低碳氮比生活污水脱氮处理技术研究现状

丁 红

（兰州交通大学 博文学院，甘肃兰州 730101）

我国正在提倡生态文明建设，所以水污染的问题也急需解决。随着我国全面建设小康社会步伐的加快，我国村镇生活污水的排放量不断增加并且逐渐呈现出低碳氮比的趋势（低碳氮比就是COD/TN＜3~5），城市污水是低碳氮比污水，生物脱氮的前提是有充足的有机碳源。而低碳氮生活污水中有机碳含量较低，（偏低碳氮比影响生物脱氮能力）反硝化作用不能顺利进行，碳源的不足是反硝化脱氮的技术难点。

低碳氮比（C/N）废水中因为有机碳含量较低，反硝化细菌进行脱氮时缺乏碳源，所以在废水中去除氨氮必不可少。氨氮污染主要来自过量使用肥料、家禽生产、生活污水和工业制造等，氨氮积累会引起水体富营养化并对水生生物的生存构成威胁，地下水水质日渐变差，在藻类大肆繁殖的同时会过量的消耗水中的溶解氧，这不仅会危害水生动植物的正常生长，还会使水体水质恶化，严重影响自然水体的生态平衡；过多的氨氮排入饮用水源甚至有可能会危害人类健康，人畜长期饮用富营养化的水会中毒致病，有研究表明，非霍奇金淋巴瘤、胃癌、甲亢等都与水体富营养化有关。

1 低碳氮比生活污水处理方法

目前大部分污水处理厂出水总氮量达不到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A排放标准，从而导致富营养化乃至黑臭水体的产生。因此，研究高效、简便、易控制的高氨氮、低C/N比污水处理技术对生活污水中氮磷的削减及水污染控制具有重要意义。

1.1 外加碳源的生活污水脱氮技术

目前，为了提高低碳氮比的污水处理效果，采用外加碳源的方式，常用的外加碳源为甲醇、乙酸、乙酸钠等，但是这些碳源也易造成碳源投加不足或过量，易造成二次 污染。

裴廷权等在投加改性天然缓释碳源33d左右系统的脱氮效果显著。宋昀达等[1]在序批式活性污泥反应器（SBR）中用培养好的好氧颗粒污泥处理低碳氮比实际生活污水，该工艺可实现高效同步脱氮除磷。袁悦等[2]将污泥发酵物直接作为低碳氮比城市生活污水的外加碳源，结果表明，发酵物的引入并未对污水脱氮除磷系统中菌群结构的稳定性产生影响，相反还可显著提高脱氮效率。姚创等[3]将污泥发酵液作为外加碳源用于强化微曝氧化沟脱氮除磷性能研究，发现稳定后的工艺出水均可达到国家规定的一级A标准，也证明污泥发酵液作为脱氮除磷的外加碳源，可代替商业碳源。Gao等发现将污泥发酵液作为A2/O系统的外加碳源，TN和TP的去除率均有显著提高。Tong等的研究表明，通过向污水处理系统填充外加碳源污泥碱性发酵液，可以显著改善脱氮除磷的效果。将污水破解液与水解酸化液作为外加碳源，出水水质也可达到一级A排放标准，该方法从效果、经济方面来看，应用前景更加广阔。有学者将污泥破解液与水解酸化液作为反硝化的外加碳源，出水水质可达到城镇污水处理厂一级A排放标准，该技术方法处理效果好、运行费用低，具有广阔的应用前景。刘绍根等将絮凝污泥水解酸化液作为生物絮凝吸附-前置反硝化曝气生物滤池组合工艺处理低碳氮比生活污水的外加碳源，实验发现该方法可显著提高系统的生物脱氮性能，同时絮凝污泥也实现了资源化与减量化[4]。

1.2 无外加碳源的生活污水脱氮技术

1.2.1 生物脱氮技术

有学者研发出了无须外加碳源和低能耗的“人工增菌强化脱氮技术”，将原位富集、驯化和分离获得的细菌菌种与活性污泥复配形成人工强化种泥，投加到生化处理单元中，可使生化系统的脱氮性能显著提升，该技术不会改变原有处理工艺，也不会引入外来微生物物种，可以提升污水处理效果，并保持在一级A标准，具有良好的社会效益和环境效益。王先鹏等将培养驯化以Fe2+为电子供体的硝酸盐型厌氧铁氧化菌置于反应器中处理低碳氮比废水，实验发现比普通反硝化污泥不投加Fe2+时的NO3--N去除率有所提高[5]。

张淼通过向好氧池内投加悬浮填料，将泥法改为膜法，强化硝化效果的同时改善脱氮效果，好氧池悬浮填料能强化硝化和反硝化效果。NH3-N去除率与好氧池填充率成正比，出水也稳定在一级A标准[6]。张国珍等将悬浮复合填料放入改良级A/O工艺中处理生活污水，其不但可以保证COD去除效果而且可以兼顾脱氮除磷，出水COD和氨氮可以达到一级A排放标准[7]。刘灵辉等将沸石、陶粒两种填料流态化厌氧接触生物滤床反应器处理低碳源城市生活污水，结果显示氨氮去除率为40%[8]。

1.2.2 电化学脱氮技术

电化学技术具有效率高、无须添加氧化剂等优点，作为一种高级氧化污水处理的技术，其电解过程中产生的强氧化剂（如：HO•和O2•）和电极的氧化还原反应可高效去除污水中的污染物，且催化电极的使用使其氧化能力进一步提高。申彦冰采用电化学方法处理低碳氮比污水脱氮效果显著[9]。

三维电极技术是填充床电化学氧化技术的统称，填充物的添加可强化系统内的传质过程并提高电氧化技术的电流效率，高效低耗。穆甜利用三维电极反应装置对模拟生活废水进行实验，结果表明该装置对废水中NH3-N具有较好的祛除效果[10]。魏旺等用三维电极技术处理氨氮废水，处理效果显著[11]。有研究表明在生化反应器中外投加铁或铁盐可促进反硝化作用提高脱氮效率。Peng等将废铁屑用于微电解自养反硝化系统中，结果显示废铁屑可以促进自养反硝化进行，反硝化速率和总氮去除率均有所提高。使用铁屑时的脱氮率与异养反硝化中投加甲醇相当，成本可降低58.9%。废铁屑是钢铁厂或金属加工厂产生的固体废物，将其用于三维电极污水处理不仅可提高电氧化技术处理效能，且可实现以废治废，资源的循环利用。李德生等发明了添加催化剂D的铁基质高效催化脱氮载体，污水处理过程中NO3--N降解反应过程符合一级反应动力学方程，表现出良好的脱氮性能[12]。张嘉辉等在低碳氮比污水中投加Fe0、Fe2+协同活性污泥进行脱氮研究，结果显示对脱氮有明显的促进效果[13]。

1.2.3 多工艺组合脱氮技术

针对低碳氮比污水很难达标处理，很多学者提出可将两种或两种以上的方法或工艺组合进行低碳氮比污水的处理，将生物膜法和电化学效应结合，在电极和微生物的协同作用下，反硝化作用增强，脱氮效果显著。也有学者将生物与电化学高效脱氮技术相结合，构建低碳条件下高效脱氮的生物脱氮技术体系，采用“两级A/O-MBR反应器-UF/RO膜分离”集成工艺，实现高效脱氮，出水达标排放。何媛将人工湿地与电极生物膜反应器耦合处理低碳氮比污水，该工艺可高效脱氮[14]。李昂等开发出了一种泥膜共生多级A/O工艺，对低碳氮比生活污水具有很好的处理效果[15]。王聪等研发的新型的双污泥系统，可充分利用原水中的碳源，高效同步脱氮除磷[16]。

2 结束语

在传统脱氮工艺中，为了使低碳氮比的废水达标排放，往往需要向处理系统中外加碳源，无疑会增加处理成本。为了污水处理达标的同时成本有所降低，国内外学者和技术人员在外加碳源的替代物、强化脱氮微生物、电化学技术脱氮和多工艺组合脱氮等方面进行了大量的实验，以寻求最好的环境和经济效益。