氨氮處理技術(shù)及影響因素

尚瑩，朱少春

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

氨氮處理技術(shù)及影響因素

尚瑩，朱少春

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

生物倍增廢水處理工藝是必得普（北京）環(huán)?？萍加邢薰疽M(jìn)德國恩格拜公司技術(shù)在我廠污水處理上的應(yīng)用，該技術(shù)在處理廢水過程中與以往的工藝有較大的區(qū)別，此工藝在處理廢水中的NH3-N，較SBR池的去除率高出60%之多，其基礎(chǔ)理論也較SBR池有很多不同。本文就該技術(shù)對廢水處理過程中的影響因素：溫度、pH值、碳源、C/N/P比等進(jìn)行了闡述。

生物倍增；氨氮；基礎(chǔ)理論；影響因素

廢水的生化處理氨氮過程是一項錯綜復(fù)雜的過程，盡管最早的活性污泥工藝迄今已有近百年的歷史，但是諸多理論在學(xué)術(shù)界仍無定論。因此，在生物倍增工藝處理氨氮過程中，較以往的工藝有較大的進(jìn)步，下面就其基礎(chǔ)理論及影響做一下論述。

1 工藝原理

1.1 氨氮的存在形式

氨氮是水中以NH3和形式存在的氮，它是有機氮化物氧化分解的第一產(chǎn)物，是水體受污染的一種標(biāo)志。有機氮和氨氮的總和可以凱氏（Kjeldahl）法測定，因而又稱為凱氏氮?？偟獮樗杏袡C氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的總和，也就是凱氏氮與總氧化氮之和。

1.2 生物倍增硝化及脫氮的特殊設(shè)備

生物倍增工藝以其特殊的設(shè)備使處理氨氮較傳統(tǒng)的工藝有較多不同。簡單的隔板和生物倍增快速澄清器把活性污泥池分成進(jìn)行不同曝氣的間格。在停留時間內(nèi)，在空氣提升器協(xié)助下，池內(nèi)物質(zhì)不停在整個處理池中多次循環(huán)。這使得一次循環(huán)過程中的各種濃度之間幾乎沒有出現(xiàn)多大差別，為微生物的新陳代謝提供了最合適的條件，從而使流出水的濃度達(dá)到理想程度。這種工藝設(shè)計不落俗套，而且為所有參與其事的細(xì)菌提供了最合適的條件。

在曝氣區(qū)，生物倍增曝氣器覆蓋整個處理池范圍。與幾乎所有其它曝氣工藝相比，這種情況使氧氣利用率增加一倍。在此區(qū)域內(nèi)，水中溶解氧濃度小于0.3 mg/L，在脫氮創(chuàng)造了良好的氧環(huán)境條件，即能滿足硝化的需氧量，又有反硝化進(jìn)行條件，不會造成硝酸鹽和亞硝酸的積累，同時反硝化消耗了部分碳源，去除了水中的BOD，從而更大幅度地節(jié)省了鼓風(fēng)機的能量。

在生物倍增脫氮和生物倍增脫磷工藝中，碳組分的氧化部分以脫氮或以釋磷方式在自由懸浮的活性污泥中發(fā)生，并在較小程度上使用分子氧進(jìn)行這種氧化工作。而且所有的活性污泥將多次流過生物除磷工段，確保為富集的生物除磷細(xì)菌提供最合適的條件。與其它工藝相比，這種工藝節(jié)省了大量化學(xué)需氧量或生化需氧量。就化學(xué)需氧量而言，這種節(jié)省對含有相對較多氨氮或磷的廢水十分重要。除此以外，這種工藝確保即使在攝氏10度以下的水溫中也能發(fā)生較為完整的生物反應(yīng)。

1.3 低溶氧條件下完成同步硝化反硝化反應(yīng)

傳統(tǒng)生物處理池中溶解氧濃度（DO）較高，異養(yǎng)菌增殖快，污泥絮體大，形成隔離水膜，生長緩慢的硝化菌只能被“包埋”在污泥絮體內(nèi)。為了使硝化反應(yīng)得以有效地進(jìn)行，必須保持較高的DO值，這樣勢必會增加污水處理的動力消耗。

與之相比，生物倍增生物處理池中的活性污泥顆粒小，污泥活性相對較低，異養(yǎng)菌生長緩慢；活性污泥外表不易形成隔離膜，活性污泥可與氧及可溶性有機物直接接觸，實現(xiàn)氨氮的硝化；在曝氣池進(jìn)口區(qū)，大量可溶性有機物將會在很短的時間、較少的反應(yīng)區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)氧化降解；曝氣池內(nèi)的溶解氧也會同時被迅速消耗降低趨于零，因而有利于后續(xù)的反硝化反應(yīng)徹底進(jìn)行。

在生物倍增曝氣池前半段溶解氧都被微生物降解有機物所消耗，溶解氧濃度基本都處在0～0.05mg/L，在池子后半段，負(fù)荷降低，溶解氧開始有富余，溶解氧在0.05～0.3 mg/L，這樣的溶解氧濃度條件，給硝化反硝化同時進(jìn)行提供了一個的最佳條件。氨氮硝化反硝化過程有短程硝化反硝化和全程硝化反硝化過程兩種。全程硝化過程就是反硝化菌群利用作電子受體，進(jìn)行反硝化，而短程硝化中反硝化菌群可以利用NO2－作電子受體進(jìn)行反硝化，即亞硝化微生物將-N轉(zhuǎn)化為-N，隨即由反硝化微生物直接進(jìn)行反硝化反應(yīng),將-N還原為N2釋放，整個生物脫氮過程比全程硝化歷時要短得多。在生物倍增工藝中，以短程硝化反硝化為主。全程反硝化和短程反硝化過程簡圖如圖1所示。

圖1 生物脫氮兩種途徑示意圖

短程同時硝化反硝化生物脫氮過程，除了具備同時生物脫氮過程的一系列優(yōu)點外，與全程硝化反硝化相比，還具備特有的一些優(yōu)點：（1）硝化階段可減少25%左右的好氧量，降低了能耗;（2）反應(yīng)時間短；（3）具備較高的反硝化速率,的反硝化速率通常比高63%左右。所以其生物脫氮過程比一般硝化—反硝化反應(yīng)進(jìn)程較快，脫氮效率高。

2 影響因素

2.1 溫度

一般好氧生物硝化反應(yīng)的適宜溫度是20～30℃，15℃以下時，硝化速度下降，5℃時完全停止；反硝化反應(yīng)的適宜溫度是20～40℃，低于15℃時，反硝化菌的增殖速率降低，代謝速率也將降低，從而降解了反硝化速率。生物倍增工藝由于污泥濃度高，生物活性好，所以抗寒能力較其它工藝要好。當(dāng)水溫大于10℃時，工藝脫氮就可以正常運行。

2.2 pH值

保持水中一定堿度，對于生化處理反應(yīng)是非常必要的，一般來講，水中剩余堿度達(dá)到100 mg/L（以碳酸鈣計），即可保持水中pH大于7.2，各種生化反應(yīng)能夠順利進(jìn)行；氧化去除1 mg的BOD會產(chǎn)生0.3 mg堿度，每脫除1 mg的氨氮，會消耗3.57 mg堿度。在正常運行過程中，COD 1 500～1 800 mg/L，氨氮300 mg/L，系統(tǒng)不能達(dá)到堿度平衡，則會使pH降低，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，阻礙脫氮效果，造成出水水質(zhì)惡化。這就要求調(diào)節(jié)池進(jìn)水pH值不小于8.0，并在工藝運行過程中加入堿性白云石來進(jìn)行調(diào)節(jié)以補充堿度，保證工藝穩(wěn)定的運行。

2.3 碳源

廢水中所含碳源能夠滿足微生物自身代謝，是比較理想和經(jīng)濟(jì)的，優(yōu)于外加碳源。對于一般工藝，當(dāng)廢水中BOD5/TN值＜6時，即認(rèn)為碳源不足，需外加碳源，而生物倍增工藝在廢水中BOD5/TN值＞4時即可正常運行，而無需增加碳源。若運行中BOD5/ TN值＜4時，則需外加碳源，可以加入工業(yè)甲醇或工業(yè)葡萄糖。

2.4 好氧生化系統(tǒng)比例

BOD∶N∶P=100∶5∶1，這是好氧生化系統(tǒng)中的比例，在好氧生化培養(yǎng)中，缺乏氮元素將導(dǎo)致絲狀的或者分散狀的微生物群體產(chǎn)生，使其沉降性能差。另外，缺乏氮元素使新的細(xì)胞難以形成，而老的細(xì)胞繼續(xù)去除BOD物質(zhì)，結(jié)果微生物向細(xì)胞壁外排泄過量的副產(chǎn)物——絨毛狀絮狀物，這些絮狀物沉淀性能差。根據(jù)經(jīng)驗，從廢水中每去除100 kg BOD需要加5 kg氮和1 kg磷。在許多條件下，氮以氨形式，磷以磷酸形式加入廢水中。細(xì)菌需要氮以產(chǎn)生蛋白質(zhì)，需要磷以產(chǎn)生分解廢水中有機物質(zhì)的酶。一般細(xì)菌較易利用氨態(tài)氮，在處理工業(yè)廢水時，如果廢水含氮量低，不能滿足微生物的需要，需要另外補加氮營養(yǎng)，如尿素、硫酸銨、糞水等。微生物中主要以細(xì)菌對磷的要求較多，工業(yè)廢水中一般需要補加磷元素，如磷酸鉀、磷酸鈉等。

2.5 溶解氧

生物倍增工藝的供風(fēng)系統(tǒng)采用自控系統(tǒng)，即用德國的艾珍風(fēng)機供風(fēng)與池內(nèi)溶氧儀聯(lián)鎖，當(dāng)溶解氧設(shè)定為一定范圍時，溶氧超過或低于設(shè)定范圍，風(fēng)機自動調(diào)整頻率降低或提高風(fēng)機轉(zhuǎn)數(shù)自動調(diào)節(jié)溶解氧。設(shè)定的溶解氧也較其它工藝低，有利于去除氨氮。

生物倍增工藝的應(yīng)用使我廠的工藝廢水的處理能力由109 t/h提高到現(xiàn)在的200 t/h，廢水處理成本也由原來的2.98元/t降低到現(xiàn)在的1.75元/t，大大降低了工廠的生產(chǎn)成本，也為工廠的清潔生產(chǎn)、持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)保障。

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.03.020

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1008-1267（2011）03-0058-03

2010-05-23