文_趙衛(wèi)芳 北京藍(lán)源恒基環(huán)?？萍加邢薰?/p>

為了緩解和控制水體的富營養(yǎng)化，部分省市制定了越來越嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，有些地區(qū)要求城鎮(zhèn)污水處理廠出水執(zhí)行地表水準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，即總氮小于10mg/L，工程實踐表明，大部分污水處理廠均不能達(dá)到這一要求。因此，實現(xiàn)出水總氮達(dá)標(biāo)成為城鎮(zhèn)污水處理廠亟待解決的難題。

1 脫氮技術(shù)原理簡介

生物脫氮包括氨化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)三個過程，經(jīng)過了氨化和硝化反應(yīng)，可實現(xiàn)氨氮的去除，根據(jù)硝化菌對環(huán)境變化敏感、世代周期長（硝化菌增殖速率很小，最大比生長速率為0.3～0.5d-1）的特點，要保證硝化反應(yīng)的進(jìn)行必須滿足硝化菌所需的環(huán)境條件（DO≥2mg/L、pH8.0～8.4、總堿度＞70mg/L、BOD＜20mg/L、溫度20～30℃、污泥齡10～20d）。對于不含高濃度重金屬、高濃度NH4+-N、高濃度有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用物質(zhì)的污水來講，硝化反應(yīng)條件的控制比較容易，因此保證城鎮(zhèn)污水處理廠出水氨氮達(dá)標(biāo)并不困難。事實證明，污水處理廠出水總氮超標(biāo)的原因在于硝酸鹽氮濃度過高，反硝化反應(yīng)未充分進(jìn)行。

生物反硝化是硝酸鹽氮（NO3--N）和亞硝酸鹽氮（NO2--N）在反硝化菌的作用下，被還原成氣態(tài)氮（N2）排出水體的過程，這一過程主要進(jìn)行異化反硝化反應(yīng)，有機(jī)物作為電子供體，硝酸鹽氮作為電子受體被還原，氮由正五價（或正三價）轉(zhuǎn)化成零價（氣態(tài)氮）。反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，增殖速度比硝化菌快得多，控制反硝化反應(yīng)進(jìn)行應(yīng)滿足的環(huán)境條件包括：BOD/TN＞4，pH=6.5～7.5，DO＜0.5mg/L，T=20～40℃。

2 前置反硝化與硝化-反硝化的選擇及優(yōu)缺點

將反硝化反應(yīng)池置于硝化反應(yīng)池之前（又稱“ANO工藝”），稱為前置反硝化，是目前采用比較廣泛的脫氮工藝，該工藝組合設(shè)置的優(yōu)點有：

①充分利用來水中的有機(jī)物給反硝化反應(yīng)提供電子供體，減少甚至避免了碳源的補充。

②前端反硝化消耗了一部分有機(jī)物，減少了后續(xù)硝化池的有機(jī)負(fù)荷，有利于硝化菌在污水中成為優(yōu)勢菌種，為硝化反應(yīng)創(chuàng)造了有利條件。

③反硝化反應(yīng)產(chǎn)生堿度，而硝化反應(yīng)需要堿度（反硝化產(chǎn)生的堿度可補充硝化反應(yīng)消耗的一半左右），反硝化后的污水堿度提高，進(jìn)入好氧池后，促進(jìn)了硝化反應(yīng)的進(jìn)行。

然而該系統(tǒng)設(shè)置也存在一定的弊端，主要體現(xiàn)在：

①ANO工藝的出水為硝化反應(yīng)出水，出水中仍含有部分硝酸鹽，到最后出水總氮不會降到很低的水平。

②系統(tǒng)需要設(shè)置內(nèi)回流（即硝化液回流）系統(tǒng)，增加了動力消耗，從而導(dǎo)致運行成本增加?；亓髦练聪趸氐南趸簛碜院醚醭兀鋽y帶的溶解氧會破壞反硝化池的缺氧環(huán)境，對反硝化反產(chǎn)生不利影響。

③由于參與硝化與反硝化反應(yīng)的生物菌群特性不同，其對環(huán)境要求（有機(jī)物濃度、堿度、溶解氧、污泥齡）呈現(xiàn)出相反的狀態(tài)，前置反硝化工藝的設(shè)置，利用這兩大菌群的特點解決了部分矛盾，但仍存在部分缺陷。

④對于脫氮系統(tǒng)的設(shè)計，前置反硝化并不適用于所有污水，生活污水處理大多采用該方式。在工業(yè)廢水深度處理脫氮的實踐中，還需分析進(jìn)水水質(zhì)的特點確定是否采用該工藝。

綜上，對于含高氨氮、低BOD的廢水來講，前置反硝化已變得無意義，該情況適合將反硝化池后置。

3 碳源的選擇及投加量計算

3.1 碳源的選擇

經(jīng)二級處理后的污水C/N低，成為反硝化進(jìn)行的主要限制因素，這使得外加碳源變得十分必要。目前應(yīng)用較多的外加碳源有：甲醇、乙酸鈉、乙酸、葡萄糖等。

甲醇作為碳源的優(yōu)勢在于，它被分解后的產(chǎn)物為CO2和H2O，不產(chǎn)生任何難降解的中間產(chǎn)物，且反硝化反應(yīng)速率高，具有投加效率高、二次污染少的特點。但由于其屬于易燃、易爆物質(zhì)（閃點11℃、沸點64.7℃），火災(zāi)危險性為甲類，導(dǎo)致甲醇投加間建筑物消防設(shè)計及驗收較為嚴(yán)格，其儲存也需報當(dāng)?shù)毓膊块T備案審批，手續(xù)繁雜。同時，甲醇對人體有劇毒作用，運行安全性較差。

乙酸的熔點為16.6℃（289.6K），閃點39℃，屬于乙類危險物品，由于乙酸熔點高，在低于熔點時會凍結(jié)成冰狀晶體，因此不適合在北方地區(qū)使用。

葡萄糖具有對人體毒害性低、安全性高、易于取得等優(yōu)點，在污水處理廠調(diào)試運行階段作為微生物馴化培養(yǎng)的營養(yǎng)物質(zhì)被廣泛采用。但由于工業(yè)葡萄糖雜質(zhì)含量高，使得其投加準(zhǔn)確性差、污泥產(chǎn)量大，導(dǎo)致勞動強度較大，不適用于大中型污水處理廠。

乙酸鈉屬于小分子有機(jī)酸鹽，易于被微生物利用，脫氮效果較好，對人體無毒害作用，安全性高。乙酸鈉作為碳源材料取得方便，如果運輸距離較短，可采用溶解后的乙酸鈉溶液（含量多為20%、25%、30%）；如果污水處理廠距離原料供應(yīng)地較遠(yuǎn)，可采購固體乙酸鈉，一般為25kg袋裝三水醋酸鈉（含量58%～60%），乙酸鈉易溶于水（20℃時溶解度172g/L），可根據(jù)現(xiàn)場溶藥箱、加藥泵選型及投加量要求配置成所需濃度。

經(jīng)過上述比較可知，乙酸鈉應(yīng)作為污水處理站反硝化脫氮碳源的首選。

3.2 碳源投加量的計算

根據(jù)反硝化反應(yīng)進(jìn)行的理論方程式，可以得出下表數(shù)據(jù)。

表1 不同碳源對應(yīng)的有機(jī)物含量

乙酸鈉 0.78 0.52 5.0:1（無水）6.8:1（三水）葡萄糖 1.06 0.8

4 硝化液回流比的控制

內(nèi)回流比與總氮去除率的關(guān)系為R=ηTN/（1-ηTN），（R代表硝化液回流比，ηTN代表總氮去除率），硝化液回流比不但影響脫氮效果，也會影響系統(tǒng)的動力消耗。城鎮(zhèn)污水一般設(shè)置硝化液回流比為100%～400%，工程實踐表明，當(dāng)回流比高于200%后，脫氮率會提高較慢，因此，最終脫氮率很難達(dá)到90%。另外，硝化液回流量越大，對進(jìn)水的稀釋程度也越大，會造成C/N比的降低，因此，在回流比增加的同時，要保證脫氮效果，也需對應(yīng)提高碳源的投加量。

在工藝設(shè)計過程中，系統(tǒng)進(jìn)水和碳源投加點的設(shè)置需重點考慮，尤其是系統(tǒng)分組較多（≥4組）時，采用總進(jìn)水管（渠）進(jìn)水，閘門或管道分開進(jìn)入各組池體時，要確保碳源和硝化液充分混合，并均勻進(jìn)入各反應(yīng)池內(nèi)，避免發(fā)生短路和分配不均、碳源和回流硝化液不能有效混合的情況。

5 結(jié)語

反硝化脫氮系統(tǒng)運行控制需根據(jù)硝化菌、反硝化菌的生長特性保證適合其生長的環(huán)境條件，主要包括溫度、pH/堿度、DO、有機(jī)物濃度等。

在管道設(shè)計過程中需要重點考慮ANO工藝中進(jìn)水補充碳源和回流硝化液的有效混合，避免斷流和進(jìn)入各組池體的水量分布不均。

反硝化前置工藝適用于城鎮(zhèn)生活污水的深度脫氮處理，但對于一些高氨氮低有機(jī)物的工業(yè)水回用并不適用，實踐中需分析實際進(jìn)水水質(zhì)選擇合適的工藝。

但是，并不是硝化液回流比設(shè)置越高總氮去除率越高，高于200%的回流比對總氮去除率的提高并不明顯，一方面增加了水廠的運行電耗，另一方面也對反硝化池的缺氧環(huán)境沖擊較大。

補充碳源投加的藥劑消耗成本在污水處理系統(tǒng)總運行成本中占比較大，選擇合適的碳源并較準(zhǔn)確地計算投加量可節(jié)約水廠的一大部分運行成本。