氧化過(guò)程.何巖等[38]研究了SHARON工藝與厭氧氨氧化工藝聯(lián)用技術(shù)處理“中老齡”垃圾滲濾液的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明厭氧氨氧化反應(yīng)器可在具有硝化活性污泥中實(shí)現(xiàn)啟動(dòng);在進(jìn)水氨氮和亞硝酸氮的濃度不超過(guò)250mg/L的條件下，氨氮和亞硝酸氮的去除率分別可達(dá)到80%和90%.目前，研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，還需要進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化工藝條件，提高聯(lián)合工藝處理實(shí)際高氨氮廢水的總氮去除效能.

不同方法適用性、優(yōu)缺點(diǎn)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(yīng)用效果和運(yùn)行成本提供基礎(chǔ)，具體分析見(jiàn)表9.

通過(guò)對(duì)以上應(yīng)用案例進(jìn)行分析比較，可以看出，在采用同一種處理工藝的條件下，進(jìn)水氨氮的濃度越高，處理成本也會(huì)相應(yīng)的增大.不同的處理工藝對(duì)進(jìn)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(dá)到直接排放的標(biāo)準(zhǔn)，且處理率普遍可達(dá)到90%以上.A2/O、MBR和氧化溝工藝在實(shí)際的工業(yè)污水處理應(yīng)用中，運(yùn)行成本較低，約為1元/m3.

討論

利用生物脫氮技術(shù)可以使工業(yè)廢水脫氮，并實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放.目前生物脫氮工藝正朝著更為簡(jiǎn)潔、高去除率、低成本的方向發(fā)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(yù)處理的水平會(huì)使整個(gè)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(jī)組合可以達(dá)到更好的處理效果.