郝吉明、彭永臻、曲久辉、贺泓、刘文清、李广贺解析环保前沿技术

城市污水总氮代表是关键难点。

生物脱氮反两步，第一个硝化，第二个反硝化。一个电子供体，一个是电子受体，水中氨氮和有机氮从污水处理分离出来完成脱氮的问题，一个需要氧气，一个需要有机碳源，这是关键点。

生物除磷，有除磷微生物和菌，没有氧的条件下，把磷从细胞中释放出来，可以使水中磷从3每升毫克达到几十毫克，在耗氧和曝气过程中，把水中磷聚集在细胞中，摄取磷，而且是过量的，把含有磷的污泥排除污水处理系统就完成了处理，就是这样简单。

这是我们用的工艺AN/O除磷工艺，释放出磷，然后曝气、好氧，然后沉淀池，然后处理水。还有反硝化反应器缺氧然后到硝化反应器好氧，然后到沉淀池，到处理水。这个两个结合起来既除磷又脱氮，厌氧、缺氧和好氧。对小型的污水处理厂应用广泛的是序批式活性污泥法，小于5万吨的经常用这样一种工艺。

我们看到什么问题，无论对A/O都存在这样的问题。缺氧，有机物进来这个是氨氮，缺氧池没有变化，在好氧池，此消彼涨形成硝态氮，用有机物还原硝态氮。回流中的硝阶氮和出水的硝阶氮相同，因为他们都来源于这个地方，就是说出水和回流污泥和剩余污泥中硝阶氮、氨氮、总氨是一样的，这种工艺很难彻底深度的脱氮。

有一种工艺是分段进水，把A/O分成四段，假定硝化能够100%，反硝化100%充分的。如果分成四段，进入第一段原水和有机物，把回流污泥的硝态氮还原，回流污泥假设100%，回流污泥量等于进水量，把总氨去掉了，第一段产生的而第二段还原了，第三段被第四段水有机物还原掉了，前三段总氮全部被去掉，只有第四段的氨氮被氧化产生硝态氮，才能随出水流出。第四段有污泥回流比100%，第四段有一半的总氮可以去掉，这个工艺去掉1/8的总氮。但是这四段比较繁琐，我们经常用三段，这个工艺可以完成深度脱氮。三段可以去掉6/5总氮。如果进水总氮30，出水氮达到5。它还有一个优点，微生物浓度非常高，第一段回流污泥浓度被1/3的水稀释，因此污泥浓度比较高。

ICEAS工艺是我们国家用的比较多的工艺，可以说80%的ICEAS都按照这样一个工艺，下面的模式在运行。这个是搅拌。这个表示曝气，这个表示沉淀，这个表示进水，但是进贯穿始终，说明什么？说明在曝气阶段，一边曝气一边进水，我们国家脱氮的重大障碍就是缺少碳源，有机物浓度比较低，氨氮总氮比较高，反应的时候没有碳源，往往加碳源。三小时一边曝气一边进水，用珍贵能源，曝气需要能源，去除了可贵的碳源，因此既浪费了能量又把有机物去掉了。

把进水在搅拌进水中进，曝气中不进，不仅可以大量节省碳源，提高效率，而且节能降耗，有机物不需要能量去除，用反应化去除，几个工程实践都收到很好的效果。我国现在的ICEAS几乎用我说的刚才模式运行。

第三个新型生物脱氮除磷技术。有一种技术叫做短程硝化。刚才说了什么是硝化反硝化，特别城市污水中90%以氨氮形式出现的总氮，还有一部分有机氮，有机氮一曝气就转化成氨氮了，氨氮经过曝气变成硝态氮，有机碳源作用下，这时候不曝气了，变为氮气，完成脱氮的过程，氮气可以去除。短程硝化过程简捷。亚硝酸氮这个过程减少了曝气量，这个过程减少了外加碳源，减少20%氧气，减少20%二氧化碳的释放等等。它为实现厌氧提供了底物。

全世界包括中国在内，全世界污水处理厂都没有实现短程硝化，有的仅仅一部分。这是我们学校的中试基地，实现了三年短程硝化，而且规模比较大一点。

刚才我说了除磷的基本原理，厌氧、吸磷、放磷，放磷在耗氧状态下吸收磷，然后把污泥排出处理。反硝化除磷，这个过程既完成反硝化又完成了磷的吸收，一个碳源两用。我们把含有富有磷的污泥排除系统完成了污水生物处理。

在生物脱氮过程当中需要水污染被还原成氮气，除磷也是这样，反硝化和除磷过程这两个过程可以同时完成，减少能源、生物量、减少氧等等优点。

最近开发了A2O-BAF同步脱氮除磷，就是反硝化除磷。这个曝气占2/9，BAF完成硝化，意味着提供大量的硝态氮进入蓄养池，跟污泥结合在一起，不想让它反硝化除磷都很难，没有给它反应条件，没有氧给电子受体，只给硝态氮，占整个反应器的2/3，这里完成了反硝化除磷。

厌氧氨氧化脱氮技术。奥地利Broda从热力学角度，预言存在。荷兰MULDER生物流化床首次发现。第一座ANAMMOX反应器建立于荷兰鹿特丹。

我们看看厌氧氨氧化，有机氮变为氨氮叫做氨化，氨氮需要氧需要生物参与，氧化为亚硝态氮。逐步经过几个步骤还原为氮气，完成污水处理脱氮。20年之前人们认为氮循环只能沿着这样一个过程。

厌氧氨氧化怎么样？厌氧氨氧化就是发现厌氧氨氧化微生物一种细菌。把氨氮的一部分可以说60%氧化为亚硝，用亚硝氧化氨氮，必须有厌氧氨氧化的推进。有将近一半的氨氮不用动就被氧化为氮气。一半多一点被氧化为亚硝态氮厌氧氨氧化。全世界生活污水主流依然按照这个过程脱氮，这还有生物固氮。全世界都在研究城市污水处理包括工业污水，能不能这样脱氮。由于高氨氮的废水，垃圾渗滤液等完成了工程化应用。城市污水处理还没有实现这样一种工艺。而且这个工艺有什么好处？很少有氧化氮的产生。

我们可以看到这些完全一部分氨氮没有必要好氧再用反硝化。一部分氨氮不需要经过下一步到这就完了，因此可以节省碳源、能源、节省有机物100%、节省曝气量60%、温室气体小。这是厌氧氨氧化的发展历程，现在工业上应用，有了很多实际工程应用。

全世界比较著名的奥地利STRASS污水处理厂，没有实现主流厌氧氨氧化，但是实现了厌氧氨氧化处理污泥消化液的应用。污泥液氧发酵的消化液进行厌氧处理，实现了。这是北排搞得厌氧氨氧化的工程。

编辑：赵凡