汙水脫氮原理及工藝詳解！

作者：由水業傳媒發表于攝影時間：2021-05-06

除水器的原理是什麼

氮、磷元素的大量排放會造成水體的富營養化，因此我國將氨氮和總磷作為評價汙水處理廠處理效果的重要考核指標。目前汙水處理以生物脫氮為主，其脫氮原理為經過好氧硝化，缺氧反硝化，將汙水中的氮元素轉化為無害的氮氣。

01 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。生物脫氮首先是在厭氧環境內，透過氨化作用將有機氮轉化為氨氮，這一過程稱為氨化過程，氨化過程很容易進行，在一般無數處理設施中均能完成；然後在好氧環境內，透過硝化作用，將氨氮轉化為硝態氮；隨後在缺氧環境內，透過反硝化作用，將硝態氮轉化為氨氣，從水中逸出。

02 主要工藝

脫氮的主要工藝包括活性汙泥法（A2O、氧化溝、SBR等）和生物膜法（生物濾池、生物接觸氧化池、生物轉盤等），對汙水中的氮都有良好的去除效果，但在工藝以及操作上存在一定的侷限性和複雜性。

1、活性汙泥法

>>>>1. A2O法

A2O法即厭氧一缺氧一好氧活性汙泥法。汙水在流經厭氧、缺氧、好氧三個不同功能分割槽的過程中，在不同微生物菌群的作用下，使汙水中的有機物、N、P得到去除。A2O 法是最簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間短，在厭氧、缺氧、好氧交替執行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服汙泥膨脹，SVI一般小於100，有利於處理後的汙水與汙泥分離，厭氧和缺氧段在執行中只需輕緩攪拌，執行費用低。

優點：該工藝為最簡單的同步脫氮除磷，總的水力停留時間，總產佔地面積少；在厭氧的好氧交替執行條件下，絲狀菌得不到大量增殖，無汙泥膨脹；汙泥中含磷濃度高，具有很高的肥效；執行中勿需投藥，只用輕緩攪拌，執行費低。

缺點：除磷效果難於再行提高，汙泥增長有一定的限度，不易提高；脫氮效果也難於進一步提高，內迴圈量不宜太高，否則增加執行費用；對沉澱池要保持一定的濃度的溶解氧，減少停留時間，溶解濃度也不宜過高，以防止迴圈混合液對缺反應器的干擾。

>>>>2. 氧化溝

氧化溝又稱連續迴圈反應器，是常規活性汙泥法的一種改型和發展，是延時曝氣法的一種特殊形式。

其主要功能是供氧；保證其活性汙泥呈懸浮狀態，是汙水、空氣、和汙泥三者充分混合與接觸；推動水流以一定的流速（不低於0。25m/s）沿池長迴圈流動，這對保持氧化溝的淨化功能具有重要的意義。氧化溝具有出水水質好、抗衝擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易穩定、能耗省、便於自動化控制等優點。

但是，在實際的執行過程中，仍存在一系列的問題，如汙泥膨脹問題、泡沫問題、汙泥上浮問題、流速不均及汙泥沉積問題。

>>>>3. SBR

間歇式活性汙泥法簡稱SBR工藝，一個執行週期可分為五個階段即：進水、反應、沉澱、排水、閒置。這種一體化工藝的特點是工藝簡單，由於只有一個反應池，不需二沉池、迴流汙泥及裝置，一般情況下不設調節池，多數情況下可省去初沉池。

特點：

大多數情況下，無設定調節池的需要；SVI值較低，易於沉澱，一般情況下不會產生汙泥膨脹；透過對執行方式的調節，進行除磷脫氮反應；自動化程度較高；得當時，處理效果優於連續式；單方投資較少；佔地規模較大，處理水量較小。

存在問題：A2O

和氧化溝工藝均需要較大的池體面積，基建成本高；汙泥迴流、沉澱工序複雜、能耗大，普通小型汙水廠難以承擔，不適用於汙水廠改造。SBR工藝需要精細度高的潷水器來保證出水水質，後續要設定調節池來調節出水水量，對自動化要求高。

>>>>4. 生物膜法

生物濾池佔地面積大，生物接觸氧化池固定載體施工維護難度大，且二者均容易發生堵塞，對汙水廠的長期穩定運作造成極大的困難。生物轉盤處理水量小，較適用於處理水量小的汙水處理廠。

03 新型工藝

>>>>1. MBBR膜法

MBBR工藝是基於生物濾池和生物流化床工藝發展起來的，在同時發揮生物膜法和活性汙泥法的優勢下，克服了生物膜法常遇到的填料堵塞和反衝洗的高能耗，還克服了活性汙泥法的汙泥流失等問題，使其生物處理效果更為有效。

MBBR載體使用聚合高分子材料製成，高分子材料中融合多種有利於微生物快速附著生長的微量元素，經過特殊工藝改性、構造而成，具有比表面積大、親水性好、生物活性高、掛膜快、處理效果好、使用壽命長等優點。

微生物可大量附著在MBBR載體上，使生化處理系統在汙泥濃度不變的情況下生物量得到成倍的提高。系統的處理能力和效率也因此得到相應的提高，強化了對不同水質的抗衝擊性。當附著在MBBR載體上的生物膜達到一定的厚度時，生物膜形成溶氧梯度，使得在好氧池內載體的內部仍存在缺氧區域，使反硝化菌能在載體內部進行反硝化作用，即同步硝化反硝化。可以有效節省碳源，使其能在較低的碳氮比的情況下仍能有良好的脫氮能力。

MBBR載體密度均小於1，在掛膜之後密度與水相近，能在水體中呈懸浮狀態。在實際操作中，使用曝氣+攪拌使載體在水體中呈流化狀態，形成氣-液-固三相流化，強化了氣、液相和載體之間的接觸，大大提高了對氧氣的利用效率，有效降低曝氣量和能耗。

MBBR工藝只需在原有生化工藝上按比例投載入體，和設定載體格柵，無需大量的基建即可起到強化脫氮能力的作用，大大節省了投資成本。在汙水廠的提標改造方面有良好的發展前景。

>>>>2. 短程硝化反硝化

傳統的脫氮工藝是將NH4+氧化成NO2-，再氧化成NO3-；起作用的分別是亞硝酸菌和硝酸菌，統稱為硝化菌，可得如下結論：亞硝化過程產生的能量比硝化過程產生的能量多，因而前者反應速率較後者快；亞硝化過程中產生大量的H+，使系統pH值降低，而硝化過程對系統的pH值無影響；亞硝化過程和硝化過程好氧比為3：1；亞硝酸菌和硝酸菌的生理特性大致相似，但前者的時代週期短，生長較快，因此較能適應衝擊負荷和不利的環境條件。

當硝酸菌受到抑制的時候，將會出現NO2-的積累。很顯然，在傳統的硝化-反硝化脫氮過程中，在反硝化菌的作用下，反硝化過程既可從硝酸鹽開始，也可以從亞硝酸鹽開始。但由NO2-轉化為NO3-，然後由NO3-再轉化為NO2-的重複轉化過程中，要消耗更多的溶解氧和有機碳源。如果在實際過程中，控制這一轉化過程，使NH4+全部或絕大部分轉化為NO2-而不是NO3-，由NO2-直接進行反硝化，稱此過程為短程硝化-反硝化，經過環境工作者的不懈努力，短程硝化-反硝化過程在許多反應器都得以實現。

與傳統脫氮工藝過程相比，短程硝化-反硝化體現出以下優勢。

1.節能：

硝化階段，供氧量節省近25%，降低能耗；

2.節約外加碳源：

從NO2-到N2要比從NO3-到N2的反硝化過程中，減少40%的有機碳源；

3.可以縮短水力停留時間：

在高氨環境下，NH4+的硝化速率和NO2-的反硝化速率均比NO2-的氧化速率和NO3-的反硝化速率快，因此水力停留時間可以縮短，反應器的容積也相應減小；

4.可減少剩餘汙泥產量：

亞硝酸菌表觀產率係數為0。04~0。13gVSS/gN，硝酸菌的表觀產率係數為0。02~0。07gVSS/g N，NO2-反硝化菌和NO3-反硝化菌的表觀產率係數分別為0。345gVSS/gN和0。765gVSS/gN，因此短程硝化反硝化過程中可以減少產泥24~33%，在反硝化過程中可少產泥50%。

存在問題：

短程硝化反硝化工藝目前還處於研究階段，實際應用工程較少。由於短程硝化階段溫度、pH 值等因素的控制難度較大，需要研發更加完善的線上檢測和模糊控制技術，以實現穩定的短程硝化反硝化，從而不斷擴大短程硝化反硝化工藝的應用

>>>>3. 厭氧氨氧化

厭氧氨氧化作用即在厭氧條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮氧化為氮氣的生物反應過程。這種反應通常對外界條件（pH值、溫度、溶解氧等）的要求比較苛刻，但這種反應由於不需要氧氣和有機物的參與，因此對其研究和工藝的開發具有可持續發展的意義。

厭氧氨氮化一般前置短程硝化工藝，將廢水中的一部分氨氮轉化成亞硝酸鹽。目前在處理焦化廢水、垃圾滲濾液等廢水方面已經有成功的運用例項。

厭氧氨氧化是一個微生物反應，反應產物為氮氣。具有一些優點：由於氨直接作反硝化反應的電子供體，可免去外源有機物，既可節約執行費用，也可防止二次汙染；由於氧得到有效利用，供氧能耗下降；由於部分氨沒有經過硝化作用而直接參與厭氧氨氧化反應，產酸量下降，產鹼量為零，這樣可以減少中和所需的化學試劑，降低執行費用，也可以減輕二次汙染。

>>>>4. 曝氣生物濾池（BAF）