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1、工程与技术 Engineering and Technology64Environmental Protection 2005. 7控制污废水中氮污染问题是目前水污染控制领域的重要课题之一，研究新型高效污废水脱氮技术已成为当今水污染控制领域的热点。2 0 世纪7 0 年代以来，出现了众多生物脱氮工艺。从推流式曝气池中等负荷活性污泥法到氧化沟、 A / O 法、 A2/O 法，尽管工艺形式不同，运行方式各异，但均遵从硝化反硝化生物脱氮原理。工艺流程复杂， 基建投资大， 动力消耗大， 抗冲击能力差。 为了更好地解决传统生物脱氮技术的一系列问题和满足国内外越来越严格的环境标准要求， 一些新型的脱氮理
2、论和工艺应运而生。 其中， 亚硝化 （S i n g l er e a c t o r f o r H i g h A m m o n i u m R e m o v a l o v e r N i t r i t e ，S H A R O N ）和厌氧氨氧化 （A n a e r o b i c A m m o n i u mO x i d a t i o n ，A N A M M O X ）生物脱氮研究成果为解决传统生物脱氮存在的各种弊端提供了新思路。1 亚硝化 -厌氧氨氧化工艺原理1 . 1 S H A R O N 技术原理S H A R O N 工艺是荷兰 D e l f t 技术大学
3、 B r o u w e r 、H e l l i n g a 开发的一种新型氨去除技术。 其原理是 ：利用硝化菌和亚硝化菌在不同温度条件下最小污泥停留时间的差异 （图1 ） ， 即在较高温度下， 通过控制C S T R 反应器的水力停留时间，使氨氧化菌保留在反应器内， 淘汰硝化细菌， 从而将硝化过程控制在亚硝化阶段， 实现亚硝化。 该工艺使直接利用N O- 2- N 反硝化脱氮成为可能。 1 . 2 A N A M M O X 生物脱氮原理厌氧氨氧化（A N A M M O X ）是1 9 9 5 年，荷兰D e l f大学的M u l d e r 和V a n d e G r a f f
4、等在一个中试规模的亚硝化- 厌氧氨氧化组合工艺生物脱氮评介*Evaluation on Biological Nitrogen Removal by Part Nitrification-ANAMMOX Combination Process卢俊平 张 从（中国农业大学环境工程学院，北京 1 0 0 0 9 4 ）杜 兵 司亚安（北京市环境保护科学研究院，北京 1 0 0 0 3 7 ）摘 要 本文阐述了亚硝化和厌氧氨氧化两种工艺的生物脱氮原理及研究现状， 对亚硝化- 厌氧氨氧化脱氮工艺和传统 生物脱氮工艺从适用条件、曝气量、 反应器容积、污泥产量等角度进行了分析和比较， 为后续生物脱氮工艺的
5、研究和选 择提供借鉴， 并展望了生物脱氮技术的发展方向和研究重点。关键词 生物脱氮 亚硝化- 厌氧氨氧化组合工艺 脱氮效果* 基金项目：北京市自然科学基金资助项目（8 0 4 2 0 1 0 ） , 北京市科委科技项目（H 0 1 0 5 1 0 0 9 0 1 1 3 ） 。0123456010203040温度/最小污泥停留时间/dNO2-氧化菌(硝化菌)NH4+氧化菌(亚硝化菌)图1 温度与亚硝化菌和硝化菌世代时间的关系42Engineering and Technology 工程与技术652005. 7 环境保护反硝化流化床中探索到的一种新型生物脱氮过程。G r a a f 证明可用如下
6、反应来描述 ：O2HNNONH2224+0= 3 5 8 k J / m o l （1 ）即在厌氧条件下（确切的说是在缺氧的条件下，即无分子氧的条件下）通过微生物的作用，以亚硝酸盐为电子受体， 氨氮为电子供体， 将亚硝态氮和氨态氮同时转化为 N2的过程。 1 . 3 S H A R O N - A N A M M O X 工艺原理S H A R O N - A N A M M O X 工艺就是指废水经S H A R O N工艺将 5 0 %的氨氮转化为 N O- 2- N ，在 A N A M M O X 工 艺中剩余的 N H4+和所生成的 N O- 2- N 经厌氧氨氧化微 生物作用转化为
7、 N2的过程。上述反应可用方程式 （2 ） 、 （3 ）来表示。+ 2340.75OHCONHO1.5HCO0.5NO0.5NH2224+（2 ）OH0.5N0.5NO0.5NH2224+（3 ）研究表明，S H A R O N - A N A M M O X工艺无论从脱氮效果上还是从经济效益上考虑都表明，其具有较高的应用价值和开发潜力。2 S H A R O N - A N A M M O X组合工艺评介2 . 1 适用条件传统生物脱氮工艺中反硝化菌是一类化能异养型兼性微生物， 在反硝化过程中， 反硝化菌以有机物作为电子供体。 为了保证反硝化的顺利进行， 需要有足够的有机物作为碳源。其反应过
8、程如下式：22325CO4OH2N4NOO2H5C+（4 ）其中，欲去除4 m o l N O3- N （4 1 4 ） ，必须提供5 m o l 有机碳， 又因为氧化一个碳生成C O2需2 m o l 氧， 故 5 m o l 碳折合成 B O D5值为 1 0 m o l 氧。理论上废水 的 B O D5/ T N 须大于（1 0 1 6 ）/ （4 1 4 ） ，即2 . 8 6 的碳氮比才能满足反硝化过程对碳源的需求。在 S H A R O N - A N A M M O X组合工艺中，亚硝化细菌和厌氧氨氧化细菌同属化能自养菌， 整个脱氮过程中对碳素的需求只是用来合成微生物细胞自身。而
9、且，氨氧化菌和厌氧氨氧化菌均生长极慢，对碳源（无机盐）需求量甚少，就整个 S H A R O N -A N A M M O X 反应过程而言，C / N比几乎接近于零。对于一般污废水而言， C / N 较高， 碳源充足， 可以满足反硝化过程中所需的碳源，因此可以用传统生物脱氮工艺来达到脱氮的目的。 但焦化废水、垃圾填埋场渗滤液、 污泥压滤液、 炼油废水、 制药废水等， 不仅氨氮含量高， 而且多数情况下 （C O D / N - N H4+）比较低。如炼油废水经常出现2 . 0 ， 有些垃圾填埋场渗漏液水质趋于稳定后也易出现值偏低的情况，这类废水用传统脱氮工艺处理就比较困难。与此相比，S H A
10、 R O N - A N A M M O X工艺是由化能自养型微生物的分解代谢作用实现废水的生物脱氮， 整个脱氮过程无须外加碳源， 而且对于这类高温、低碳氮比的废水用 S H A R O N -A N A M M O X工艺处理较传统工艺具有较大优势。2 . 2 处理效果2 . 2 . 1 传统生物脱氮工艺传统生物脱氮工艺脱氮效率的高低， 主要受限于混合液回流比和曝气量。 其中， 脱氮效率和回流比的关系可用简化式（5 ）表示：1+=RRE （5 ）由式（5 ） 可知：在曝气充足的条件下， 加大污水及污泥硝化液的回流比可以提高传统生物脱氮工艺的脱氮效率， 且脱氮效率随混合液循环比的提高呈曲线上升
11、（图2 ） 。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%0200400600800混合液循环比（进水流量的百分数）去除率/%图2 A / O 系统中循环比与总氮去除率之间关系循环比在5 0 % 以下，脱氮效率很低；循环比在2 0 0 % 以上， 脱氮效率随循环比增高显著上升。 不同工程与技术 Engineering and Technology66Environmental Protection 2005. 7的反应器对循环比有不同的要求， 活性污泥系统最高回流比可达 6 0 0 % ，而对流化床，为了使载体流化， 要求更高的循环比。 如果在曝气充足的条件下加大回流比， 传统生
12、物脱氮工艺理论上可实现完全生物脱氮。 但回流比的提高势必会增加运行过程中的动力消耗和管理难度。2 . 2 . 2 S H A R O N - A N A M M O X 工艺在 S H A R O N - A N A M M O X工艺生物脱氮过程中，将产生部分的 NO3-N。这主要是在发生A N A M M O X反应过程中需将部分的 N O- 2- N转化为 N O3- N ，释放能量用于固定碳源和进行 A N A M M O X微生物增殖。根据 S t r o u s提出的 A N A M M O X 反应方程式， 并假定亚硝化过程按式进行， 可计算出 S H A R O N - A N
13、 A M M O X组合工艺理论上最大脱氮效率为8 8 . 7 9 % 。O2.03HNO0.066CH0.26NO1.02N0.13H0.066HCO1.32NO1NH20.150.5232324 +（6 ）+2.64HO1.32HNH1.32NO1.98O2.32NH24224（7 ）实际上， 上述反应过程受诸多因素影响， 反应系数随外界条件改变有所差异。 迄今还没有一个统一的表示方法。同时，实验研究结果也表明，用S H A R O N - A N A M M O X组合工艺处理高氨氮、低碳氮比废水的脱氮效率要高于理论值。 如荷兰D e l f t 大学用污泥消化池上清液作为试验用水对 S
14、 H A R O N -A N A M M O X组合工艺进行了深入研究，试验结果如表1 所示。表 1 S H A R O N - A N A M M O X 流程脱氮效果 （m g / L ）由表 1 可以看出，经 S H A R O N 反应器，原水中的 N H4+- N 减少约一半，再经 A N A M M O X 流化床，N H4+-N 减少至2 9 m g / L ， 总氮去除达9 5 % 。F u x 等也在该组合工艺进行了中试规模的实验研究， 在半年的运行过程中，氮的去除负荷可达2 . 4 k g / （m3d ） ，N H4+- N去除率大于 9 0 % 。2 . 3 曝气量需
15、求生物脱氮系统内的耗氧量包括氧化有机物耗氧、 氨氮硝化耗氧和微生物内源呼吸耗氧。 在处理高氨氮污水时，前两种耗氧量远比微生物耗氧量大，即微生物内源呼吸所消耗的氧可忽略不计。王涛等对特定水质条件下的 S H A R O N -A N A M M O X工艺和传统生物脱氮工艺的理论需氧量进行了分析比较，得出可以节约 4 1 . 3 % 的供氧量。实际上不同的碳氮比 S H A R O N - A N A M M O X 工艺较传统脱氮工艺有不同的节能特性， 并呈线型关系（图3 ） 。图3 S H A R O N - A N A M M O X 系统中C / N 比与节省需氧量之间的关系现假设进水
16、B O D5为 a m g / L ，去除率按9 0 % 计， 微生物降解 1 m g B O D5需1 . 4 7 m g 的氧，进水的N H4+- N为 b m g / L ，去除率按 9 0 % 计，进水流量为Q 。（1 ）传统硝化过程+2HOHNO2ONH2324（8 ）y1= （1 . 4 7 a 9 0 % + 4 . 5 7 b 9 0 % ）Q=（1 . 3 2 3 a + 4 . 1 1 3 b ） Q（2 ） S H A R O N - A N A M M O X 组合工艺+HO0.5H0.5NO0.75O0.5NH2224（9 ）OH0.5N0.5NO0.5NH2224+（1 0 ）合并（9
