總氮去除（chú）工藝

​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（chù）理（lǐ）以生物脫氮為主，其脫（tuō）氮原（yuán）理為經過好氧（yǎng）硝（xiāo）化，缺氧反硝化，將（jiāng）汙水中的氮（dàn）元素轉化為無害的氮氣。

一、原理

總氮是指可溶（róng）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（suān）、蛋白質（zhì）和有機胺等有機氮。生物脫氮首先是在厭氧環境內，通過氨化作用將有機氮轉化為氨氮，這一過程（chéng）稱為氨化（huà）過程，氨化過程很容易進行，在一般無數（shù）處理設（shè）施中均能完成；然後在好氧環境內，通過硝化作用，將氨氮轉化為（wéi）硝態氮；隨後在（zài）缺（quē）氧環境內，通過反硝化作（zuò）用，將硝態氮轉化為氨氣，從水中逸出。

二、主（zhǔ）要工（gōng）藝

脫氮的主要工藝包括活性（xìng）汙泥（ní）法（A²O、氧化溝、SBR等（děng））和生（shēng）物（wù）膜法（生物濾池、生物接觸氧化（huà）池、生物轉盤等），對汙水中的氮都有良好的去除效果，但在（zài）工藝以及操作上存在一定的（de）局限性（xìng）和複雜性。

1.活性汙（wū）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（yǎng）、缺氧、好氧三個不同功能分區的過程中，在不同微生物菌群的作用下，使汙水中的有（yǒu）機物、N、P得到（dào）去除。A²/O法是最簡單的同步除（chú）磷脫氮工藝（yì），總水力停留時間短，在厭氧、缺氧、好氧交替運行的條件下，可抑製絲狀菌的繁殖，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，厭氧和缺氧段在運行中隻需輕緩攪拌，運行費用低。該工藝在國內外使用比（bǐ）較廣泛。

優點：該工藝為最簡（jiǎn）單的同步脫（tuō）氮除磷，總的水力停留時（shí）間（jiān），總產（chǎn）占地麵積少；在厭（yàn）氧的好氧交（jiāo）替運行條件下，絲狀菌得不到大量增殖，無汙（wū）泥膨脹；汙泥中含磷濃度高，具有很高的肥效；運行中勿需投（tóu）藥，隻用輕緩攪（jiǎo）拌，運行費低。缺（quē）點有：除磷效果難於再行提高，汙泥增（zēng）長有一定的限度（dù），不易提高；脫氮效果也（yě）難於進一步提（tí）高，內循環量不宜太高，否則增加運行費（fèi）用；對沉（chén）澱池要保持一定（dìng）的濃度的（de）溶解氧，減少停留時間，溶解濃度也不宜過高，以防止循環混合液對缺反應器的幹（gàn）擾（rǎo）。

（2）氧化溝

氧化溝又稱連（lián）續循環反應器，是20世紀50年代由荷蘭的公共衛生所（TNO）開發出（chū）來（lái）的。氧化溝是常規（guī）活（huó）性汙泥法的一種改型和發展（zhǎn），是延時曝氣（qì）法的（de）一種特殊形式。其主要功能是供（gòng）氧；保證（zhèng）其活性汙泥呈懸浮狀態，是汙水（shuǐ）、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（dī）於0.25m/s）沿池長循環流動，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（zhì）好、抗衝擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易穩定、能耗省、便於自動化控製等優點。但（dàn）是，在實際的運行（háng）過程中，仍存在一係列的問（wèn）題，如汙（wū）泥膨脹（zhàng）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（gè）運行周（zhōu）期可分為五個階段即：進水、反應、沉澱、排水、閑置。這種一體化工藝的特點是工藝簡（jiǎn）單，由於隻有一個反應（yīng）池，不需二沉池、回流汙泥及設備，一般（bān）情況下不設調節池，多數情況下可省去初沉（chén）池。

特（tè）點：大多數情（qíng）況下，無設置調節池的（de）需要；SVI值較低，易於沉澱，一般情況下不會產生汙泥（ní）膨脹；通（tōng）過（guò）對運行方式的調節，進行除磷脫氮反應；自動化（huà）程（chéng）度較高；得當時，處理效果優於連續式；單方投資較少（shǎo）；占地規模較大，處理水量較小。

 存在問題：A₂O和氧（yǎng）化（huà）溝工藝均需要（yào）較大的池體麵積，基建成本高；汙泥回流、沉澱（diàn）工序複雜、能耗大，普通小型汙水廠難以承擔，不適用（yòng）於汙水廠改造。SBR工藝需（xū）要精細度高的潷水器來保證出水水質，後續（xù）要設置調節池來調節出水水量，對（duì）自動化要求高。

 2.生物膜法：

 生（shēng）物濾池占地麵積大，生物接觸氧化池固定（dìng）載體施工維護難度大，且二者均容易發生堵塞，對汙水廠（chǎng）的長期穩定（dìng）運作造成（chéng）極大的困難。生物轉（zhuǎn）盤處（chù）理水量（liàng）小，僅適用於處理水（shuǐ）量小的汙水處（chù）理廠。

 3.新型工藝

（1）MBBR膜法

MBBR工藝是基於（yú）生物（wù）濾池和生物流化床工藝發展起來的，在同時（shí）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（hé）反衝洗的高（gāo）能耗，還克服（fú）了活性汙泥法的汙泥流失等問題，使其生物處理（lǐ）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（zhǒng）有利於微生物快速附著生長的微量元素，經過特殊（shū）工藝改性、構造而成，具有比（bǐ）表麵（miàn）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（kě）大量附著在MBBR載體上（shàng），使生化處理係統在汙泥濃度不變的情況下生（shēng）物量得到成（chéng）倍（bèi）的提高。係統的處理能力和效率也因此得到相應的提（tí）高，強化了對不同水質的抗衝（chōng）擊（jī）性。當附著在MBBR載（zǎi）體上的（de）生物膜達到一定（dìng）的厚度時（shí），生物膜形（xíng）成溶氧梯度，使得（dé）在好氧池內載體的內（nèi）部仍存在（zài）缺氧（yǎng）區域，使反硝化菌（jun1）能在載體內部（bù）進行反硝化作用，即同步硝化反硝化。可以有效節省碳（tàn）源（yuán），使（shǐ）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（zǎi）體密度均小於1，在掛膜之後密度與水相近，能在水體中（zhōng）呈懸浮狀態。在實際（jì）操作中，使用曝氣+攪拌使載體在水體中呈流（liú）化狀態，形成氣-液-固三（sān）相（xiàng）流化，強化了（le）氣、液相和載體之間的接觸，大大（dà）提高了對氧氣的利用效率（lǜ），有效降低曝氣量和能耗（hào）。 

MBBR工藝隻需在原有生化工藝上按（àn）比（bǐ）例投加載體，和設置載體格柵，無需大量的基建即可起到強化脫氮能力（lì）的作用，大大（dà）節省了投（tóu）資成本。在（zài）汙水廠的提標改造方麵有（yǒu）良好的發展前景。

（2）短程硝化反（fǎn）硝化

傳統的脫氮工藝是將NH₄⁺氧化成NO₂^-,再氧化（huà）成NO₃^-；起作用的分別是（shì）亞（yà）硝酸菌和硝（xiāo）酸菌，統稱為硝化菌，可得如下結論：亞硝化（huà）過程產生的能（néng）量比硝化過程產生的能量多，因（yīn）而前者反應速率較後者快；亞硝化過程中產生（shēng）大量的H⁺,使係統pH值降低，而（ér）硝化過程對係統的pH值無影響；亞硝化過（guò）程和硝化過程好（hǎo）氧比為3:1；亞硝酸菌和硝（xiāo）酸菌的（de）生理特性大致（zhì）相似，但（dàn）前者的時代周期短，生長較快，因此較能適應衝擊負荷和不利（lì）的環境條件。當硝酸（suān）菌受到抑製的時候，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（xiāo）耗更多的溶解氧和有機碳源。如果在實際過程中，控製這一轉化過程，使NH₄⁺全部或（huò）絕（jué）大部分（fèn）轉化為NO₂^-而不是NO₃^-，由NO₂^-直接（jiē）進行反（fǎn）硝化，稱此（cǐ）過程為短程硝化-反硝化，經（jīng）過環境（jìng）工作（zuò）者（zhě）的不懈努力，短程硝化-反硝化過程在許（xǔ）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（xiàn）出以下優勢。

節能（néng）：硝化（huà）階（jiē）段，供氧量節省近25%，降低能耗；節（jiē）約外加碳源：從NO₂^-到N₂要比從NO₃^-到N₂的（de）反硝化過程（chéng）中，減（jiǎn）少40%的有機碳源；可以（yǐ）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（sù）率快，因此（cǐ）水力停留時間可以縮短，反應器的容積也相應減小；可減少剩餘汙泥產（chǎn）量：亞硝酸菌（jun1）表觀產率係數為0.04~0.13gVSS/gN,硝酸菌的表觀產率係數為0.02~0.07 g VSS/g N，NO₂^-反硝化菌和NO₃^-反硝化菌的表觀產率係數分別為0.345 g VSS/g N和0.765 g VSS/g N，因此短程硝化反硝（xiāo）化過程中可以減少產泥（ní）24~33%，在反硝化過程中可少產泥50%。

存在（zài）問（wèn）題：短程硝化反硝化工藝目前還處於（yú）研究階段（duàn），實（shí）際應用工（gōng）程較（jiào）少。由於短程硝化階段溫度、pH 值（zhí）等因素的控製難度較大，需要（yào）研發更加完善的在線檢測和模糊控製技術（shù），以實（shí）現穩定的短（duǎn）程硝化反硝化，從而不斷擴大短程硝化反硝化工藝的應用

（2）厭氧氨（ān）氧化

厭氧氨氧化作用即（jí）在厭氧條（tiáo）件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝（xiāo）酸（suān）鹽為（wéi）電（diàn）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（zhí）、溫度、溶解氧等）的要求比較苛（kē）刻，但（dàn）這種反應由於不需要氧氣和有機（jī）物（wù）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（qián）置短程（chéng）硝化工藝，將（jiāng）廢水中的一部（bù）分氨氮轉化成亞硝酸鹽。目前在處理焦化廢水（shuǐ）、垃圾滲（shèn）濾液等廢水方麵已經有成功的運用（yòng）實例。

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(甲醇)，既可（kě）節約運行費用（yòng），也可防止二次（cì）汙染；由於（yú）氧（yǎng）得到有效利用，供氧能耗下降；由（yóu）於部分氨沒有經過硝化作用而直接參（cān）與厭氧氨氧（yǎng）化反應（yīng），產酸量（liàng）下降，產堿量為零，這樣可以減少中和所需的化學試劑，降低運行費用，也可以減輕二次（cì）汙染（rǎn）。

（5）曝氣生物濾池（BAF）

  曝氣生物濾池是 90 年代初（chū）興起的汙水處理新工（gōng）藝，已在歐美（měi）和日本等發達國家廣為流行。

該工藝具有去除 SS 、化學需氧量、 BOD 、硝化、脫氮、除磷、去除 AOX （有害物質）的作用，其特點是集生物氧化和截留懸浮固體與一體，節省了（le）後續沉（chén）澱池 ( 二沉池 ) ，其容積負（fù）荷（hé）、水力負荷大（dà），水（shuǐ）力停留時間短（duǎn），所需基建投（tóu）資（zī）少，出水水質（zhì）好：運行能（néng）耗低，運行費用省。

 BAF 屬第三代生物膜反應器，不僅具有生（shēng）物膜工藝技術的優勢，同時也起著有效的空間（jiān）過濾作用，通過（guò）使用特殊的濾料和（hé）正確的配氣設計， BAF 具有以下工藝特（tè）點（diǎn）

1 、 采用氣水平行上向流（liú），使得氣水進行極好均分，防止了氣泡在濾（lǜ）料層中凝結核（hé）氣堵現象，氧的利（lì）用率高，能耗低；

2 、與下向流過濾相反，上向流過濾維持（chí）在（zài）整個濾池高度上提（tí）供正壓條件（jiàn），可以更好的避免形成溝流（liú）或短流，從而避免（miǎn）通過形成溝流來影響過濾（lǜ）工藝而形成的氣阱；

 3、上向流形（xíng）成（chéng）了對（duì）工（gōng）藝有好處的半柱（zhù）推條（tiáo）件，即使采用高（gāo）過濾速度和負荷，仍能保證 BAF 工藝的持久穩（wěn）定性和有效性；

 4 、采用氣水平行上向（xiàng）流，使空間過濾（lǜ）能被更好的運用，空氣能將固體物質帶入濾床深處，在濾池中能得到高負荷、均勻的固體物質，從而延（yán）長了反衝洗周期，減少清洗時間和清洗時用的氣水量（liàng）；

5 、濾料（liào）層對氣泡的切割作用是使（shǐ）氣泡在濾池中的（de）停留時間延長，提高了（le）氧的利（lì）用率；

6 、由於濾池極好的截汙能力，使得 BAF 後麵不需再設二次（cì）沉（chén）澱（diàn）池；

適用範圍：

城市汙水、小區生（shēng）活汙（wū）水、生活雜排水和食品加工水、釀造等有機廢水處理。

（4）STCC

“STCC汙水處理及深度淨（jìng）化技術”是一種新（xīn）型的多種介質填料的（de）“曝氣生物濾池技術”，該技術在“土壤淨化法”的長期實踐經驗基礎上，采用本地天然材料和廢棄材料，研發出具有自淨功能的“不飽和炭”、“脫氮材料”和“除（chú）磷材料”等多種介質（zhì）的填料，組成複合填料床。通過特殊的曝氣係統在填料床中形成好氧缺氧和厭氧交替的環境（jìng），達到脫氮和除磷的目的。 

技術名稱STCC寓意（yì）：ST代表standard(標準)，第一個C代表 combination(組合)，第二個C代表carbon(碳) ，STCC意即“標準化組合的、以碳係（xì）材料生物濾池為（wéi）核心的汙水處理及深度淨化技術”。

處理（lǐ）城鎮汙水後的出水優於國家《城鎮汙水（shuǐ）處理廠（chǎng）汙染物排放標準（zhǔn）》（GB18918—2002）一級A標（biāo）準，可（kě）以達到國家《地表水環境質量標準》(GB3838—2002）Ⅳ類標準。

適用（yòng）範圍：

城鎮生活汙水處理及深（shēn）度處理、生態（tài）型城市汙水處（chù）理廠、河流湖泊水體淨化與修複（fù）。