王 冰 ,楊 琳，孫 冰，劉云龍（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

隨著工業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人民對于水資源的需求逐漸擴大，工農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的污廢水也越來越多，水資源短缺和水污染的問題越來越嚴峻，水體中的大量氮、磷元素，嚴重破壞了水體生態(tài)平衡，對環(huán)境造成了非常大的影響，也影響了社會發(fā)展和人民的健康。如何脫氮成為了水處理領域中普遍面臨的問題。

A/O 工藝、A2/O 工藝、氧化溝等傳統(tǒng)脫氮工藝雖然發(fā)展時間長，運行穩(wěn)定，但是存在占地面積大、運行費用高、易受到進水水質(zhì)的影響等一系列問題。隨著我國水資源環(huán)境的不斷惡化和人民環(huán)保意識的不斷提高，這些傳統(tǒng)的脫氮工藝已經(jīng)不能滿足如今污水脫氮的處理要求。城市污水處理的熱點轉(zhuǎn)向了開發(fā)新型、節(jié)能、高效的污水脫氮工藝。近些年來，經(jīng)過各位學者的不斷研究和創(chuàng)新，污水處理工藝的發(fā)展不斷進步，根據(jù)水污染現(xiàn)有實際情況，在基于傳統(tǒng)脫氮工藝的原理上出現(xiàn)了一些具有能耗低、投資省、方便管理、處理效率高的生物脫氮工藝。

1 氮污染的來源和危害

1.1 氮污染的來源

氮元素的來源分為人為來源和自然來源[1]，其中前者占主要部分：一是土壤中大量農(nóng)藥化肥存在導致的氮元素超標，經(jīng)過下滲和雨水的沖刷之后進入水體；二是生活污水和工業(yè)廢水的肆意排放[2]，含氮廢水沒有經(jīng)過嚴格的處理就排放到水體中，這也是目前水體氮污染的最主要原因。

1.2 氮污染的危害

水體中的過量氮元素會造成水中的一些浮游生物和藻類的繁殖過量，長此以往會導致水體的富營養(yǎng)化[1]，這種情況會造成大量水生生物死亡，人們食用了在這種環(huán)境中生長的魚蝦會攝入亞硝酸鹽，亞硝酸鹽在人體中的長期累積會產(chǎn)生致癌作用，水體富營養(yǎng)化成為了水處理領域的難題。水質(zhì)污染惡化對人類和社會造成的危害也是在警告我們，只有尊重大自然，與大自然和諧共生才能實現(xiàn)長久發(fā)展。因此，不斷研究開發(fā)新型的水處理工藝，改善水污染的現(xiàn)狀，是至關重要的，也將是水處理領域的學者們一直研究的課題。

2 污水處理生物脫氮工藝

2.1 SHARON 工藝

SHARON工藝也稱短程硝化反硝化工藝，最早提出這項脫氮工藝的是荷蘭Delft 技術大學，該工藝的反應發(fā)生過程是通過→N2[3]進行的。利用硝化菌和亞硝化菌在一定溫度下的生長速度不同，且二者的最小停留時間也不同的特征。通過控制溫度和系統(tǒng)停留時間等條件，硝化菌逐步劣勢被淘汰，使亞硝化菌獲得生長優(yōu)勢，從而使有穩(wěn)定積累，以有機物作為電子供體，在缺氧條件下直接進行反硝化，釋放氮氣，不經(jīng)過階段，縮短了反應流程[4]。

SHARON 工藝縮短了全程硝化反硝化的反應流程,具有總氮去除率高、降低耗氧量、降低能耗、節(jié)省碳源、減少污泥產(chǎn)生量[3]、縮小反應容器、減少工藝運行費用等優(yōu)點，適宜處理垃圾滲濾液、高氨氮廢水等。但是該工藝對反應時的條件要求嚴格，如溫度等。也缺乏對硝化過程中的積累原理的理論依據(jù)[1]。因此，的積累研究，維持反應中的濃度水平是SHARON 工藝未來的主要研究方向。

2.2 ANAMMOX 工藝

ANAMMOX 工藝即厭氧氨氧化工藝，此工藝是1990 年由荷蘭Delft 技術大學研究開發(fā)的[3]。該工藝原理是指在缺氧或厭氧的環(huán)境下，厭氧氨氧化菌使污水中的氨鹽、硝酸鹽反應釋放N2的過程。反應原理方程式為：

ANAMMOX 工藝是現(xiàn)存已知最簡單和最經(jīng)濟的污水脫氮工藝[5]，具有節(jié)省成本、總氮去除率高、不需外加碳源、能耗低、剩余污泥量少等優(yōu)點[6]。該工藝適合應用于高氨廢水處理以及城市污水深度處理。但是該種工藝厭氧氨氧化菌的適應能力差，生長繁殖速度緩慢[7]，且對溫度和PH 等生存環(huán)境的要求都很嚴格。維持充足的生物量，提高厭氧氨氧化菌的適應能力和脫氮效率是未來 ANAMMOX 工藝的主要研究課題。

2.3 SHARON- ANAMMOX 工藝

SHARON- ANAMMOX 工藝即短程硝化-厭氧氨氧化工藝，是部分短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝二者的結合體。該過程分為SHARON 段和ANAMMOX 段兩部分，發(fā)生在兩個不同反應器中，大部分的氨態(tài)氮在SHARON 段被氧化成亞硝酸氮[3]，SHARON段生成的亞硝酸氮和剩余部分的氨態(tài)氮與在ANAMMOX 段進行厭氧氨氧化反應釋放氮氣和少量硝酸氮。

SHARON- ANAMMOX 工藝具有明顯的減少供氧量[8]，不需外加碳源，節(jié)省投料量、縮減污泥產(chǎn)量，節(jié)省運行費用等優(yōu)點。但同時也存在與SHARON 工藝和ANAMMOX 工藝相似的缺點，即厭氧氨氧化菌的適應性差，微生物的生物量難以維持，運行過程對于環(huán)境要求苛刻。

2.4 OLAND 工藝

OLAND 工藝即限氧自養(yǎng)硝化反硝化工藝，最早是由比利時Ghent 大學在1998 年提出的[9]，該工藝結合了限氧亞硝化與厭氧氨氧化兩部分來達到脫氮目的[3]，反應包括兩個步驟：首先是在限氧環(huán)境下將污水中的一部分氧化為然后是在厭氧環(huán)境下，使原本剩余的和之前所產(chǎn)生的發(fā)生ANAMMOX 反應生成N2，成功完成污水的脫氮。

OLAND工藝目前在工程應用中尚不多見，該工藝具有提高脫氮效率[9]、降低反應耗氧量、運行能耗低、管理方便等優(yōu)點。OLAND 工藝與ANAMMOX 工藝相似，存在生物量生長極其緩慢，較難維持穩(wěn)定的亞硝化的缺點。未來隨著對生物量的控制研究和生物脫氮工藝的發(fā)展，相信OLAND 工藝有希望能實現(xiàn)于工程應用中。

2.5 CANON 工藝

CANON 工藝即完全自養(yǎng)脫氮工藝，這種工藝是在同一個反應器中進行部分亞硝化和厭氧氨氧化兩種反應的一種單相節(jié)能脫氮工藝，通過把廢水中DO 控制在較低水平以實現(xiàn)亞硝化和氨氧化的同步發(fā)生，該反應中把氧氣作為亞硝酸菌的電子受體，將氧化成厭氧氨氧化菌則以為電子受體在厭氧環(huán)境下發(fā)生反應釋放N2，該工藝的反應方程式為：

CANON 工藝具有工藝流程短、污泥產(chǎn)量低、占地面積小、無需外加碳源[10]、降低曝氣量等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。在實際工程應用方面也多用于處理高的工業(yè)廢水、污泥消化液、低的養(yǎng)殖廢水以及老齡垃圾滲濾液等方面[11]。但是，此工藝仍有缺點，運行過程中亞硝酸鹽的富集受到諸多因素的影響，如溫度、溶解氧和氨氮濃度等，CANON 工藝在工程應用中性能不穩(wěn)定[12]，還要面臨有機物質(zhì)和低溫的影響。保證氨氮的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化，控制硝化菌的生長，解決處理高氨氮、低C/N 廢水的碳源不足和能源消耗等問題，是未來該工藝的主要發(fā)展方向。

2.6 SND 工藝

SND 工藝即同步硝化反硝化工藝。這種工藝實現(xiàn)了在同一反應器中進行硝化和反硝化的一種全新的污水脫氨技術。當兩種反應發(fā)生在同一反應器中時[1]，反硝化反應可以利用硝化反應產(chǎn)生的亞硝酸鹽繼續(xù)發(fā)生反應，提高硝化速度；硝化反應中所消耗的堿度可以被反硝化反應中產(chǎn)生的堿度中和，因此不需要另外加添加物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH 值[4]。

SND 工藝具有加快硝化反應速度、不需另調(diào)pH 值、運營簡單、占地面積小、減少基建費用、降低能耗等優(yōu)點[13]。實現(xiàn)SND 的關鍵在于如何培養(yǎng)和控制硝化反硝化菌，其受到溶解氧、有機碳源、溫度、pH 值等的影響。

3 結語

綜上看來，生物脫氮的研究前景相當廣闊。傳統(tǒng)活性污泥法雖然發(fā)展成熟且運行穩(wěn)定，但是運行費用高、易受進水水質(zhì)影響、占地面積大、耗能大。而生物脫氮技術不僅在氨氮去除率方面有良好的效果，還能相對降低運行成本，節(jié)省耗氧量和碳源。但是由于微生物工藝的復雜性和不確定性，還有某些工藝在實際運行中的不穩(wěn)定性，使個別工藝還沒有廣泛運用于工程實踐中，需進一步研究。因此，新型脫氮工藝的開發(fā)研究是將來生物脫氮技術的發(fā)展方向，尋找合適的具有高效性、專一性的菌種成為減短菌種篩選時間, 節(jié)省運行費用，提高脫氮效率的重要手段，相信未來污水脫氮技術能越來越完善。