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隨同著城市化和工業(yè)化的快速開(kāi)展，城市污水中污染物組分組成的復(fù)雜水平也有相應(yīng)的增加。關(guān)于工業(yè)污水而言，化工、有色、石化、農(nóng)副食品、紡織等行業(yè)是NH/-N污染排放的排放量占工業(yè)排放總量的85%以上。污水中呈現(xiàn)低C高N問(wèn)題大都表如今以下5個(gè)方面：食品行業(yè)；畜禽養(yǎng)殖業(yè)；化工行業(yè)；含蛋白質(zhì)高濃度有機(jī)工業(yè)污水處理厭氧后段；城市污水進(jìn)水，由于水量大、含蛋白質(zhì)量大的高濃度污水經(jīng)點(diǎn)源處置后也會(huì)形成NH/-N偏高，C/N比比例失調(diào)。

傳統(tǒng)生物脫氮辦法在廢水脫氮方面起到了一定的作用，但仍存在許多問(wèn)題。如：氨氮徹底硝化需耗費(fèi)大量的氧，増加了動(dòng)力耗費(fèi)；對(duì)C/N比低的廢水，需外加有機(jī)碳源；工藝流程長(zhǎng)，所需空間大，基建投資高等。

近年來(lái)，生物脫氮范疇開(kāi)發(fā)了許多新工藝，主要有：同步硝化反硝化；短程硝化反硝化；厭氧氨氧化和全程自養(yǎng)脫氮。

1、同步硝化反硝化（SND）

自20世紀(jì)80年代以來(lái), 研討人員在一些沒(méi)有明顯缺氧及厭氧段的活性污泥法工藝中, 曾屢次察看到氮的非異化損失現(xiàn)象, 即存在有氧狀況下的反硝化反響、低氧狀況下的硝化反響。在這些處置系統(tǒng)中,硝化和反硝化常常發(fā)作在相同的條件下或同一處置空間內(nèi), 這種現(xiàn)象被稱(chēng)作同步硝化反硝化(SND）,亦有研討人員將這種現(xiàn)象中的反硝化過(guò)程稱(chēng)之為好氧反硝化。

工藝微生物學(xué)家在純種培育的研討中發(fā)現(xiàn)，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌有十分復(fù)雜的生理多樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多反硝化細(xì)菌在好氧條件下能實(shí)行反硝化；Castingnetti證明許多異養(yǎng)菌能實(shí)行硝化。這些新發(fā)現(xiàn)使得同時(shí)硝化反硝化成為可能，并奠定了SND生物脫氮的理論根底。硝化與反硝化的反響動(dòng)力學(xué)均衡控制是同步硝化反硝化技術(shù)的關(guān)鍵。

在該工藝中，硝化與反硝化反響在同一個(gè)構(gòu)筑物中同時(shí)實(shí)行，與傳統(tǒng)的工藝相比具有明顯的優(yōu)越性：（1）儉省反響器體積和構(gòu)筑物占空中積，減少投資；（2）可在一定水平上防止NO2-氧化成NO3-再?gòu)?fù)原成NO2-這兩步多余的反響，從而可縮短反響時(shí)間，還可儉省DO和有機(jī)碳；（3）反硝化反響產(chǎn)生的堿度能夠補(bǔ)償硝化反響堿度的耗費(fèi)，簡(jiǎn)化pH調(diào)理，減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。MBBR工藝是同步硝化反硝化的典型工藝。

MBBR工藝原理是經(jīng)過(guò)向反響器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提升反響器中的生物量及生物品種，從而提升反響器的處置效率。由于填料密度接近于水，所以在曝氣時(shí)，與水呈完整混合狀態(tài)，微生物生長(zhǎng)的環(huán)境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡愈加細(xì)小，增加了氧氣的應(yīng)用率。另外，每個(gè)載體內(nèi)外均具有不同的生物品種，內(nèi)部生長(zhǎng)一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個(gè)載體都為一個(gè)微型反響器，使硝化反響和反硝化反響同時(shí)存在，從而提升了處置效果。

2、短程硝化-反硝化（SHARON）

1975年，Voets等發(fā)現(xiàn)了硝化過(guò)程中亞硝酸鹽積聚的現(xiàn)象，并初次提出了短程硝化反硝化生物脫氮的概念。1986年Sutherson等證明了其可行性，國(guó)內(nèi)外研討標(biāo)明，與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可減少25%左右的需氧量，降低能耗；儉省反硝化階段所需求的有機(jī)碳源，降低了運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用；縮短HRT，減少反響器體積和占空中積；降低了污泥產(chǎn)量；硝化產(chǎn)生的酸度可局部地由反硝化產(chǎn)生的堿度中和。

因而，對(duì)許多低C/N比廢水，目前比擬有代表性的工藝有亞硝酸菌與固定化微生物單級(jí)生物脫氮工藝，單一反響器經(jīng)過(guò)亞硝酸鹽去除氨氮(SHARON)工藝。

SHARON工藝是由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種新型脫氮工藝，其根本原理是在同一個(gè)反響器內(nèi)，在有氧條件下，應(yīng)用氨氧化菌將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，然后在缺氧條件下，以有機(jī)物為電子供體，將亞硝態(tài)氮反硝化成N2。將氨氧化控制在亞硝化階段是該工藝的關(guān)鍵。

SHARON工藝的勝利在于：

(1)應(yīng)用了溫度這一重要要素，提升了亞硝酸細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)性；

(2)應(yīng)用完整混合反響器在無(wú)污泥回流條件下污泥停留時(shí)間(SRT)與水力停留時(shí)間(HRT)的同一性，控制HRT大于亞硝酸細(xì)菌的世代時(shí)間，小于硝酸細(xì)菌的世代時(shí)間，完成硝酸細(xì)菌的“淘洗”，使反響器內(nèi)主要為亞硝酸細(xì)菌；

(3)控制較高的pH值，不只抑止了硝酸細(xì)菌，也消弭了游離亞硝酸(FNA)對(duì)亞硝酸細(xì)菌的抑止。

1998年在荷蘭已有此類(lèi)污水處置廠投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

雖然SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)方式獲得了較好的效果，但不能保證出水氨氮的濃度很低。該工藝更適于對(duì)較高濃度的含氨氮廢水的預(yù)處置或旁路處置。

3、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

1994年，Kuenen等邸發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌在硝化反硝化反響中能應(yīng)用硝酸鹽或亞硝酸鹽作電子受體將氨氮氧化成N2和氣態(tài)氮化物；1995年，Mulder等人在研討脫氮流化床反響器時(shí)發(fā)現(xiàn)，氨氮可在厭氧條件下消逝，氨氮的消逝與硝氮的耗費(fèi)同時(shí)發(fā)作并成正相關(guān)。不久，VandeGraaf等人進(jìn)一步證明該過(guò)程是一個(gè)微生物反響，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果還標(biāo)明，亞硝態(tài)氮是一個(gè)更為關(guān)鍵的電子受體。因而，能夠把ANAMMOX完好的定義為，在厭氧條件下，微生物直接以氨氮作為電子供體，以亞硝態(tài)氮為電子受體，轉(zhuǎn)化為Nz的微生物反響過(guò)程。

ANAMMOX工藝主要采用流化床反響器，由于是在厭氧條件下直接應(yīng)用氨氮作電子供體，無(wú)需供氧、無(wú)需外加有機(jī)碳源維持反硝化、無(wú)需額外投加酸堿中和試劑，故降低了能耗，節(jié)約了運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。同時(shí)還防止了因投加中和試劑有可能形成的二次污染問(wèn)題。

由于NH3-N和NO2-N同時(shí)存在于反響器中，因而，ANAMMOX工藝與一個(gè)前置的硝化過(guò)程分離在一同是十分必要的，并且，硝化過(guò)程只需將局部的NH3-N氧化為NO2-N。據(jù)此，荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)了SHARON-ANAMMOX結(jié)合工藝，該結(jié)合工藝應(yīng)用SHARON反響器的出水作為ANAMMOX反響器的進(jìn)水，具有耗氧量少、污泥產(chǎn)量低、不需外加有機(jī)碳源等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景，成為生物脫氮范疇內(nèi)的一個(gè)研討重點(diǎn)。

4、全程自養(yǎng)脫氨氮(CANON)

與其它工藝相比，全程自養(yǎng)脫氨氮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表如今：

(1)不用外加有機(jī)碳源。因而，在處置低C/N比廢水時(shí)能儉省大量能源；

(2)對(duì)亞硝氮的供給沒(méi)有請(qǐng)求，含有高氨氮的廢水可直接進(jìn)入反響器；

(3)雖然該系統(tǒng)請(qǐng)求限氧，但不嚴(yán)厲請(qǐng)求厭氧，因而，在實(shí)踐操作中，氧氣的控制比擬容易。目前，全程自養(yǎng)脫氨氮系統(tǒng)的處置才能依然很低，對(duì)其機(jī)理也不非常明白，但污泥接種體比擬容易大量生長(zhǎng)，接種的硝化污泥很容易在活性污泥中產(chǎn)生，這標(biāo)明該系統(tǒng)可應(yīng)用于工程理論。氧限制自養(yǎng)硝化反硝化(OLAND)工藝是全程自養(yǎng)脫氮的典型工藝。

Kuai等人提出了OLAND工藝，該工藝的關(guān)鍵是在活性污泥反響器中控制溶解氧，使硝化過(guò)程僅停止到氨氮氧化為亞硝酸鹽階段，由于缺乏電子受體，由NH3-N氧化產(chǎn)生的NO2-N氧化未反響的NH3-N構(gòu)成N2。該反響機(jī)理為由亞硝酸菌(Nitrosomonas)催化的NO2-的歧化反響。

研討標(biāo)明，亞硝酸菌與硝酸細(xì)菌對(duì)氧的親和力不同，亞硝酸菌氧飽和常數(shù)通常為0.2~0.4mg/L，硝酸菌的為1.2-1.5mg/L，在低DO條件下，亞硝酸細(xì)菌與硝酸細(xì)菌的增長(zhǎng)速率均降落，但是硝酸細(xì)菌的降落比亞硝酸細(xì)菌要快，招致亞硝酸細(xì)菌的增長(zhǎng)速率超越硝酸細(xì)菌，使生物膜上的細(xì)菌以亞硝酸細(xì)菌為主體，呈現(xiàn)亞硝酸鹽氮積聚。OLAND工藝就是應(yīng)用這2類(lèi)菌動(dòng)力學(xué)特性的差別，以淘汰硝酸菌，使亞硝酸大量積聚。但迄今為止，還不分明這些微生物群體能否與正常的硝化菌有關(guān)聯(lián)。

OLAND工藝是在低DO濃度下完成維持亞硝酸積聚，但是活性污泥易崩潰和發(fā)作絲狀收縮。因而，低DO對(duì)活性污泥的沉降性、污泥收縮等的影響仍有待進(jìn)一步的研討。