深度解析污水脱氮技术：原理与工艺全揭秘
原理
总氮是指可溶性和悬浮颗粒中的氮含量，包括NO3-、NO2-、NH4+等无机氮和氨基酸、蛋白质、有机胺等有机氮。生物反硝化首先在厌氧环境下通过氨化作用将有机氮转化为氨氮。这个过程称为氨化过程。氨化过程易于进行，可以在无数的处理设施中完成；然后在有氧环境中，氨氮通过硝化作用转化为硝态氮；然后在缺氧环境中，硝态氮通过反硝化作用转化为氨气，从水中逸出。
主要工艺
反硝化的主要工艺有活性污泥法（A2O、氧化沟、SBR等）和生物膜法（生物滤池、生物接触氧化池、生物转盘等），对污水中的氮有良好的效果。去除效果较好，但工艺和操作存在一定的局限性和复杂性。
活性污泥法
A2O法
A2O法是厌氧-缺氧-好氧活性污泥法。污水流经厌氧、缺氧、好氧三个不同功能区的过程中，污水中的有机物、N、P在不同微生物菌群的作用下被去除。 A2O法是最简单的同步磷反硝化工艺。它的总水力停留时间很短。在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下，可抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀。 SVI一般小于100，有利于处理后的污水与污泥的分离。厌氧、缺氧段运行时只需轻轻搅拌，运行成本低。
优点：该工艺是最简单的同步反硝化除磷工艺。总水力停留时间和总生产面积较小；在厌氧和好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不产生污泥。肿胀；污泥含磷浓度高，肥效高；操作时不需农药，只需轻轻搅拌，操作成本低。
缺点：除磷效果难以进一步提高，污泥生长有一定限制，难以增大；脱硝效果也难以进一步提高，内循环量不宜太大，否则会增加运行成本；沉淀池内必须保持一定的浓度。溶解氧应减少停留时间，溶解浓度不宜过高，以防止循环混合液对反应器的干扰。
氧化沟
氧化沟又称连续循环反应器，是常规活性污泥法的改进和发展，是延迟曝气法的一种特殊形式。
其主要作用是供给氧气；保证活性污泥处于悬浮状态，使污水、空气、污泥充分混合接触；推动水流以一定流速（不小于0.25m/s）的水流沿池长度循环流动，这对于维持氧化沟的净化功能具有重要意义。氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定化、能耗低、易于自动控制等优点。
但在实际运行过程中，仍存在污泥膨胀问题、泡沫问题、污泥上浮问题、流量不均、污泥沉积问题等一系列问题。
间歇式活性污泥法简称SBR法。一个运行周期可分为进水、反应、沉淀、排水、闲置五个阶段。这种集成工艺的特点是简单。由于只有一个反应池，不需要二沉池、回流污泥和设备。一般不设调节池，多数情况下可省去初沉池。
特点：大多数情况下无需设置调节罐； SVI值低，易沉降，一般不会引起污泥膨胀；通过调整运行方式进行除磷、反硝化反应；自动化程度高；适当时，治疗效果优于连续式；单方投资较少；陆地面积较大，水量较小。
存在的问题是：A2O和氧化沟工艺都需要较大的罐区面积和较高的基础设施成本；污泥回流和沉淀过程复杂且耗能，一般小型污水厂难以承受，不适合污水厂改造。 SBR工艺需要高精度的卧螺离心机来保证出水水质。随后必须设置调节池来调节出水水量，自动化程度要求较高。
生物膜法
生物滤池占地面积大，生物接触氧化池固定载体施工和维护难度大，且都容易发生堵塞，给污水厂的长期稳定运行造成很大困难。生物转盘水量较小，更适合水量较小的污水处理厂。
新型工艺
MBBR膜法
MBBR工艺是在生物过滤器和生物流化床工艺的基础上发展起来的。同时发挥了生物膜法和活性污泥法的优点，克服了生物膜法经常遇到的填料堵塞和反冲洗的高能耗问题。还克服了活性污泥法中污泥流失的问题，使生物处理效果更加有效。
MBBR载体由高分子聚合材料制成。高分子材料中含有多种有利于微生物快速附着和生长的微量元素。它们是通过特殊工艺修改和构造的。它们具有较大的比表面积、良好的亲水性和较高的生物活性。挂膜速度快、加工效果好、使用寿命长等优点。
MBBR载体上可附着大量微生物，使生化处理系统的生物量在污泥浓度不变的情况下提高一倍。系统的处理能力和效率也相应提高，对不同水质的冲击能力也得到加强。当MBBR载体上附着的生物膜达到一定厚度时，生物膜形成溶解氧梯度，使好氧池内载体内部仍存在缺氧区域，让反硝化细菌在载体内部进行反硝化作用，即同时硝化和反硝化。它能有效节省碳源，使其在较低的碳氮比下仍具有良好的反硝化能力。
MBBR载体的密度小于1，挂膜后密度与水相近，可悬浮于水体中。实际操作中，采用曝气+搅拌的方式，使载体在水体中流化，形成气液固三相流化，加强了气、液相与载体的接触，大大提高了含氧量。反抗。利用效率有效降低曝气量和能耗。
MBBR工艺只需按原生化工艺的比例添加载体并设置载体网格即可。无需大量基础设施即可强化脱硝能力，大大节省投资成本。污水处理厂提标改造具有良好的发展前景。
短程硝化和反硝化
传统的反硝化工艺是将NH4+氧化成NO2-，再氧化成NO3-；起作用的两种细菌是亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌，统称为硝化细菌。可以得出以下结论：硝化过程产生的能量大于硝化过程产生的能量。产生的能量较多，因此前者的反应速度比后者快；亚硝化过程中产生大量的亚硝化物。 H+的量降低了系统的pH值，而硝化过程对系统的pH值没有影响；硝化过程与硝化过程的好氧比为3:1；亚硝酸菌的生理特性与硝化菌大致相似，但前者的年龄周期短，生长速度快，因此能够更好地适应冲击负荷和恶劣的环境条件。
当硝酸菌受到抑制时，就会发生NO2-积累。显然，在传统的硝化-反硝化反硝化工艺中，在反硝化细菌的作用下，反硝化过程既可以从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。然而，在从NO2-到NO3-，再从NO3-再到NO2-的反复转化过程中，消耗了更多的溶解氧和有机碳源。如果在实际过程中，控制这个转化过程，使NH4+全部或大部分转化为NO2-而不是NO3-，直接用NO2-进行反硝化，这个过程称为短程硝化-反硝化。经过环保工作者的不懈努力，很多反应器都实现了短路硝化-反硝化工艺。
与传统反硝化工艺相比，短程硝化-反硝化具有以下优点。
1、节能：硝化阶段氧气供应量节省近25%，降低能耗；
2、节省外部碳源：NO2-反硝化至N2过程中，比NO3-至N2反硝化过程中，使用有机碳源少40%；
3、可缩短水力停留时间：在高氨环境下，NH4+的硝化速度和NO2-的反硝化速度均快于NO2-的氧化速度和NO3-的反硝化速度，因此水力停留时间时间可以缩短，反应器的体积也相应减小；
4、可减少剩余污泥产量：亚硝酸菌表观生产力系数为0.04~0.13gVSS/gN，亚硝酸菌表观生产力系数为0.02~0.07gVSS/g N、NO2-反硝化细菌表观生产力系数NO3反硝化细菌分别为0.345gVSS/gN和0.765gVSS/gN。因此，短程硝化反硝化过程中污泥产量可减少24~33%。在此过程中可减少50%的泥浆产生。
问题：短程硝化反硝化工艺尚处于研究阶段，实际应用项目较少。由于短程硝化阶段温度、pH值等因素难以控制，需要开发更完善的在线检测和模糊控制技术，以实现稳定的短程硝化和反硝化，从而不断扩大短程硝化的应用范围。短程硝化和反硝化过程。
厌氧氨氧化
厌氧氨氧化是厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化成氮气的生物反应过程。该反应通常对外部条件（pH值、温度、溶解氧等）有严格的要求，但由于该反应不需要氧气和有机物的参与，因此其研究和工艺开发具有可持续发展的意义。
厌氧氨氮处理之前一般先进行短程硝化过程，将废水中的部分氨氮转化为亚硝酸盐。目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已有成功的应用实例。
厌氧氨氧化是微生物反应，反应产物是氮气。其优点是：由于氨直接作为反硝化反应的电子供体，可以消除外部有机物，既节省了运行成本，又防止了二次污染。由于氧气得到有效利用，降低了供氧能耗；由于部分氨直接参与厌氧氨氧化反应，不发生硝化作用。产酸减少，产碱为零。这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行成本，同时也减少二次污染。
曝气生物滤池（BAF）
该工艺具有去除SS、化学需氧量、BOD、硝化、反硝化、除磷、AOX（有害物质）等功能。其特点是集生物氧化和悬浮物拦截于一体，节省后续沉淀池（两个沉淀池），容积负荷和水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低，且运营成本低。
BAF是第三代生物膜反应器，它不仅具有生物膜工艺技术的优点，而且通过特殊过滤材料的使用和正确的气体分布设计，起到有效的空间过滤作用。
工艺特点：
1、采用气体水平向上流动，气体和水分布极好，防止滤料层内凝结气泡，造成空气堵塞。氧气利用率高，能耗低；
2、与下流过滤相反，上流过滤在过滤器的整个高度上保持正压条件，可以更好地避免通道流或短流的形成，从而避免通道流的形成影响过滤过程。空气陷阱；
3、向上流动形成有利于工艺过程的半柱推送条件。即使在高过滤速度和负载的情况下，仍能保证BAF工艺的持久稳定性和有效性；
4、采用气水平行向上流动，更好地利用空间过滤。空气可以将固体物质带入滤床深处，在滤池内得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长反应时间。冲洗循环可减少清洁时间以及清洁过程中使用的空气和水的量；
5、滤料层对气泡的切割作用是延长气泡在过滤器内的停留时间，提高氧气的利用率；
6、由于过滤器优良的截污能力，无需在BAF后面设置二沉池。
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用户评论
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