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在城市化进程加速的背景下,生活污水排放量持续增长,氮素污染已成为水体富营养化的主要诱因。传统脱氮工艺面临碳源不足、能耗高等挑战,生物膜耦合AOA(厌氧-好氧-缺氧)工艺凭借其独特的多级脱氮机制,为生活污水深度脱氮提供了创新解决方案。
工艺原理:多级协同的脱氮网络
生物膜耦合AOA工艺通过构建"生物膜-活性污泥"复合系统,形成三段式脱氮路径。在厌氧段,生物膜载体富集的聚磷菌释放磷素,同时合成内碳源(如PHB),为后续反硝化储备能量。好氧段采用分段曝气技术,通过控制溶解氧浓度(0.5-1.2mg/L),选择性富集氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB),将氨氮转化为亚硝酸盐。缺氧段则利用内源反硝化和厌氧氨氧化协同作用,实现氮素的高效去除。
北京工业大学研发的纯膜AOA-SBR工艺进一步创新,通过100%排水比设计,使系统负荷提升至传统工艺的1.5倍。其核心在于生物膜填料的选择与分段曝气控制,使短程硝化(亚硝酸盐积累率>90%)与厌氧氨氧化同步进行,显著降低曝气能耗。
技术优势:高效低耗的脱氮路径
该工艺在多个维度展现显著优势:
碳源利用效率提升:内碳源回收率可达70%,较传统工艺降低外加碳源需求40%以上;
脱氮效能突破:TN去除率稳定在85%-92%,出水浓度<5mg/L;
能耗经济性:曝气量减少30%,吨水电耗约0.15kWh;
抗冲击负荷:生物膜载体使系统可耐受3倍日常流量波动。
中试研究表明,在C/N比低至3.5的条件下,通过投加5mg/L羟胺强化短程硝化,系统仍能保持88%的TN去除率,其中厌氧氨氧化贡献率达45%。
工程应用与优化方向
青岛思普润公司开发的IFAS系统实现了工艺工程化应用。该系统采用分级自养IFAS区,通过悬浮载体选择性富集厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia),生物膜厚度控制在400-1000μm,氨氧化效率达85%-90%。配套的磁粉强化沉淀技术使出水SS稳定<50mg/L。
未来发展方向包括:
智能控制:基于实时水质监测的DO、pH反馈调节;
耐低温菌种:筛选适应10-15℃环境的优势菌群;
资源回收:耦合磷回收技术,提取鸟粪石肥料。
结语
生物膜耦合AOA工艺通过多级脱氮机制创新,突破了传统工艺的碳源限制与能耗瓶颈。其"生物膜-活性污泥"复合系统实现了短程硝化、厌氧氨氧化与内源反硝化的协同增效,在保证出水水质的同时显著降低运行成本。随着材料科学与智能控制技术的进步,该工艺将在城市生活污水处理领域发挥更重要作用,为水环境质量提升提供可靠的技术支撑。