AvN技术在主流式短程脱氮过程中的应用

随着污水处理厂持续将水中的碳源朝着能源再生或者其他的方向转化，水体里残留的营养物质，尤其是氮，却越来越难以去除。现阶段，营养物质的过量排放使得自然水体面临富营养化以及极度缺氧的问题。

在实际的污水处理中，为保证污染物去除过程中有充足的氧气供给，曝气环节占据了近52%的能源消耗。然而，这个比例还会持续增长，因为有越来越多的污水处理厂需要解决氨氮达标排放的问题。通常，污水处理厂多选择通过物理方式解决曝气问题（如通过改进曝气阀、曝气口的设计来提高曝气池的曝气效率），而在实际操作时会十分受限。因此，深刻认识污水生物处理机制就显得极为重要。它将会打破现阶段的僵局，为污水处理能源消耗带来真正意义上的革新。而AvN技术正是污水生物处理机制研究所孕育的产物。

AvN技术的原理与核心

AvN是由美国WorldWaterWorks研发推广的一项污水处理过程控制及优化的专利技术。它具有极大的灵活性，能够帮助污水处理厂达到氨氮和总氮的出水排放标准，并且不需要对现有污水厂的规模进行扩建改造。整个过程能实现能源高效利用并且能在低碳需求的条件下达到目的。因此，污水中更多的碳源能够被导向厌氧消化从而增加生物沼气的产量。

在主流式短程生物脱氮过程中，一方面需要维持高效的氨氧化细菌（AOB）速率，另一方面需要抑制亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的活性。AvN技术通过控制二者之间的平衡来达到筛选分离出理想优势菌种，并达到短程生物脱氮的目的。与传统硝化/反硝化相比，如果能够成功抑制NOB的亚硝酸盐氧化，那么就可以节省25%的氧气消耗以及40%的有机碳源。在美国，大多数厌氧氨氧化技术被应用在侧流式脱氮过程中，而AvN则可以将这项脱氨技术应用在主流式脱氮领域。整个过程控制体现在以下几个方面：氨氮，氮氧化物，溶解氧，侧流式厌氧氨氧化过程中AOB的引入，污泥停留时间（SRT）的调控等。AvN通过控制脱氨过程中的出水氨氮与氮氧化物之间的浓度关系，进而做到“硝化/部分硝化能够被反硝化的那部分氨氮”，最终在给定碳氮比的条件下达到最低出水总氮浓度的目标。

AvN技术的控制手段

在美国，基于短程脱氮的AvN技术能够大大减少反硝化过程中所需的碳源。也正因为如此，AvN技术为前段工艺碳捕捉/碳转移提供了极大的空间，进而使得厌氧消化过程中有更多的碳源，大大提高了甲烷产量。在新式短程脱氮技术体系中，AvN技术包含了运行过程的工艺控制以及反应池运行条件的配置。NOB的淘汰则是主流式短程脱氮过程的技术核心。AvN技术对于NOB淘汰的调控策略主要包括：

1.维持一定的出水氨氮浓度；

2.在较高溶解氧浓度的条件下操作（一般要高于1.2mg/O2-L）；

3.好氧与缺氧条件之间的迅速转换；

4.较短的SRT；

5.AOB以及厌氧氨氧化细菌（AMX）的生物强化

前三个调控策略尤为重要，主要通过AvN曝气控制来实现。AvNSRT调控的主要原则在于维持较短的SRT，通过人为或者自动排放一定量的剩余污泥使得实际SRT接近AOB的冲刷SRT，从而使NOB得到有效的抑制。AOB生物强化可实现较短SRT，主要是从测流式短程脱氮池里接种AOB到主流池，而AMX生物强化和反应池中较长时间的停留则能有效帮助主流脱氨。实际上，AvN技术调控系统下的出水水质主要取决于NOB的淘汰程度、进水碳氮比以及生物脱氮的主要途径。根据AvN的调控原理，出水包含不同程度的氨氮和氮氧化物，后续还需进一步的反硝化处理。

▲AvN控制策略

案例分析

目前，AvN技术在全球已有两例实际规模的应用，分别是美国HRSD（HamptonRoadSanitationDistrict）的BoatHarbor污水处理厂（BHTP）以及奥地利的Strass污水处理厂。

1.美国BoatHarbor污水处理厂

BoatHarbor污水处理厂最先于2015年夏实施AvN调控体系。该污水处理厂的占地面积十分有限，如下图所示。

▲BoatHarbor污水处理厂平面图