担心微生物吃不饱？看看这些脱氮除磷新技术吧！

01 短程硝化反硝化
     传统生物脱氮将氨氧化为硝酸后，再进行缺氧反硝化。但实际上从氮的微生物转化过程来看，氨被氧化成硝酸是由两类独立的细菌催化完成的，因此，在合适的条件下，氨的氧化可以终止在亚硝酸盐阶段，即短程硝化。
     短程反硝化就是反硝化菌在有机碳源作用下发生的 NO2--N 的异养反硝化，在不考虑生物同化作用的情况下，氮的转化过程可用下式表示：在不考虑生物同化耗碳的情况下，短程反硝化 1mg NO2-N 需要 1.71mg BOD，比传统生物脱氮方式节省 40%的碳耗。
     因此，理论上认为短程硝化反硝化是较适合低碳源污水生物脱氮需求的种技术。但是，普遍认为将生物硝化过程控制在亚硝化阶段是比较困难的，因为亚硝酸盐氧化菌（NOB）比氨氧化菌（AOB）具有更高的基质利用速率。
     近年，大量学者研究发现通过调控温度、溶解氧、p H以及污泥龄SRT等运行参数，可以促进短程硝化反硝化过程的进行：
①温度 T：氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌生长的最佳温度范围不同，低于 15℃或高于 30℃都能实现亚硝酸盐的积累。
② 溶解氧 DO：研究表明氨氧化菌的氧饱和常数为 0.2～0.4mg·L-1、而亚硝酸盐氧化菌为 1.2～1.5mg·L-1。因此，在低 DO 条件下，氨氧化菌对氧的利用率比亚硝酸盐氧化菌高，增值速率也更快，通过淘汰亚硝酸盐氧化菌实现亚硝酸盐的积累。
③p H 值：研究发现氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌适宜生长的 pH 不同。就氨氧化菌而言，p H 为 7.4～8.3 时生长速率较高，p H 为 8 左右达到最大。而亚硝酸盐氧化菌，p H 为 7.0 时生长速率达到最大。因此，控制 p H 可以实现亚硝酸盐的积累。 
④污泥龄 SRT：研究发现氨氧化菌的倍增时间比亚硝酸盐氧化菌短，通过控制 SRT 可以逐渐富集氨氧化菌而淘汰亚硝酸盐氧化菌，实现亚硝酸盐的积累。
     目前，荷兰 Delft 工业大学开发的 Sharon 工艺（Single reactor for high activity ammonia removal over nitrite）、比利时 Gent 大学提出 OLAND 工艺等，都是典型的短程生物脱氮工艺技术。前者，通过调控温度和 p H，获得了好的亚硝化效果；后者调控 DO，实现了氨氮的部分亚硝化以及亚硝酸盐的自养脱氮。
     有学者通过控制温度（30℃）和 DO（低于 0.5mg/L），在 MBR 系统中成功启动高 NH4+-N（70-300mg/L）废水的亚硝化转化和亚硝酸盐的积累。
02  厌氧氨氧化技术及全程自养脱氮工艺
      厌氧氨氧化（ANAMMOX）是指厌氧条件下，微生物以硝态氮或亚硝态氮为电子受体，氧化氨氮提供电子，进行自养脱氮过程。
      厌氧氨氧化过程是不需要有机碳源的。与传统脱氮工艺相比，厌氧氨氧化脱氮可以节省 100%的外加碳源。根据自养硝化和自养反硝化的生物作用机制，甚至认为碳源有机物的存在将抑制厌氧氨氧化细菌的活性。目前，荷兰Delft 技术大学将 SHARON 工艺和 ANAMMOX 工艺联合，在荷兰鹿特丹污水厂建设了第一座 70m3的厌氧氨氧化反应器，实现了污泥消化液高氨氮废水的生物脱氮。
     但是，大量研究表明厌氧氨氧化菌生长周期长（约 11d）、生长速率低，导致工艺启动时间长；厌氧氨氧化菌对环境条件要求苛刻，培养驯化困难，如何快速高效启动厌氧氨氧化系统，一直是生物脱氮领域关注的热点。就鹿特丹的ANAMMOX 反应器，启动运行 800d 尚未发现明显的厌氧氨氧化现象，1235 天出现稳定厌氧氨氧化。值得注意的是，由于厌氧氨氧化菌最适温度 30℃，高于正常情况下的污水温度；另外，有机物和亚硝酸盐都会抑制厌氧氨氧化菌的生长。
     因此，普遍认为当选用厌氧厌氧氨氧化技术处理高 NH4+-N、低 COD  的污（废）水，如污泥消化液、污泥压滤液、猪场废水以及垃圾渗滤液等时优势明显，在所查阅的资料中，几乎没有工程规模下将厌氧氨氧化技术运用于低碳源污水处理的相关报道。现有研究也表明，CANON 工艺、OLAND工艺可以在相对宽松的环境中（比如 DO、温度、共存有机碳源）实现自养脱氮，为低碳源污水生物脱氮技术的开发提供了空间。
03 同时硝化反硝化技术（SND）
     上世纪九十年代，据一些相关文献报道，在活性污泥工艺好氧段中经常发现TN 有 30%的损失。目前对这种现象主要有两种解释，一种是生境论，从系统微生物所处环境的角度进行解释，包括宏观生境论和微观生境论：污泥菌胶团存在溶解氧梯度（微观生境论）或者充氧装置的充氧不均和不存在完全均匀混合状态的反应器（宏观生境论），造成一个反应器中可以形成适应不同微生生长的各种微环境，为 SND 作用提供外部环境。另一种是从微生物的生理学角度来解释，可称之为生物论，主要是基于近年来所发现的异氧硝化菌及好氧反硝化。
     SND 较传统工艺具有明显优势：可以减少 20%-40%的碳耗量和 30%的污泥产量；硝化和反硝化反应在同一个反应器中完成，反硝化产生的碱度能够及时中10 重庆大学博士学位论文 12 和硝化反应产生的酸度，有助于稳定反应过程的 pH 值，而且节省反应器体积、缩短反应时间。值得一提的是，SND 节省碳耗主要有三个途径：
1）通过同时短程硝
      化反硝化实现，一些研究结果表明适当控制反应过程条件，如系统中的溶解氧浓度，可以使得 SND 的脱氮方式以稳定的短程硝化并同时反硝化的形式去除；
2）一些学者认为 SND系统中存在着异养的硝化菌可以将 NH4+-N 直接转化成氮气；
3）SND 较易在低 DO 的条件下发生，据所查文献显示，DO 浓度对 SND 有着重要的影响，对于实现 SND 来说，DO浓度不宜太高，Fuerhacker 等研究发现，反应器中 DO 含量增大会削弱活性污泥反硝化的能力；还有一些研究表明，当反应器内DO浓度控制在0.5mg/L 左右时，其硝化的速率刚好与反硝化速率达到动态平衡，进而实现完全的 SND。而在进水碳源不足的系统中，为了限制有机物的有氧氧化程度，通常会减少反应器中的曝气量，而这样的运行方式与 SND 需要降低系统 DO 浓度的要求不谋而合。这对低碳源污水的处理具有实际意义。