1、城市污水生物脫氮的現(xiàn)狀

隨著工業(yè)化步伐的加快、人口的增長(zhǎng)和水污染問(wèn)題的嚴(yán)重，使原本十分有限的淡水資源更加稀缺，我國(guó)多個(gè)大中城市中有半數(shù)以上缺水尚有的城市沒(méi)有污水處理廠，大量生活污水直接排放，造成越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。解決水環(huán)境污染問(wèn)題迫在眉睫。

目前，我國(guó)污水處理廠的二級(jí)處理率仍然很低，而且污水處理大部分仍然局限在有機(jī)物和懸浮固體的去除。雖然近年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了脫氮除磷方面的研究，并且取得了一定的進(jìn)展。但是近十多年來(lái)，我國(guó)污水處理廠的工藝升富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題不但沒(méi)有解決，反而還在加重。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指湖泊、河流、水庫(kù)等水體中氮磷等植物性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。由于水體中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的富集,引起藻類及其他浮游生物的迅速繁殖，使水體溶解氧含量下降，造成藻類、浮游生物、植物、水生物和魚(yú)類衰亡甚至絕跡的污染現(xiàn)象。二級(jí)出水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物的過(guò)多排放引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題仍然是我國(guó)面臨的主要的水污染問(wèn)題之一。

污水生物處理過(guò)程的脫氮技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)年代才開(kāi)始逐漸發(fā)展并應(yīng)用于工程實(shí)踐中。磷可以通過(guò)生物法去除，同時(shí)也可以通過(guò)化學(xué)法去除，通過(guò)投加藥劑生成含磷污泥沉淀排出系統(tǒng)。由于含氮的化合物一般都是分子態(tài)，分子量較小，目前生物法去除是唯一經(jīng)濟(jì)可取的方法。

但是目前的實(shí)際情況是，我國(guó)污水處理廠仍然普遍存在技術(shù)人員缺乏，運(yùn)行管理水平較低等問(wèn)題，所以積極探索適合我國(guó)國(guó)情，在投入較少的情況下，獲得更好的處理效果，降低運(yùn)行成本，對(duì)于發(fā)展我國(guó)的污水處理事業(yè)顯得尤為重要。隨著我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一》的頒布實(shí)行，對(duì)于我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的氮磷排放提出了更高的要求。實(shí)現(xiàn)對(duì)于已建成城鎮(zhèn)污水處理廠的脫氮除磷改造突出的擺在我們面前。

氧化溝工藝由于其運(yùn)行穩(wěn)定，管理方便等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)污水處理廠，尤其是許多城市污水處理廠中得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)氧化溝工藝的降耗運(yùn)行和脫氮改造將對(duì)于提高我國(guó)的污水處理技術(shù)水平，提高運(yùn)行管理具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市污水廠的進(jìn)水水質(zhì)也發(fā)生了顯著的變化，目前許多城市污水處理廠都面臨著進(jìn)水碳氮比較低，反硝化過(guò)程探源不足的問(wèn)題。如何優(yōu)化低碳氮比污水的脫氮處理工藝，降低處理費(fèi)用也成為目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

自世紀(jì)年代起，開(kāi)始普遍研究利用生物法去除污水中氮和磷等植物性營(yíng)養(yǎng)鹽的工作。年國(guó)際水污染控制和研究協(xié)會(huì)在丹麥哥本哈根舉行了次關(guān)于氮磷去除的國(guó)際會(huì)議，這是污水除磷脫氮技術(shù)研究和工程應(yīng)用取得重大進(jìn)展的標(biāo)志。進(jìn)入世紀(jì)年代，歐洲各國(guó)都制定了各自的法律法規(guī)，對(duì)于排放的二級(jí)出水中的氮、磷等植物性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都提出了明確的要求。我國(guó)也先后頒布了如《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一》以及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一》，對(duì)于城鎮(zhèn)污水廠排放的污水中氮、磷等提出了更高的要求。在傳統(tǒng)的順序硝化一反硝化工藝的基礎(chǔ)上，目前又開(kāi)發(fā)了許多新的脫氮工藝，如同時(shí)硝化反硝化，短程硝化反硝化以及厭氧氨氧化等。

2.1 傳統(tǒng)生物脫氮工藝

對(duì)于污水處理進(jìn)行硝化過(guò)程主要基于以下幾點(diǎn)考慮氨氮對(duì)于水生動(dòng)物的毒性和對(duì)于水中溶解氧的消耗控制水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)行脫氮的需要以及水資源的回用，包括地下水回灌等的需要。生物脫氮過(guò)程一般都包括兩部分好氧區(qū)，使硝化能夠發(fā)生缺氧區(qū)在空間或者時(shí)間存在，使通過(guò)氨氮氧化形成的亞硝酸鹽及硝酸鹽還原實(shí)現(xiàn)總氮去除成為可能。亞硝酸鹽或者硝酸鹽的還原需要電子供體，而反硝化過(guò)程的電子供體通常有以下三種來(lái)源進(jìn)水中可以生物降解的有機(jī)物、活性污泥的內(nèi)源碳源和外投加碳源。而反硝化過(guò)程碳源不足則會(huì)導(dǎo)致污水脫氮不徹底。

2.2 傳統(tǒng)脫氮工藝

為了防止水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，當(dāng)向敏感水體中排放污水時(shí)，通常都需要考慮脫氮。脫氮既可以是一個(gè)生物處理系統(tǒng)的一部分，也可以是已建污水處理廠的擴(kuò)建改造部分。對(duì)于懸浮生長(zhǎng)的生物脫氮系統(tǒng)，可以分為單污泥系統(tǒng)和雙污泥系統(tǒng)。單污泥意味著系統(tǒng)中只有一個(gè)污泥分離裝置通常為二沉池?；钚晕勰喾磻?yīng)器可能被分成不同的實(shí)現(xiàn)缺氧或者好氧環(huán)境，通常設(shè)置混合液內(nèi)回流。雙污泥系統(tǒng)通常由硝化和反硝化兩個(gè)單元構(gòu)成，各自都有單獨(dú)的污泥分離系統(tǒng)。單污泥系統(tǒng)在實(shí)際中比較常用。