摘要：近年来，工业废水处理工艺研究颇为甚多，国内外已实现许多行之有效的处理技术。其中为人熟知的好氧生物处理技术有：活性污泥法、AB法污水生物处理技术、SBR法污水处理技术、生物膜法处理技术等。传统工艺虽然能有效处理工业废水降解有机物，但却不能很好实现脱氮除磷，为此许多研究者研发了许多改进传统技术来实现这一目的。所以列举了几十年来在改进脱氮方面的进展。

关键词：废水传统好氧生物处理技术 脱氮技术 改进

概述：

在自然界，氮化合物是以有机体、氨态氮、亚硝酸氮、硝酸氮以及气态氮存在的。传统的二级处理技术对氮的去除率是比较低的，它仅为微生物的生理功能所用，即用于细胞合成。活性污泥的营养平衡式为BOD：N：P=100：5：1。现行的以传统活性污泥法为代表的好氧生物处理法，其传统功能是去除废水中呈溶解性的有机底物，至于氮只能去除细菌细胞由于生理上的需要而摄取的数量，这样氮的去除率仅为20%-40%[1]。

我们知道，要很好的实现脱氮，需要将自然界存在的氮循环的自然现象运用在活性污泥处理系统中去。

废水中的有机氮化合物可经氨化微生物的分解而释放出氨，即氨化作用。氨态氮进一步氧化，在硝化菌的好氧呼吸过程中，首先被转化为亚硝酸盐，然后最终转化成硝酸盐，这个过程为硝化过程。由于硝化菌是一类自养型菌，故在废水的硝化处理过程中，含碳有机底物浓度不应过高。

通过生物反硝化将氮化合物转化为人体无害的分子氮溢出返回大气。参与这一过程的微生物为反硝化菌，这是一类异养型兼性厌氧细菌。在生物反硝化过程中，不仅可使氮化合物被还原，而且还可以使有机碳底物得到氧化分解。为此，反硝化作用将同时起到去碳、脱氮的效果。这意味着在废水生物处理中，反硝化工艺的应用可以达到除碳、除氮的目的[2]。

1   LINPOR-N工艺——改进的活性污泥法的工艺

活性污泥法于1914年在英国曼彻斯特建成试验厂开创。活性污泥处理系统的生物反应器是曝气池。此外系统的主要组成还有二次沉淀池、污泥回流系统和曝气及空气扩散系统。

活性污泥上的细菌以异养型的原核细菌为主，这种细菌具有较高的增殖速率，也具有较强的分解有机物并将其转化为无机物的功能。

在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中去除过程的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，也就是活性污泥反应过程。其结果是废水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞，使活性污泥得到增长。

德国LINDE股份公司的Manfrod R Morper[3]博士针对传统活性污泥工艺，开展了研究并提出了一系列新的活性污泥法改进工艺。LINPOR工艺是一种传统活性污泥法的改进型工艺，它通过在传统工艺曝气池中投加一定数量的多孔泡沫塑料颗粒作为活性生物量的载体材料而实现的。它改进传统活性污泥工艺的处理效能和运行可靠性，改进传统活性污泥处理厂由于水质水量等变化的原因使曝气池中污泥流失、数量不足、性能恶化等所导致的污泥膨胀、对COD、BOD、NH4+-N及TN等去除率下降的问题。

在LINPOR工艺中，改进后的曝气池称为LINPOR反应器，在此中投加的多孔泡沫塑料颗粒载体的量一般占曝气池有效体积的10%-30%，作为反应器中活性生物体的附着生长载体。此载体的要求极高，一般需要体积小，比表面积大，孔多均匀的载体。目前，作此载体的材料尚为不多，满足上述严格要求的仅几种。Sandu Simonel[4]等研究了以塑料球为载体的流化床硝化效率的影响因素。研究结果表明：低流化率能对生物膜进行很好的保护，使其免受摩擦力的破坏；高流速使水回流快，产生较好的硝化效率，小粒径球体为单位体积反应器提供更大的硝化表面积；而当载体密度接近水时，载体悬浮于水中，流化性能好。

王建龙[5]等人认为载体小球材料的选择，具体要求是制备的小球成本低，易于制成各种形状，在常温常压下很快固化，抗冲击能力强，还要求小球的基质具有通透性，物理及化学稳定性好，对微生物无毒。一般说来海藻酸钙和PVA凝胶机械强度和传质性能均较好，对生物无毒，且耐生物分解性良好，是较为合适的细胞载体[6]。日本向曝气池中投加聚氨酯泡抹小方块的类似研究也表明该复合工艺可以达到去除COD和反硝化的效果[7]。

在LINPOR反应器运行的初期，可分批将载体材料投入曝气池，使之形成一层悬浮层并慢慢得到润湿，同时微生物体在其表面生长而使其在水中呈淹没状并最终随水流的流动而流动，即流化态[8]。

由此可知，LONPOR反应器实际上是一种传统活性与生物膜法相结合而组成的双生物体组分生物反应器[9]，也就是复合式生物膜—活性污泥反应器。它是近年来发展较快，并引起研究者极大兴趣的复合式污水处理工艺之一[10]。它是在活性污泥曝气池中投加载体作为微生物附着生长载体，悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜共同作用去除污水中的有机污染物。

而在传统工艺中二沉池出水中所含的有机物通常是比较低的，具有适合于硝化菌生长的良好环境条件，不存在异养菌与硝化菌的竞争作用，因而在LINPOR-N工艺中，处于悬浮生长的生物量几乎不存在，而只有那些附着生长于载体表面的生物才能生长繁殖。因此，LINPOR-N工艺称为“清水反应器”。

在LINPOR-N工艺中，所有的生物体都附着生长于载体的表面，因而运行过程中无需污泥的沉淀分离和污泥的回流，从而可节省污泥沉淀分离及污泥回流设备，使其成为一种经济的深度处理工艺。常用于废水排入敏感性受纳水体和对处理出水中氨氮有严格要求的废水的深度处理。

2   ADMONT工艺——改进的AB工艺

AB工艺是吸附—生物降解工艺的简称。这项污水生物处理技术是由德国亚深工业大学卫生工程学院的Botho Bohuke教授于70年代中期开发，80年代初开始应用于工程实践的一项污水生物处理工艺。

AB法具有下列各项特征：未设初次沉淀池由吸附池和中间池组成的A段为一级处理系统；B段由曝气池和二次沉淀池组成；A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自有独特的微生物群体，有利于功能稳定。

其中A段连续不断地从排水管网系统接种在管网系统中已存活的大量的细菌，A段负荷较高，有利于增殖速度快的微生物生长繁殖，而且在这里成活的只能是冲击负荷能力强的原核细菌，其他微生物都不能存活。

B段的各项效应都是以A段的正常运行作为首要条件的。B段所接受的废水来自A段，水质、水量都比较稳定，冲击负荷不再影响本段，净化功能得以充分发挥；B段承受的负荷率为总负荷率的30%-60%。氮在A段得到了部分去除，这样B段具有进行硝化反应的工艺条件。

AB法废水处理工艺流程为：格栅—沉砂池—吸附池—中间沉淀池—曝气池—二次沉淀池。吸附池—中间沉淀池为A段，曝气池—二次沉淀为B段。各自有回流系统。

AB法生物处理不足之处是尚难达到氮的出水要求，奥地利维也纳技术大学为满足处理水中NH4+-N小于5mg/L的要求，马歇尔等人将AB段中的B段的部分污泥回流到A段中，同时也将A段中的污泥部分回流到B段，以在A、B两段中均形成一定程度的混合微生物群体，即A、B段均有硝化和反硝化菌同时存在，从而实现高效的脱氮效果。这种工艺叫做ADMONT工艺。

虽然根据传统的脱氧理论：氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个独立过程实现的，由于对环境的要求不同，两个过程不能同时发生。

现行的生物脱氮工艺是把硝化和反硝化分别作为空间上（不同的反应器）或者时间上（间歇的好氧和厌氧）的两个独立的阶段实现氮的去除，这样往往造成系统复杂，能耗较大，且运行管理不便。

杨麒[11]等人发现在同一处理系统中实现同步硝化和反硝化过程，硝化反应和反硝化反应可在相同的条件和系统下进行，简化了操作的难度。实现同步硝化反硝化并达到两过程的动力学平衡，将大大简化生物脱氮工艺并提高脱氮效率，从而节省投资，提高处理效率。

而且好氧反硝化细菌和异氧硝化细菌的发现，打破了传统理论认为的硝化反应只能由自氧细菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点。Robertson[12]等还以Thiosphaera pantotropha为例提出了好氧反硝化和异氧硝化的工作模型。因此从生物学角度上来看同时硝化反硝化生物脱氮是可能的。吕锡武[13]等对同步硝化—反硝化工艺(SND)进行了研究，认为与传统顺序式硝化—反硝化(SQND)技术相比，二者脱氮效率相近。吕锡武[14]继而深入研究了溶解氧及活性污泥浓度对同步硝化—反硝化效率的影响。研究结果表明：在一定DO范围内，随着反映器内溶解氧浓度的降低，总氮去除率呈上升趋势。在一定MLSS范围内，反应器内混合液污泥浓度越高，出水总氮越低，反硝化现象越明显。

因此，像ADMONT工艺那样在AB两段形成一定程度的混合微生物体A段为B段连续不断的补充硝化和反硝化菌，以及一定量的碳源B段为A段提供硝化菌从而实现AB两段同时具有脱氮功效提高效率是完全可实行的。况且，采用内源脱氮既可以节省外加碳源，又可以减少剩余污泥产量和污泥处置费用 [15-16]。

3   ICEAS工艺——改进SBR工艺

SBR序批式活性污泥法也称为间歇式活性污泥法，是20世纪70年代初，美国Natre Dame大学的Irvine教授等人研究开发的好氧生物处理新技术，并于1980年在美国国家环保局的资助下，在印第安纳州的Culver城改建并投产了世界上第一个SBR法污水处理厂。

其工艺系统组成简单，为格栅—沉砂池—初次沉淀池—SBR反应池。SBR在工艺上的特征有：不设二次沉淀池，曝气池兼具二沉池功能；不设污泥回流设备等。

SBR工艺的一个完整的操作过程包括5个阶段：进水期，反应期，沉淀期，排水排泥期，闲置期。

SBR工艺是一种简易，快速且低耗的废水生物处理工艺。它主要有以下几个方面的特点：1工艺简单、造价低；2时间上具有理想的推流式反应器的特性；3运行方式灵活，可脱氮除磷；4具有较强的耐冲击负荷的能力；5良好的污泥沉降性能，不易产生污泥膨胀现象[17]。然而面对N、P排放标准的不断收紧，传统SBR工艺在氮磷脱除方面还是不足。常规的SBR工艺因处理过程中的泥龄矛盾，有机物混度与硝化作用的矛盾以及厌氧区的硝酸盐问题等氮磷脱除效果较差，可通过改进常规的运行方式对其进行强化[18-19]。

在SBR工艺上所改进的ICEAS工艺是周期循环延时曝气活性污泥系统，是澳大利亚新南威尔士大学与美国ABJ公司Goroaszy教授研究开发的。上海中药制药三厂就是用ICEAS工艺处理抗生素的污水。其去氮率为75.1%-78.4%[1]。

ICEAS反应池由预反应区和主反应区组成，主反应区可分为水位变化区、缓冲区、污泥区三部分。运行方式为连续进水，沉淀期和排水期仍保持进水，曝气、沉淀、排水、排泥间歇进行。在主反应区内，按“曝气，闲置，沉淀和滗水”的程序周期性地运行，使污水在交替的好氧—厌氧和厌氧—好氧的条件下完成脱氮作用。其实实质也是利用了A/O技术。大家都知道A/O技术A/O2技术都是常用的脱氮技术。林山杉[20]等人发现通过好氧/厌氧交替和循环可以实现污泥的减量化。于得爽[21]等应用A/O2法处理炼油废水，COD去除率可达95%以上，出水氨氮浓度小于15mg/L，满足国际排放要求。利用实现厌氧、缺氧、好氧三种状态在数量和时间分布上理想交替，从而进一步优化工艺组合，形成更加高效经济的脱氮除磷组合工艺。

ICEAS工艺对污染物的降解是一个时间上的推流过程，集反应、沉淀、排水于一体，是一个好氧—缺氧—厌氧交替运行的过程，从而实现脱氮效果。

结语：

综上所述，其实改进传统工艺的原则还是建立在脱氮技术之上的，为实现更为有效的脱氮而将一般的工艺改进，既经济又提高效率，可谓一举两得。他们是在改进的同时，为脱氮的过程寻找适宜的条件。

LINPOR-N工艺是采用了复合式生物膜—活性污泥反应器微生物技术，悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜共同去除污染物，同时此反应器将反硝化和硝化过程分隔开，这样更适合于硝化菌生长的良好环境条件，不存在异养菌与硝化菌的竞争作用，从而能更好的除氮；

ADMONT工艺A、B段均有硝化和反硝化菌同时存，在从生物学角度上来看同时硝化反硝化生物脱氮是可能的，特别是在一定的条件下，污泥浓度越高反硝化现象越明显，出水总氮越低，而由此提高了除氮率；

ICEAS工艺更是运用了常用的除氮技术A/O法，在交替的好氧—厌氧和厌氧—好氧的条件下完成脱氮作用。利用了时间空间上的分布优化了原来的SBR工艺，使其更显经济性。

上述工艺的改进都是将最新微生物处理技术与传统工艺结合，由此来实现脱氮技术。

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Improvement for conventional anaerobic wastewater treatment to realize nitrogen removal

SHI, Wen

No: 0313555, Grade 2003, Department of Environmental Engineering,

Shanghai Normal  University

Abstract: There have been a lot of studies on conventional anaerobic wastewater treatment and many effective processes have appeared overseas and in country for recent years. The treatments such as activated sludge process, AB process, SBR process, biofilm-process were known very well to treat the wastewater and degrade the organic matter. But it was difficult to realize the nitrogen removal. Many researchers want to find an improvement to reach this goal. The developments on improvement of nitrogen removal are showed as follows.

Keywords: conventional anaerobic wastewater treatment, nitrogen removal, improvement