低C/N比污水脱氮技术的分析

周丽芬

广州市健安环保技术有限公司

【摘要】污水脱氮过程包括氮的同化、硝化、氨化等生物过程，C/N比的高低直接影响这些生物过程的进行。在所有污水类型中，低C/N比的污水处理难度最大，因为这种污水自身所提供的碳源不能满足必要反应过程的进行，这也使得低C/N比污水的脱氮技术成为污水处理领域的研究热点。

【关键词】低C/N比；污水脱氮技术；分析

地表水中含有各种形式的氮，这些含氮物质可以通过地表径流、降水、污水排放等多种途径进入地下水系，此外，大气中的氮也可以通过生物固氮作用进入地下水，可见，人类活动和自然过程都会造成水体中氮的富集。水体中聚集大量的氮会直接造成水体富营养化，对水体生物和人体健康造成重大威胁，在污水处理中就会格外重视脱氮过程。目前所采用的低C/N比污水脱氮方法有两种，一种是采用电化学联合处理装置处理污水，另一种是采用化学催化生物脱氮装置处理污水，具体选择哪种脱氮方法需要结合实际情况确定。

一、低C/N比污水脱氮技术研究现状

虽然污染进程的加快，水体富营养化问题日益突出，为了缓解这一水污染问题，在排放污水前有必要除去氮磷物质。污水脱氮技术是通过硝化菌和反硝化菌来完成反应过程的，充足的碳源是保证反应正常进行的关键，研究表明，当C/N比值＜3.4时，要通过外加碳源的方式来保证脱氮效果。城市生活污水、工业废水、养殖废水等的C/N比普遍低于3.4，这就使得低C/N比污水脱氮成为当下污水处理领域的研究热点。目前在低C/N比污水脱氮处理方法主要有两种思路，一种是通过添加碳源提高污水C/N比来降低脱氮难度，另外一种是不考虑添加外界碳源的脱氮方法，短程硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺等都是不考虑添加碳源的处理方法。添加碳源的处理方法是传统脱氮技术的典型代表，目的在于保证反硝化过程的顺利进行，可供使用的外界碳源分为液体和固体两种形式，液体碳源包括酒精、甲醇等有机物质，固体碳源包括木屑、秸秆等纤维素类物质。虽然外加碳源可以保证脱氮效果，但是这样会导致有机物消耗的增加，同时还会增加污水处理的运行成本，这就需要改进常规工艺的缺陷和不足，研究开发一种更加实用的碳源，或者创新现有的处理工艺，减少碳源的使用。目前有关反硝化过程添加碳源的研究主要集中在添加固体碳源方面，可降解聚合物材料、新型纤维材料等作为固体碳源不仅可以为反硝化微生物提供能量，而且不会产生毒害物质或其他代谢产物。吴为中[1]等人研究开发的固相缓释碳源可以为反硝化过程提供充足的能量，而且环境适应性更强，脱氮效果比较理想。

短程硝化反硝化过程中的电子受体是NO2-，而全程硝化反硝化过程的电子受体则是NO3-，因此，与全程硝化反硝化过程相比，短程处理将硝化反应控制在亚硝酸盐阶段，阻止了NO2-的进一步反应，并使NO2-直接进入反硝化过程。从微观角度分析，亚硝酸菌的生命周期要短于硝酸菌，控制亚硝酸盐阶段可以提高硝化反应速率，缩短整个反应过程的时间，从而节省用于基础设施建设的投入资金。与传统脱氮技术相比，短程硝化反硝化工艺流程不仅减少了反应耗能和污泥排放量，而且还大大提高了反硝化速率，工艺优势显著。经NO2-处理含氮污水的研究最早始于1975年，voetl[2]等人发现了硝化过程中NO2-会不断积累，从而首次提出了该工艺方法的原始概念。

二、两种新型低C/N比污水脱氮技术及处理效果分析

（一）采用电化学联合装置处理低C/N比污水

采用电化学联合装置处理低C/N比污水需要经过两个步骤，第一步是预处理阶段，在该阶段，需采用微电解反应柱处理污水，从而除去污水中的COD和氨氮，为后续氧化处理过程奠定基础。第二步是催化电氧化处理过程，通过外加电场去除污水中的硝酸盐氮，外加电场可以为反硝化过程提供反应所需要的能量，从而保证在没有外加碳源的情况下也能实现污水脱氮目的。电化学联合装置处理过程受通电电流密度、进水PH值等的影响[3-4]。进水PH值可以通过投加酸性物质或碱性物质来调节，通过观察不同进水PH下反应器内的TN含量可以看出，当进水PH值＜5时，TN去除率随PH值的升高而升高，当PH值≥5时，TN的去除率随PH值得升高而降低，这是因为在酸性条件下，水中的H+会在电场和催化作用的双重影响下转换为[H］，[H］可以起到催化作用，促进含氮物质转化为氮气并逸出，从而降低水中的氮含量，当进水持续呈酸性，多出的H+会在阴极反应转化为氮气逸出，反应式为：H2O+H++2e-OH-+H2↑。

在掌握了电化学联合装置处理过程影响因素之后，可以通过调节相关影响因素来提高除氮效果，实验表明当进水PH值稳定在7，电流密度控制在32.67mA/cm2时除氮效果最为理想，当反应器维持上述条件稳定运行一段时间后，氨氮去除率可以达到20%，而且COD的去除率可以达到50%，去除过程比较稳定。

（二）采用化学催化生物脱氮装置处理低C/N比污水

采用化学催化微生物脱氮装置处理低C/N比污水是在上述方法的基础上形成的，参照上述方法制备反应器后，微电解填料所产生的Fe2+可以为反硝化过程供应所需能量，填料在催化金属的作用下也可以释放出能量，促使硝酸盐氮转化为氮气，从而进一步提高脱氮效果。

这种方法下氮的去除率可以达到40%以上，脱氮效果要高于上一种方法，而且COD的去除率可以达到30%以上，COD主要是在微电解层上被去除，此外，微电解填料上附着的微生物也可以起到一定的去除作用。在低温状况下，反应器的进水温度会下降，通过观察低温下反应器运行情况可以得知当进水温度降低时，微生物的脱氮效果并不会受到影响。

三、低C/N比污水脱氮技术强化措施

为了进一步提高低C/N比污水脱氮技术的脱氮效果，可以采取分段进水的方式加以强化。分段进水的情况下，污泥浓度和碳源的利用率更高，可以达到稳定高效的除氮效果，这种强化方法已被国外低C/N比污水脱氮工艺广泛采纳。刘山虎[5]等人采用分段进水方法处理低C/N比含盐污水发现只有分段进水比例控制得当就可以减少大量的碳源供应，缩短反硝化实践，从而提高脱氮效率，降低运行成本，同时还能有效避免氮氧化物的释放。

结语：

在低C/N比的情况下，传统脱氮工艺很难达到预期的脱氮效果，但可以从改进传统脱氮工艺，加入碳源，或创新工艺理论，减少碳源两个角度分析，实现低C/N比污水脱氮目标。低C/N比污水不仅缺少硝化过程所需要的碳源，而且组成成分复杂多变，为了提高脱氮效果有必要结合低C/N比污水的理化性质来创新处理工艺，确保高效脱氮目标的实现。

参考文献：

[1]邓时海，李德生，卢阳阳，等.集成模块系统同步硝化反硝化处理低碳氮比污水的试验[J].中国环境科学，2014，09：2259-2265.

[2]王聪，王淑莹，张淼，等.厌氧/缺氧/好氧生物接触氧化处理低碳氮比污水的物料平衡[J].农业工程学报，2014，19：273-281.

[3].低碳氮比城市污水反硝化脱氮除磷-曝气生物滤池组合技术与工程应用[J].建设科技，2015，10：88-91.

[4]郝晓地，衣兰凯，付昆明.侧流磷回收强化低碳源污水脱氮除磷效果的模拟与实验研究[J].环境工程学报，2013，01：231-236.

[5]赵凯，黄盼宁，鲍捷.固体缓释碳源辅助低碳氮比污水脱氮技术研究[J].辽宁化工，2015，08：1037-1039.