我國氮肥工業(yè)始于20 世紀(jì)30 年代，受能源構(gòu)成限制，我國氮肥工業(yè)近70% 以煤焦為主要原料，較石油、天燃?xì)獾仍袭a(chǎn)生更為嚴(yán)重的水、氣污染，屬重污染行業(yè)。其中，氮肥廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水具有氨氮、油污、懸浮物、氰化物等有毒物質(zhì)含量高的特點(diǎn)。雖然企業(yè)都采取了相應(yīng)的控制和治理措施，但是仍然存在廢水排放量大、處理效果差、處理成本高等問題。一旦超標(biāo)排放會給周圍地區(qū)水環(huán)境系統(tǒng)造成不利影響，從而關(guān)系到氮肥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

從氮肥工業(yè)廢水特點(diǎn)來看，其處理的主要任務(wù)是去除COD 和NH3-N。由于氮肥生產(chǎn)廢水的C /N低，有機(jī)物可生化性好，氨氮濃度相對較高，同時含有氰化物、硫化物等物質(zhì)，處理難度大。目前，對于工業(yè)廢水的治理，企業(yè)一般偏向于選擇在經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)勢的生物法。然而，從微生物的角度來看，去除有機(jī)物的異養(yǎng)菌處于競爭優(yōu)勢，生命周期短，而NH3-N 需自養(yǎng)菌，生命周期長，環(huán)境要求高，因此脫氮難度及時間要遠(yuǎn)大于有機(jī)物的去除。

含氮污水處理一體化設(shè)備

綜上所述，脫氮效果成為制約該類廢水處理的瓶頸，尤其對資金和技術(shù)有限的中小型氮肥企業(yè)來講，在進(jìn)行廢水處理方案比選時，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于尋找更優(yōu)的脫氮工藝，即在較低運(yùn)行成本的條件下使得出水氨氮達(dá)標(biāo)。

1 脫氮方法

目前氨氮廢水的處理技術(shù)可分為物化法和生物法。

1．1 物化法

表1 列舉了6 種常用的物化法脫氮處理技術(shù)的適用特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及處理效果。

表1 各種物化工藝處理氨氮廢水特點(diǎn)

物化法具有投資少、操作簡單、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在氨氮處理領(lǐng)域占有不可忽視的地位，但其成本高、易產(chǎn)生二次污染的缺點(diǎn)限制了該工藝的zui終使用。在含氮有機(jī)廢水處理工藝中常被作為前處理或深度處理部分，可有效減輕生物處理部分的運(yùn)行負(fù)荷。

1．2 生物法

針對生物脫氮工藝的研究一直是國內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域的一個熱潮。從傳統(tǒng)脫氮工藝發(fā)展到近年來開發(fā)的各種新型脫氮工藝來看，無論是在優(yōu)化脫氮工藝參數(shù)，還是在zui大程度挖掘新型脫氮微生物潛力方面都做出了卓有成效的研究，并取得了很多新的研究成果。

含氮污水處理一體化設(shè)備

目前生物法有厭氧生物處理和好氧生物處理，主要工藝有傳統(tǒng)硝化反硝化法、氧化溝法、SBR法、接觸氧化法、曝氣生物濾池法等; 新型脫氮工藝，如雙A/O、短程硝化、厭氧氨氧化、好氧反硝化、異養(yǎng)硝化等，以及以生物法為主體結(jié)合物化法的各種聯(lián)合工藝。

2 生物脫氮工藝

2．1 傳統(tǒng)硝化反硝化工藝

傳統(tǒng)硝化反硝化工藝是目前應(yīng)用zui廣泛、技術(shù)zui成熟的生物脫氮技術(shù)。根據(jù)硝化菌的存在狀態(tài)，脫氮工藝可分為活性污泥法和生物膜法(如曝氣生物濾池) 兩類。根據(jù)除碳與脫氮的空間關(guān)系，可分為單級處理系統(tǒng)和多級處理系統(tǒng)。在單級處理系統(tǒng)中，除碳和脫氮置于同一個反應(yīng)器; 在多級處理系統(tǒng)中，除碳和脫氮分別在不同的反應(yīng)器中完成，比較典型的有前置反硝化工藝。流程簡圖如圖1 所示。

圖1 A/O 生物脫氮流程

主要脫氮過程為:

硝化: 2NH4+ + 4O2 →2NO3- + 4H++ 2H2O(1)

反硝化: 6NO3- + 5CH3OH →5CO2 + 6OH-+ 7H2O + 3N2(2)

該工藝的缺點(diǎn)在于占地大，基建投資大。在運(yùn)行上，一方面，氨氮氧化需要曝氣量大; 另一方面，為提高反硝化脫氮效果，混合液回流比一般較大(3～4) ，造成動力消耗大。同時，硝化反應(yīng)需要消耗大量堿。

2．2 雙A/O工藝

由于一段A/O工藝需要很大的內(nèi)回流比，很不經(jīng)濟(jì)，同時回流量大易將溶氧帶入A 池。雙A/O工藝即Bardenpho工藝，是在A/O工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的脫氮效率更高的工藝。流程見圖2。

圖2 雙A/O 生物脫氮流程

其中，*段A/O工藝與傳統(tǒng)A/O工藝功能相同，但反應(yīng)停留時間相對較短，一部分發(fā)生短程硝化反應(yīng)，其回流比也比傳統(tǒng)A/O工藝小，因此需堿度比傳統(tǒng)A/O工藝小。從O1 池出水進(jìn)入A2 池，A2 可將O1 池出水中的硝酸鹽氮進(jìn)一步反硝化，還原成氮?dú)狻2 池出水至O2 池，O2 池內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)曝氣，進(jìn)一步去除有機(jī)污染物，同時吹脫污水中的氮?dú)?。O2 池出水進(jìn)入二沉池，在二沉池進(jìn)行固液分離，從而強(qiáng)化除碳脫氮功能; 其缺點(diǎn)在于反應(yīng)單元多，運(yùn)行繁瑣，二級缺氧池需要補(bǔ)加碳源等。

2．3 短程硝化反硝化工藝

為減小傳統(tǒng)脫氮中曝氣負(fù)荷，同時縮短處理流程，出現(xiàn)了將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進(jìn)行反硝化的短程硝化反硝化工藝，其脫氮過程為:

硝化: 2NH4++3O2→2NO2-+ 4H++2H2O (3)

反硝化: 6NO2- + 3CH3OH→3CO2 + 6OH-+ 3H2O + 3N2(4)

短程硝化反硝化不僅可以減少曝氣負(fù)荷而且可以節(jié)省反硝化過程中所需的碳源。從反應(yīng)式(1)(3) 看，該法與生物硝化反硝化相比可以節(jié)省氧氣的供應(yīng)量約25%; 從反應(yīng)式(2) (4) 看，反硝化反應(yīng)所需要碳源節(jié)省約40%; 據(jù)驗(yàn)證，在C、N 比一定的情況下，該工藝提高了總氮的去除率，減少污泥量達(dá)50%，減少投堿量，縮短反應(yīng)時間。

但是，該工藝的實(shí)現(xiàn)需要反應(yīng)池中*地保持比較穩(wěn)定的HNO2濃度。而影響NO2-積累的控制因素比較復(fù)雜，且硝酸菌能夠迅速將NO2-轉(zhuǎn)化為NO3- 。對于常規(guī)A/O工藝，好氧池中DO 濃度過高，缺氧池中反硝化又不*，硝化反應(yīng)存在滯后現(xiàn)象，因此進(jìn)行的是全程硝化反硝化，難以產(chǎn)生NO2-，發(fā)生短程硝化反應(yīng); 但是，控制適宜的脫氮環(huán)境，依然可以實(shí)現(xiàn)短程硝化。侯巧玲在傳統(tǒng)生物脫氮的基礎(chǔ)上通過對pH 值和DO的控制實(shí)現(xiàn)了短程硝化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，A/O工藝在27 ～30 ℃，pH 值7．5 ～ 8．5，DO 在1．0 ～ 1．5 mg /L 即可以形成比較穩(wěn)定的短程硝化。

2．4 厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

1977 年，奧地利化學(xué)家Broda通過下式進(jìn)行熱力學(xué)計算:

NH4++ NO2-→N2 + 2H2O-358 kJ (5)

NH4+ + 4O2→2NO3-+ 4H++2H2O-350．69 kJ(6)

得出，以NO2-為電子受體的厭氧氨氧化反應(yīng)和以O(shè)2為電子受體的好氧氨氧化反應(yīng)的自由能幾乎是相等的，分別為-358 kJ 和-350．69 kJ，從而預(yù)測自然界應(yīng)存在以NO2-為電子受體的氨氧化反應(yīng)和催化該反應(yīng)的微生物。直到1995 年荷蘭人Mulder等在反硝化流化床中發(fā)現(xiàn)了氨氮和硝態(tài)氮同時消失并產(chǎn)生氮?dú)獾默F(xiàn)象，證實(shí)了Broda 預(yù)測的正確性。

經(jīng)過一系列研究，目前西歐、日本等地已有該工藝的應(yīng)用實(shí)例，具有節(jié)能、碳源需求量少、污泥產(chǎn)量低等諸多優(yōu)點(diǎn)，處理費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)脫氮工藝，顯示了誘人的應(yīng)用前景。國內(nèi)的厭氧氨氧化技術(shù)的研發(fā)大多處于實(shí)驗(yàn)室小試階段。在菌種、工藝、裝置等方面存在著很多限制性技術(shù)問題，其中工程應(yīng)用的難點(diǎn)在于如何獲得充足的厭氧氨氧化菌并將其保持在反應(yīng)器內(nèi)。

由于厭氧氨氧化菌生長緩慢，其倍增時間長(11 d) ，細(xì)胞產(chǎn)率低(0．11 g［VSS］/g［NH +4］) ［15］，且對環(huán)境條件敏感，導(dǎo)致厭氧氨氧化工藝推廣應(yīng)用緩慢。而厭氧氨氧化菌以CO2作為*碳源，無需有機(jī)物的特點(diǎn)，正好適合處理氮肥工業(yè)產(chǎn)生的這類碳源不足的含氮廢水。

2．5 短程硝化—厭氧氨氧化工藝

該工藝機(jī)理是: 首先利用亞硝化細(xì)菌把氨氮氧化成NO2-，再由厭氧氨氧化菌實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)達(dá)到脫氮目的。根據(jù)這兩種微生物是否處于同一反應(yīng)器，演變出全程自養(yǎng)脫氮CANON工藝和SHARON + ANMMOX聯(lián)合工藝兩種代表性的自養(yǎng)工藝，前者的關(guān)鍵在于控制DO 濃度，后者的脫氮效果與進(jìn)水C /N 比關(guān)系密切。值得注意的是，當(dāng)存在有機(jī)物時，反硝化過程比厭氧氨氧化更易發(fā)生。

3 結(jié)束語

結(jié)合氮肥工業(yè)廢水水質(zhì)特征，脫氮是制約該類廢水處理效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為達(dá)到理想脫氮效果并節(jié)省運(yùn)行成本，在脫氮工藝流程的選取上，可考慮先采用物化法進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)入生化系統(tǒng)進(jìn)一步脫氮除碳。

生物脫氮技術(shù)是氮肥工業(yè)廢水處理的主體技術(shù)，其中短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等都是頗具發(fā)展?jié)摿Φ拿摰夹g(shù)，但是菌種本身生長緩慢，產(chǎn)率低，對環(huán)境敏感等原因，導(dǎo)致其難以應(yīng)用于工程。如何將這些新工藝應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，下一步還需要更多認(rèn)真、詳實(shí)的研究。