城鎮污水處理廠總氮去除工藝研究進展

前言 
　　近年來，隨著我國經濟社會的快速發展，城鎮規模的日益擴大，各地區污水排放量都在不斷的增加，水資源的污染也日趨嚴重，且《長江中下游流域水污染防治規劃（2011-2015年）》明確要求到2015年底所有城鎮污水處理廠應達到《城鎮污水廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B以上排放標準。然而現有的城鎮污水處理廠因工藝技術和過程控制等方面不足，存在尾水氮超標的問題，這就迫使城市污水處理廠在去除有機物的同時，也要對脫氮，特別是總氮的去除應有所加強，因此，對于污水處理中總氮去除的工作受到了廣大水務工作者的關注和重視。本文對城鎮污水處理廠中現有的總氮去除工藝進行了綜述，為新污水處理廠的建設及舊污水處理廠的升級改造提供相關的文獻支持。 
　　1、總氮去除的原理 
　　總氮是指可溶性及懸浮物顆粒中的含氮量，包括NO3-，NO2-和NH4+等無機氮和氨基酸、蛋白質和有機胺等有機氮。總氮去除的基本過程主要包括氨化反應，硝化反應和反硝化反應三個階段。在氨化菌的作用下，有機氮被分解轉化為氨態氮，這一過程稱為氨化過程，氨化過程很容易進行，在一般污水處理設施中均能完成，故城鎮污水處理廠總氮去除關鍵在于硝化和反硝化。 
　　硝化反應即氨氮氧化成硝酸鹽的反應是由來兩組自養型好氧微生物，通過兩個過程來完成的。第一步先由亞硝酸菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽（NO2-），第二步再由硝酸菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽（NO3-）。亞硝酸菌和硝酸菌統稱硝化菌，硝化菌屬專性好氧菌，亞硝酸菌有亞硝酸單胞菌屬，亞硝酸螺桿菌屬和亞硝酸球菌屬；硝酸菌有硝酸桿菌，螺菌屬和球菌屬等。 
　　反硝化反應是將硝化反應過程中產生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮氣的過程。參與反硝化反應的微生物是反硝化菌，反硝化細菌是由大量存在于污水處理系統的異養型兼性細菌，如變形桿菌，假單胞菌和芽孢桿菌等。 
　　2、總氮去除的主要工藝 
　　2.1 A2/O工藝 
　　A2/O工藝是厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱。A2/O工藝于70年代由美國專家在厭氧-好氧磷工藝（A/O）的基礎上開發出來的。該工藝在好氧段，硝化細菌將入流中的氨氮及有機氮氨化成的氨氮，通過生物硝化作用，轉化成硝酸鹽；在缺氧段，反硝化細菌將內回流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用，轉化成氮氣逸入到大氣中，從而達到脫氮的目的。無錫蘆村污水處理廠通過對多年進出水水質數據的統計分析，結合其污水處理工藝流程的單元構成和實際運行控制參數選擇多模式運行的A2/O工藝，對其出水水質達到一級A標準提供了工藝支持。清潭污水處理廠利用型改良A2/O工藝對自身原有工藝進行改造，調試結果表明，對于回流污泥內源反硝化強化環溝型改良A2/O工藝，在進水COD/TN為3.3的條件下，工藝系統TN去除量高達35mg/L，脫氮效果良好，出水水質穩定達到了一級A排放標準。 
　　2.2 氧化溝工藝 
　　氧化溝也稱氧化渠或循環曝氣池，是于20世紀50年代由荷蘭的巴斯韋爾（Pasveer）所開發的一種污水生物處理技術，屬活性污泥法的一種變法。它把連續式反應池作為生化反應器，混合液在其中連續循環流動。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應器中的混合液傳遞水平速度，從而使被攪動的混合液在氧化溝閉合渠道內循環流動。 
　　平頂山污水處理一期工程采用了傳統的Carrousel型氧化溝法處理工藝，運行中由于采用了完全混合式，缺氧段很難形成，造成TN去除率偏低。針對一期工程的問題，采取了改造管網、限制排污等一系列源頭控制策略，改善了污水處理廠進水的可生化性。平頂山污水處理一期工程改造后，進水水質發生了明顯變化，C/N約為3.85，BOD/COD約為0.4，出水水質中TN為16.75mg/L，出水TN達到了一級B標準的要求。 
　　2.3 SBR工藝 
　　SBR是序列間歇式活性污泥法的簡稱。SBR的運行有別于傳統活性污泥法，一般采用多個SBR反應器并聯間歇運行的方式。SBR工藝的主要特征是采用有序和間歇操作的運行方式。對于單一SBR 反應器，每個運行周期包括5個階段：進水期，反應期，沉淀期，排水排泥期，閑置期。 
　　晉中市第一污水處理廠原采用SBR工藝，存在TN達標的問題，中試實驗階段探索采用補充外加碳源的方式，實現了出水TN穩定達到一級A標準。結果表明，外加碳源葡萄糖的最優投加量為125mg/L，在該投量下，TN的去除率為76.1-83.8%，出水TN穩定為11-12mg/L，達到一級A標準。 
　　3、結語 
　　總氮去除作為城鎮污水處理廠升級改造的關鍵因素必將受到越來越多的污水處理廠的關注，目前，總氮去除主要的工藝有A2/O，氧化溝工藝和SBR工藝等，這些工藝通過其各自不同的特點來完成總氮的去除，污水處理廠可根據自身原有的工藝特點及水質情況來選擇符合自己的工藝，來完成對總氮去除的升級改造。