總氮去除（chú）工藝

​氮、磷元素（sù）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（chù）理（lǐ）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（yǎng）硝化，缺氧反硝化，將汙水中的氮元素轉化為無害的氮氣。

一、原理

總氮是（shì）指可溶性及懸浮物顆粒中的含氮量，包括（kuò）NO₃^-，NO₂^-和（hé）NH₄⁺等無機氮和氨基酸、蛋白質和有機胺等（děng）有機氮。生物脫氮首先（xiān）是在（zài）厭氧環境（jìng）內，通過氨（ān）化作用將有機氮轉化（huà）為氨氮，這一過程稱為氨化（huà）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，通過（guò）硝化作用（yòng），將氨氮轉（zhuǎn）化為硝態氮；隨後在缺氧環（huán）境內，通過反硝化作用（yòng），將（jiāng）硝態氮轉化為氨氣，從水中逸出。

二、主要工藝

脫氮的主要工藝包括活性汙泥法（A²O、氧化溝、SBR等（děng））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（dōu）有良好的去除效果，但在工（gōng）藝以（yǐ）及操作上存在一定的局限（xiàn）性和（hé）複雜性。

1.活性汙泥（ní）法（fǎ）：

（1）A²O法

A²O法即厭（yàn）氧（yǎng）一缺氧一好氧活性（xìng）汙泥法。汙（wū）水在流經（jīng）厭氧（yǎng）、缺氧、好氧三個不同功能分區（qū）的過程中，在不同微生物菌群的作用（yòng）下，使汙水中的有（yǒu）機物、N、P得（dé）到去除。A²/O法是最（zuì）簡單的同步除磷脫氮工藝，總水（shuǐ）力停留時間短，在厭氧、缺氧、好氧交（jiāo）替運行的條件下，可抑製絲狀菌（jun1）的繁殖，克服汙泥膨脹，SVI一般小於100，有利於處理後（hòu）的汙（wū）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（nèi）外使用比較廣泛。

優點：該工藝為最簡單的同（tóng）步脫（tuō）氮除磷，總的（de）水力停留時間，總產占地麵積少；在厭氧的（de）好氧交替運行條件下，絲狀菌得（dé）不到大量（liàng）增殖，無汙泥膨脹；汙泥中含磷濃度高，具有很高的肥（féi）效；運行中勿需投（tóu）藥，隻用輕緩攪拌，運（yùn）行（háng）費低。缺點有：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（guǒ）也難於進一步提高，內循環量不宜太高，否則增加運行費用；對沉澱池要（yào）保持一定的濃度的（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擾。

（2）氧化溝

氧化溝又稱連續循環反應器，是（shì）20世紀50年代由荷蘭的公共衛生所（TNO）開發出來的。氧化溝是常規活（huó）性汙泥（ní）法的一（yī）種改型和（hé）發展，是延時曝氣法（fǎ）的一種特殊形式。其主（zhǔ）要功能是供（gòng）氧；保證其活性汙泥呈懸浮狀態，是汙水、空（kōng）氣、和汙泥三者充分混合與接觸；推動水流以一（yī）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（jìng）化功能具有重要的意義。氧（yǎng）化溝具有出水水質好、抗衝擊負荷能力強、除磷脫氮效率高（gāo）、汙泥易穩定、能耗省、便（biàn）於自動化控製等優點。但是，在實際的（de）運行過程中，仍（réng）存在一係列的問題，如汙泥膨（péng）脹問題、泡沫問（wèn）題、汙泥上浮問題、流速不均（jun1）及汙（wū）泥沉積問題。

（3）SBR

間歇式活（huó）性汙泥法簡稱（chēng）SBR工藝，一個運行周（zhōu）期可分為五個階段（duàn）即：進（jìn）水、反應、沉澱、排水、閑置。這種一體化工藝的特點是工藝簡單，由（yóu）於隻有一個反應池，不需（xū）二沉池（chí）、回流汙泥及設備，一般情（qíng）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，無設置調節池的需要；SVI值較低，易於沉澱，一般情況下不會產生汙泥膨脹；通過對運（yùn）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（xù）式；單方投資較少；占地規模（mó）較大，處理水量（liàng）較（jiào）小。

 存在問題：A₂O和（hé）氧化溝工藝（yì）均需要（yào）較（jiào）大的池體麵積，基建成本高；汙泥回流、沉澱工序複雜、能（néng）耗大，普通小型汙水（shuǐ）廠難以承擔，不適用於汙水廠改造。SBR工藝需要精細度（dù）高的（de）潷水器來保證出水水質，後續要設置調節池來調節出水水量，對自動化要求高。

 2.生物（wù）膜法：

 生物濾池（chí）占地麵積大，生物接觸氧化（huà）池（chí）固定載體施工（gōng）維護（hù）難度大（dà），且二者均容易發（fā）生堵塞，對汙水廠（chǎng）的長期穩定運作造成極大的困難。生物轉盤處理（lǐ）水量小，僅適用於處理（lǐ）水（shuǐ）量小的汙水處理廠。

 3.新型工藝

（1）MBBR膜法

MBBR工藝是基於（yú）生物濾（lǜ）池和生物流化（huà）床工藝發展起（qǐ）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（yù）到的填料堵塞和反衝洗的高能耗，還克服了活（huó）性（xìng）汙泥法的汙泥流失等問題，使其（qí）生（shēng）物處理效果（guǒ）更（gèng）為有效。

MBBR載體使用（yòng）聚合高分子材料製成，高分子材料中融合（hé）多種有（yǒu）利於微生物快速附著生長的（de）微量元素，經過特殊工（gōng）藝（yì）改性、構造而成，具有比表麵積大、 親水性好、生物活性高、掛膜快、處理效（xiào）果好、使用壽命長等（děng）優（yōu）點。

微生物可大（dà）量附著（zhe）在MBBR載體上，使（shǐ）生化處理係統在（zài）汙泥濃（nóng）度不變的情況下（xià）生物量得到成倍的提（tí）高。係統的處理能力和效率也（yě）因此得到相應的提高，強化（huà）了對（duì）不同水質的抗衝擊性。當附著在MBBR載體（tǐ）上的生物膜達到一定的（de）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（zài）缺氧區域，使（shǐ）反硝化菌能在載體內部進行反硝化作用（yòng），即同步硝化反硝化。可以有效節（jiē）省碳（tàn）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（zhōng）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（qì）-液-固三相流化，強化了氣（qì）、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（xiào）降低曝氣量和能耗。 

MBBR工藝隻需在原有生化工（gōng）藝上按比例投加載（zǎi）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的作用，大大節省了投資（zī）成本。在汙水廠的提標改造方麵有（yǒu）良好的發展（zhǎn）前景（jǐng）。

（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（de）能量多，因而前者反應速率較後者快；亞硝（xiāo）化過程中產生大量的H⁺,使係統pH值降低（dī），而硝化過程對係統的pH值無影響；亞硝化過程和硝化過程好氧比為3:1；亞硝酸（suān）菌和硝酸菌的生（shēng）理特性大致相似，但（dàn）前者的時代（dài）周期短，生長較快，因此較能適應（yīng）衝擊負荷和不利的環境條件。當硝酸菌受到（dào）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（fǎn）硝化菌的作用下，反（fǎn）硝化過程既可從（cóng）硝酸鹽（yán）開始，也可以從亞硝酸鹽開始。但由NO₂^-轉化（huà）為NO₃^-，然後由（yóu）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（yuán）。如果在（zài）實際過程中，控製這一轉化過程，使NH₄⁺全部或絕大（dà）部分轉化為NO₂^-而不是NO₃^-，由NO₂^-直接進行反硝（xiāo）化，稱此過程為短（duǎn）程（chéng）硝化-反硝化，經過環（huán）境工作者的（de）不懈努力，短程硝化-反硝化過程在（zài）許多（duō）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。

節能：硝化階（jiē）段，供氧（yǎng）量節省近25%，降（jiàng）低（dī）能耗；節約外加碳源：從NO₂^-到N₂要比從NO₃^-到N₂的（de）反硝化過程中，減少40%的（de）有機碳源；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（lǜ）均（jun1）比NO₂^-的氧化速率和NO₃^-的反硝化速率（lǜ）快，因此水力停留時間（jiān）可以縮短，反應器的容積也相應減小；可減少剩餘汙泥產量：亞硝（xiāo）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0.02~0.07 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，因此短程硝化反硝化過程中可以減少產泥（ní）24~33%，在反硝化過（guò）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 值等因素的控製（zhì）難度較大（dà），需要研發更加完善的在線檢測（cè）和模糊控製（zhì）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

（2）厭氧氨氧化

厭氧氨氧化作用即（jí）在厭氧條（tiáo）件下（xià）由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為（wéi）電子受體，將氨氮氧化為氮氣（qì）的（de）生物反應（yīng）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（bú）需要氧氣和有機物的參與，因此對其研究和（hé）工（gōng）藝的開發具有可持續發展的意義。 

厭氧（yǎng）氨氮化（huà）一般前置短程硝化工藝，將廢水中的一部分氨氮轉（zhuǎn）化成亞硝酸鹽。目前（qián）在處理焦化廢水、垃圾滲濾（lǜ）液等廢（fèi）水方麵已經有成功的運用實例。

厭（yàn）氧氨氧化是一個微生物（wù）反應，反應產物為氮氣。具有一些優點：由（yóu）於氨直接作反硝化反應的電子供體，可免去外源有機物（wù）(甲醇)，既可（kě）節約運行費用，也可防止二次汙染；由於氧（yǎng）得到有效利用，供氧能耗下降（jiàng）；由於（yú）部分氨沒有經過硝化作用而直接參與厭（yàn）氧氨氧化反應，產酸量下降，產堿量為零，這樣可以減（jiǎn）少中和所需的化學試劑，降低運行費用，也可以減輕二（èr）次汙染。

（5）曝氣生物濾（lǜ）池（chí）（BAF）

  曝氣生（shēng）物濾池是（shì） 90 年代（dài）初興起的汙水處理新工藝，已在歐美和日本（běn）等（děng）發達國家廣為流行。

該工藝具有去除 SS 、化（huà）學需氧量、 BOD 、硝化、脫氮、除磷、去除 AOX （有害物質）的作用，其特（tè）點是集生物氧化和截留懸浮固體與一體，節省了後（hòu）續沉澱池 ( 二沉池 ) ，其容積負荷（hé）、水力（lì）負荷大，水力停留時間（jiān）短，所需基建投（tóu）資少（shǎo），出水水質好：運行能耗低，運行（háng）費用省。

 BAF 屬第三代生物（wù）膜反（fǎn）應器（qì），不僅具有生物膜工藝技術（shù）的優勢，同時也起著有效的（de）空間過濾作用，通過使用特殊（shū）的濾料和正確的配氣設計， BAF 具有以下工藝特點

1 、 采用（yòng）氣水平行上向流，使得氣水進行極好均分（fèn），防止了氣泡在濾料層中凝結核氣（qì）堵現象，氧（yǎng）的利用率高，能耗低；

2 、與下向（xiàng）流過濾相反，上向流過濾維持在整（zhěng）個（gè）濾（lǜ）池高度上提供正壓條件，可以更好的避（bì）免形（xíng）成溝流或短流，從而避免通過（guò）形成溝流來影（yǐng）響過濾（lǜ）工藝而形（xíng）成的氣阱；

 3、上（shàng）向流（liú）形成了對工藝有（yǒu）好處的半柱推條件，即使采用高過濾速度和（hé）負荷，仍能保證 BAF 工藝的持久穩定性和有效性；

 4 、采用氣水平行上（shàng）向（xiàng）流，使空間過濾能被更好的運用，空氣能將固體物質帶入濾床深處（chù），在濾（lǜ）池中能得到高負荷、均勻的固體物質，從而延長（zhǎng）了反衝（chōng）洗周期，減（jiǎn）少（shǎo）清洗時間和清洗時用的氣水（shuǐ）量（liàng）；

5 、濾料層對氣泡的切割作用是使氣泡在（zài）濾池中的停留時間延長，提高了氧的利用率；

6 、由（yóu）於濾池極好的截汙能力，使（shǐ）得 BAF 後麵不需再設二次沉澱池；

適（shì）用範（fàn）圍：

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

（4）STCC

“STCC汙水處理及深度淨化技術”是一（yī）種新型的多種介質填料的“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（fèi）棄材料，研發出具（jù）有自淨功能的“不飽和炭”、“脫氮（dàn）材料”和“除磷材料”等多種介質的填料，組成複合（hé）填料床。通過（guò）特殊的曝氣係統在（zài）填（tián）料床中形成好氧缺氧和（hé）厭氧（yǎng）交替的環境（jìng），達到脫氮（dàn）和除（chú）磷的目的。 

技術名稱STCC寓意：ST代表standard(標準)，第一個C代（dài）表 combination(組（zǔ）合)，第二個C代表carbon(碳) ，STCC意即（jí）“標準化組合的、以（yǐ）碳係材料生物濾池為核心的汙水處理及（jí）深度淨化技術”。

處理城鎮汙水後的出水優於國家《城鎮汙水處理（lǐ）廠汙染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準，可以達到國家《地表水環境質量（liàng）標準》(GB3838—2002）Ⅳ類標準。

適用範圍：

城鎮（zhèn）生活汙水處（chù）理及深度處理、生態型城市汙水處理廠、河流湖泊水體淨（jìng）化與修複。