工业废水中的生物脱氮工艺及其应用效果比较

当前，氨氮已成为导致我国水体污染的主要污染物.***已将氨氮作为污染物控制约束性指标，为此，对含氨氮工业废水的排放标准也更为严格，以纺织业和稀土业为例，纺织业氨氮的直接排放标准从15mg/L降到12mg/L，稀土行业从50mg/L降到15mg/L，因此，有效降低废水中氨氮的浓度，并实现废水达标排放已成为当前水处理技术面临的紧迫任务.

目前，工业废水中氨氮的浓度有很大差异.对于高浓度氨氮废水，一般采取加碱吹脱等预处理，再通过生物脱氮方法深度处理，实现达标排放.以焦化废水为例，排放废水中氨氮浓度为1800mg/L左右，可以通过吹脱、化学沉淀等方法可将氨氮浓度预处理降到300mg/L左右，再进行生物脱氮工艺.

传统的生物脱氮工艺

A/O工艺

在厌氧池中异养菌将污水中的可溶A/O即厌氧-好氧工艺，又称为前置反硝化生物脱氮工艺

在厌氧池中异养菌将污水中的可溶性有机物和淀粉等悬浮物水解为有机酸.随后进入好氧池自养菌在充足供氧条件下进行硝化作用将氨态氮氧化为硝态氮，再通过回流返回至厌氧池，在缺氧条件下，异氧菌在缺氧条件下进行反硝化作用将硝态氮还原为分子态氮，从而实现污水无害化处理.表1列出了A/O处理工艺对氨氮工业废水的研究案例.

通过对比可以看出，针对不同种类的工业氨氮废水，A/O工艺在实际的工业处理中，针对不同的工业废水，设计的处理能力不同，其运行成本也不同，且进水氨氮浓度越高，处理成本也越高.在处理无机氨氮废水时，需向其投加碳源以满足微生物的生长需求.设计的处理能力普遍高于1000m3/d，进水氨氮浓度在100～300mg/L附近的废水可降到8mg/L以下，去除率普遍达到90%以上.

1.2A2/O工艺

A2/O工艺亦称A-A-O工艺，即通常所说的厌氧-缺氧-好氧工艺，在厌氧池的主要功能为释放磷，使污水中磷的浓度升高，降低部分NH3-N的浓度;在缺氧池中，反硝化细菌利用污水总的有机物作为碳源，将回流混合液中带入大量NO3-N和NO2-N还原为N2释放至空气;在好氧池中，有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降.表2列举了部分A2/O工艺对工业氨氮废水的研究案例.

结合表1与表2，A2/O工艺对工业废水处理的进水氨氮浓度负荷略高于A/O工艺，且表2出水氨氮浓度普遍能达到15mg/L以下，去除率普遍在90%以上.在实际处理过程中，该工艺在应用中的处理能力普遍在1000m3/d以上，在进水氨氮浓度较高的情况下，运行成本也较高.

SBR工艺

SBR是序列间歇式活性污泥法的简称，其反应机制和去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行的操作方式不尽相同的一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥技术.其在处理废水时一个完整的运行周期包括如下5个阶段:(1)进水;(2)反应;(3)沉淀;(4)排水排泥;(5)闲置.表3比较了SBR工艺对工业氨氮废水处理的指标.

通过对比可以看出，针对不同的工业氨氮废水，SBR工艺的运行周期不尽相同.在不同的工业处理应用中处理能力也不尽相同，但在不同的进水氨氮浓度条件下，出水氨氮的浓度绝大部分能在10mg/L以下，去除率普遍高于90%，在进水氨氮浓度越高的情况下，处理成本也相应地提高.

MBR工艺

膜MBR又称膜生物反应器，是一种由膜分离技术与生物反应过程相结合的水处理技术的选择透过性将反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，同时分别控制污泥停留时间和水力停留时间，使其在反应器中不断反应、降解难降解的物质从而达到处理效果.表4比较分析了MBR工艺对氨氮工业废水的处理指标.

通过对比可以看出，MBR工艺在处理工业氨氮废水中目前使用较多的膜材料为聚偏氟乙烯材料，虽然针对不同的处理对象设计的处理能力不同，但上表中各自的运行成本不高，且在进水浓度约为或小于100mg/L时，出水浓度可达到5mg/L以下，此时去除率达到93%以上.

1.5BAF工艺

BAF是曝气生物滤池的简称，是一种以过滤为主体，集生物氧化和截留为一体的生物膜法处理工艺.曝气生物滤池以滤池中填装的粒状填料为载体以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，发挥生物代谢作用，实现污染物在反应器的***作用.表5比较分析了BAF工艺对不同种类的工业氨氮废水的处理指标.

通过对比可以看出，在BAF工艺中，目前应用较多的载体填料为陶粒.虽然针对不同的氨氮废水，BAF工艺设计的处理能力不同且普遍较大，但总体运行成本较低，进水氨氮浓度较高的企业运行成本要略高于进水氨氮浓度较低的企业.在进水氨氮浓度约为100mg/L时，可将氨氮处理到5mg/L以下，且去除率约为90%.

1.6氧化沟

氧化沟(OxidationDitch)即连续循环式反应器，是荷兰工程师在20世纪50年代研究成功的一种活性污泥法，其在延时曝气条件下将活性污泥和废水的混合液在封闭的沟渠形的曝气池中不断流动.表6列出了氧化沟工艺对工业氨氮废水的研究案例.

通过对比可以看出，目前在氧化沟工艺中使用的氧化沟类型不尽相同，且在实际工业处理中，该工艺设计的处理能力普遍较大，且运行成本较低.但在氧化沟工艺的处理当中，进水氨氮的浓度普遍不高，在进水浓度小于50mg/L的条件下，出水氨氮浓度能处理到较低水平，处理率大于80%.

2新型生物脱氮工艺

短程硝化反硝化

硝化是废水生物脱氮过程中必不可少的步骤，短程硝化则是将氨氧化控制在亚硝酸盐阶段的硝化[30]，其反过程.短程硝化反硝化生物脱氮技术的核心是将硝化过程控制在亚硝酸阶段，随后进行反硝化应是在同一个反应器中，先在有氧的条件下，利用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐，后在缺氧的条件下，以有机物或外加碳源作为电子供体，将亚硝酸盐进行反硝化生成氨气.表7列出了短程硝化反硝化对工业氨氮废水的研究案例.

通过对比可以看出，短程硝化反硝化工艺可处理氨氮浓度较高的工业氨氮废水，同时其出水氨氮浓度绝大部分在15mg/L附近，达到部分工业废水氨氮间接排放的标准，且处理率在95%以上.

同时硝化反硝化(SND工艺)

当硝化与反硝化在同一个反应器中同时进行时，成为同时硝化反硝化(SND).废水中溶解氧受扩散速度限制在微生物絮体或者生物膜上的微环境区域产生溶解氧浓度较高，利于好氧硝化菌和氨化菌的生长繁殖，越深入絮体或膜内部，溶解氧浓度越低，产生缺氧区，反硝化菌占优势，从而形成同时硝化反硝化过程.表8列出了同时硝化反硝化对工业氨氮废水的研究案例.

通过对比可以看出，目前对同时硝化反硝化的工业实际应用较少，但依据表8中的案例可以看出工业上该工艺对氨氮的处理在进水浓度较高的条件下，可将出水氨氮浓度降到10mg/L一下，处理率达到99%以上.

厌氧氨氧化(ANAMMOX工艺)

厌氧氨氧化工艺即ANAMMOX工艺，是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO2-或NO3-为电子受体，将NH4+、NO2-或NO3-转变成N2的生物转化氧化过程.何岩等[38]研究了SHARON工艺与厌氧氨氧化工艺联用技术处理“中老龄”垃圾渗滤液的效果，实验结果表明厌氧氨氧化反应器可在具有硝化活性污泥中实现启动;在进水氨氮和亚硝酸氮的浓度不超过250mg/L的条件下，氨氮和亚硝酸氮的去除率分别可达到80%和90%.目前，研究仍处于实验室阶段，还需要进一步调整和优化工艺条件，提高联合工艺处理实际高氨氮废水的总氮去除效能.

不同方法适用性、优缺点和去除率及成本分析

基于上述不同生物脱氮方法和工艺案例，可了解不同工艺的适用性，为分析应用效果和运行成本提供基础，具体分析见表9.

通过对以上应用案例进行分析比较，可以看出，在采用同一种处理工艺的条件下，进水氨氮的浓度越高，处理成本也会相应的增大.不同的处理工艺对进水氨氮浓度的要求虽不尽相同，但其出水氨氮的浓度大部分可达到直接排放的标准，且处理率普遍可达到90%以上.A2/O、MBR和氧化沟工艺在实际的工业污水处理应用中，运行成本较低，约为1元/m3.

讨论

利用生物脱氮技术可以使工业废水脱氮，并实现达标排放.目前生物脱氮工艺正朝着更为简洁、高去除率、低成本的方向发展.由于各种工艺脱氮的能力均有一定的限制条件，提高废水预处理的水平会使整个脱氮工艺取得更好的效果;随着脱氮理论研究的深入，新工艺层出不穷，不同工艺有机组合可以达到更好的处理效果.