目前對含氮廢水的處理通常采用傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)，有A/O、A2/O、UCT、VIP 等各種工藝方式，同時還有SBR、DE型氧化溝、生物膜、生物濾池等方法脫氮。這些工藝盡管流程組合不一，運行方式各異，但其基本原理是相同的，即通過硝化-反硝化過程使氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣。

這些工藝在污水脫氮方面起到了一定的作用，但仍然存在很多問題：(1)硝化菌世代時間長，難以維持較高的生物濃度，造成系統(tǒng)水力停留時間長，有機負荷較低，基建投資和運行費用高；(2)反硝化時碳源不足，需要外加碳源，同時由于硝化產(chǎn)酸，往往需要加堿中和，增加處理成本；(3)氨氮完全硝化需要大量的氧，另外系統(tǒng)為維持較高的生物濃度和良好的脫氮效果，需要同時進行污泥回流和硝化液回流，動力消耗大；(4)硝化菌易受高濃度氨氮和亞硝酸鹽抑制，抗沖擊能力低；(5)脫氮過程是一個矛盾統(tǒng)一體，硝化菌需要較長的污泥齡和好氧條件，而反硝化菌卻需要較短泥齡和缺氧條件，同時異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌對氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)也存在競爭問題。

因此研究和應(yīng)用節(jié)能、有效的廢水脫氮工藝技術(shù)，已成為當今水污染控制領(lǐng)域的熱點。近年來許多研究者對生物脫氮機理做了深入研究，相繼提出了一系列新的脫氮技術(shù)，近一步完善了生物脫氮的理論，目前發(fā)展起來的新型脫氮工藝主要包括：短程硝化反硝化(SHARON)、同步硝化反硝化(SND)、厭氧氨氧化(ANAMMOX) 、OLAND 和CANON 等，這些工藝的特點都是力求縮短N 素的轉(zhuǎn)化過程，為高濃度氨氮廢水的高效生物脫氮提供了可能的途徑。

1 新型生物脫氮工藝

新型生物脫氮技術(shù)按其生化反應(yīng)原理可分為兩類基本技術(shù)，一類是基于硝化—反硝化生化過程的新型生物脫氮工藝，另一類為基于厭氧氨氧化反應(yīng)的新型生物脫氮工藝。

1.1 基于硝化—反硝化生化過程的新型生物脫氮工藝

1.1.1短程硝化反硝化工藝(SHARON)

SHARON(Single reactor for High activity Am-monia RemovalOver Nitrite)工藝是荷蘭Delft 技術(shù)大學開發(fā)的一種新型的脫氮工藝[1]。其基本原理是在同一個反應(yīng)器內(nèi)，先在有氧條件下，利用氨氧化細菌將氨氧化生成NO2-；然后在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝酸鹽反硝化，生成氮氣。其反應(yīng)式如下所示。

NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O

NO2-+3[H]+H+→0.5N2+2H2O

該工藝實際上是一種短程生物脫氮工藝[2]。與傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮工藝相比，該工藝具有以下優(yōu)勢(1)耗氧量減少25 %，可節(jié)省大量動力消耗和供氧設(shè)備；(2)節(jié)省反硝化所需碳源的40%，在C/N 比一定的情況下可提高TN 的去除率；(3)減少污泥生成量可達50 %；(4)縮短反應(yīng)時間，相應(yīng)反應(yīng)器的容積減少。

1.1.2同步硝化—反硝化工藝(SND)

同步硝化反硝化生物脫氮是利用硝化菌和反硝化菌在同一反應(yīng)器中同時實現(xiàn)硝化和反硝化得以脫氮。國內(nèi)外目前對其機理已初步形成三種解釋：(1)宏觀解釋：由于生物反應(yīng)器的混合形態(tài)不均，如充氧裝置的不同，可在生物反應(yīng)器內(nèi)形成缺氧/厭氧段，此為生物反應(yīng)器的大環(huán)境，即宏觀環(huán)境；(2)微環(huán)境解釋：由于氧擴散的限制，在微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生DO 梯度，使實現(xiàn)SND 的缺氧/厭氧環(huán)境可在菌膠團內(nèi)部形成，目前該說法已被廣泛認同。(3)生物學解釋：近幾年好氧反硝化菌和異樣硝化菌的發(fā)現(xiàn)，使得SND更具有實質(zhì)意義，它能使異養(yǎng)硝化和好氧反硝化同時進行，從而實現(xiàn)低碳源條件下的高效脫氮[3]。

這種工藝在同一反應(yīng)器中實現(xiàn)硝化和反硝化，甚至還有除碳的功能，可通過生物轉(zhuǎn)盤、SBR、氧化溝、CAST 等反應(yīng)器實現(xiàn)，分為單級生物脫氮工藝、生物膜單級生物脫氮工藝、固定化微生物單級生物脫氮工藝等類型。目前國內(nèi)的研究多局限于純種微生物培養(yǎng)及實驗室理論研究，很少有實際工程應(yīng)用，國外則已有同步硝化-反硝化脫氮工藝的污水處理在運行，但也有不足之處，所以這一新型的污水處理工藝還有待于進一步的研究和優(yōu)化。

1.2 基于厭氧氨氧化的新型生物脫氮工藝

1.2.1厭氧氨氧化技術(shù)(ANAMMOX)

20 世紀90 年代中期，荷蘭的Mulder 小組發(fā)現(xiàn)，氨可以作為電子供體直接進行亞硝酸鹽的反硝化作用，這個過程被定義為厭氧氨氧化(ANAMMOX)。它是在厭氧氨氧化菌的作用下，以氨(NH4+)為電子供體，亞硝酸鹽(NO2-)為電子受體，生成N2 的生物反應(yīng)。其反應(yīng)式為：

NH4++NO2-→N2+2H2O

5NH4++3NO3-→4N2+9H2O+2H+

因 ANAMMOX 過程能夠同時去除氨和亞硝酸鹽，且無需外加碳源，而且如果把ANAMMOX 反應(yīng)與一個短程硝化過程結(jié)合在一起，那么在沒有其它有機或無機電子供體的條件下，厭氧氨氧化菌可以利用硝化過程中產(chǎn)生的NO2-將剩余的NH4+氧化而產(chǎn)生N2。因此，該反應(yīng)對于無機含氨氮廢水或碳源不足的廢水具有非常大的意義，而且與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝相比可以節(jié)省大量的供氧能耗，在環(huán)境工程領(lǐng)域有很高的開發(fā)價值。

與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，這種工藝具有以下優(yōu)點：(1)氨作為電子供體，免除了外源有機物，節(jié)省了運行費用，也防止了二次污染；(2)曝氣能耗下降，氧也得到了有效利用；(3)理論上由于部分氨未經(jīng)硝化而直接參與厭氧氨氧化反應(yīng)，產(chǎn)酸量下降，產(chǎn)堿量為零。

1.2.2 SHARON-ANAMMOX 組合工藝

該工藝是由荷蘭Delft 工業(yè)大學在2001 年開發(fā)的，分別在兩個反應(yīng)器中實現(xiàn)部分硝化和厭氧氨氧化，即先在一個反應(yīng)器內(nèi)有氧條件下，利用氨氧化細菌將氨氧化為NO2-，然后在另一個反應(yīng)器內(nèi)缺氧條件下，以NH4+為電子供體，將NO2-反硝化。

通常情況下，SHARON 工藝可以控制部分硝化，使出水中的NH4+-N 和NO2--N 比例為1∶1，作為ANAMMOX 工藝的進水，組成一個新型的生物脫氮工藝，其反應(yīng)如下所示：

0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+H++0.5H2O

0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2O

將兩式合并，得

NH4++0.75O2→0.5N2+H++0.5H2O

SHARON-ANAMMOX 組合工藝具有耗氧量少、污泥產(chǎn)量少、不需要外加碳源等優(yōu)點，是迄今為止最簡捷的生物脫氮工藝，具有很好的應(yīng)用前景，成為當前生物脫氮領(lǐng)域的一個研究熱點，目前主要用于高濃度氨氮的廢水如污泥消化液和垃圾滲漏液、低碳源工業(yè)廢水的處理。

2 SHARON-ANAMMOX 工藝工程實例

該工藝與傳統(tǒng)硝化/反硝化工藝相比，它具有諸多優(yōu)點，其工藝的可持續(xù)性和顯著的經(jīng)濟效益將為其帶來廣闊的應(yīng)用前景。本文以某尿素生產(chǎn)企業(yè)終端污水處理為例，介紹SHARON-ANAMMOX 工藝設(shè)計及工程應(yīng)用情況。

2.1 工程概況

某尿素生產(chǎn)企業(yè)于2007 年采用亞硝化和氨氧化組合工藝建設(shè)污水處理裝置，2008 年投入運行。廢水來源主要有生產(chǎn)合成氨、尿素、精甲醇等產(chǎn)品過程中排放的生產(chǎn)廢水，以及企業(yè)公用工程所排放的一次廢水，經(jīng)過匯集后形成的綜合廢水，設(shè)計處理能力15000 m3/日(折合625 m3/h)，設(shè)計出水排放標準及進出水指標如表1 所示。

2.2 工藝原理及流程

該裝置終端廢水處理站根據(jù)SHARON-ANAMMOX 工藝，設(shè)計上采用了A2/O2 形式，即缺氧-厭氧-微氧-好氧串聯(lián)的活性污泥處理工藝。設(shè)計各池反應(yīng)如下：

缺氧反硝化池：6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-

厭氧氨氧化池：NH4++NO2-→N2+2H2O

微氧亞硝化池：2NH4++3O2→2NO2-+4H++2H2O

好氧硝化池：2NO2-+O2→2NO3-

該工藝采用缺氧區(qū)和厭氧區(qū)分段進水的策略，約70 %的廢水從缺氧池進入與來自好氧池的回流液混合進行反硝化脫氮，然后進入?yún)捬醭刂�，與剩余的約30 %的原水和來自微氧池的回流液混合進行氨氧化脫氮，接著廢水再進入微氧池中進行亞硝化反應(yīng)，反應(yīng)后的水最后進入好氧池中進行硝化反應(yīng)。為了提高脫氮率，在進水中投加少量碳源，在微氧池投加少量堿度。工藝流程圖如圖1，其中厭氧池內(nèi)裝配高效彈性絲組合填料。

2.3 主要構(gòu)筑物參數(shù)、指標及平面布置圖

2.3.1各處理系統(tǒng)單元參數(shù)和指標

如表 2 所示。

2.3.2平面布置圖

2.4 運行情況

該終端污水處理站采用的A2/O2 工藝是在SHARONANAMMOX工藝的基礎(chǔ)上加以改進的一種新型脫氮工藝。此工藝最大的創(chuàng)新之處在于可以按照幾種不同方式運行，有很強的適應(yīng)性和發(fā)展性，根據(jù)不同的控制方式，工藝可按全程硝化反硝化、短程硝化反硝化和半亞硝化-厭氧氨氧化等不同的方式運行，能夠滿足企業(yè)的不同發(fā)展需要。

該裝置工藝于2008 年投入運行后，按全程硝化反硝化反應(yīng)進行管理，出水氨氮和COD 都能達到合成氨行業(yè)廢水排放的相關(guān)標準。在實現(xiàn)裝置穩(wěn)定運行后，于2010 年夏季，開始培養(yǎng)亞硝化菌和氨氧化菌種，進行新工藝控制運行，即半亞硝化-氨氧化組合運行，目前各項排水指標均能穩(wěn)定達標，系統(tǒng)處于良好的平穩(wěn)運行狀態(tài)，去除有機物及氨氮的效果明顯。夏季水溫高，氨氧化菌活性好，在進水氨氮為260~300 mg/L 時，出水仍可以達標排放，說明其處理能力得到了較大提高。

該裝置主要存在問題為敞口設(shè)計，熱量散發(fā)快，冬季時水溫低，不能滿足氨氧化菌的生長要求，半亞硝化-氨氧化反應(yīng)在冬季效果較差，只能按其他工藝運行。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 總結(jié)

目前，SHARON-ANAMMOX 工藝技術(shù)在我國還處于實驗室和中試階段，大規(guī)模工程化應(yīng)用還鮮為報道。但鑒于該脫氮技術(shù)的巨大節(jié)能降耗潛力，根據(jù)其生理生化特性，設(shè)計合理的反應(yīng)器及運行條件，實現(xiàn)工程化應(yīng)用已經(jīng)具有可行性，可以預見該技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。同時，由于脫氮理論研究的深入，新工藝層出不窮，將各種工藝有機組合使用以達到更好的處理效果將會成為一種趨勢，將會帶來生物脫氮工藝的長足發(fā)展。