兩級(jí)A/O工藝在高氮循環(huán)水中的優(yōu)化研究及運(yùn)用

李 紹

(云南云天化股份有限公司 云峰分公司 合成氨廠，云南 宣威 655413)

兩級(jí)A/O工藝在高氮循環(huán)水中的優(yōu)化研究及運(yùn)用

李 紹

(云南云天化股份有限公司 云峰分公司 合成氨廠，云南 宣威 655413)

隨著經(jīng)濟(jì)化建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)化工工業(yè)的發(fā)展速度也越來(lái)越快，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，循環(huán)水中經(jīng)常會(huì)有大量的廢水產(chǎn)生，其中普遍具有較高的氮含量，而這些循環(huán)水中產(chǎn)生的廢水如果排放到自然界中，會(huì)造成非常嚴(yán)重的水體污染。A/O工藝是當(dāng)前非常主流的一種廢水處理技術(shù)，對(duì)于高氮廢水來(lái)說(shuō)，有著很好的應(yīng)用效果及前景。本文便從在廢水處理過(guò)程中，對(duì)生物脫氮產(chǎn)生影響的因素為研究基點(diǎn)，分析水處理工藝的選擇與處理流程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)研究對(duì)A/O工藝的改良與優(yōu)化途徑，最后討論整個(gè)廢水處理的系統(tǒng)運(yùn)行情況以及工藝調(diào)試。

A/O工藝；高氮廢水；應(yīng)用；優(yōu)化

我國(guó)是水資源短缺國(guó)家，而且水資源污染問(wèn)題非常嚴(yán)峻，從環(huán)保部門(mén)的調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)看，高氮廢水的排放已經(jīng)成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的"元兇"，其中，氨氮為主要污染物。在這種條件下，我國(guó)除了大力推廣環(huán)保清潔的生產(chǎn)技術(shù)以外，還需要選擇一種高效、穩(wěn)定、清潔、經(jīng)濟(jì)的廢水處理工藝，以迎合我國(guó)對(duì)工業(yè)廢水的處理要求，由此，A/O工藝應(yīng)運(yùn)而生。這種技術(shù)早在上個(gè)世紀(jì)九十年代便已經(jīng)在很多發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛使用，而我國(guó)對(duì)該工藝的應(yīng)用時(shí)間較短，但在實(shí)際工程中卻得到了廣泛的應(yīng)用，有著非常廣大的應(yīng)用前景。

1 A/O工藝的脫氮原理

A/O工藝屬于單級(jí)活性污泥工藝，該工藝的主要特點(diǎn)是前置反硝化。整個(gè)脫硝系統(tǒng)中最主要包括以下三個(gè)組成部分：第一，A池，在該池中，反硝化細(xì)菌主要以碳源為基礎(chǔ)，通過(guò)反硝化作用轉(zhuǎn)化回流硝化液，從而達(dá)到將硝態(tài)氮變成氮?dú)獾哪康模坏诙?，O池，在該池中，硝化細(xì)菌主要以堿液為基礎(chǔ)，將水中的氨氮通過(guò)氧化作用轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，并將水中剩余的有機(jī)物進(jìn)行降解；第三，沉淀池，該池主要用于對(duì)處理完成之后的污水進(jìn)行沉淀[1]。在A/O工藝中，還包含污泥回流與硝化液回流系統(tǒng)，所以，需要額外向A池與O池中投入碳源與堿液。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，A/O工藝也逐漸發(fā)展除了一些優(yōu)化工藝，如多級(jí)A/O工藝、A-A/O工藝、A﹢A-A/O工藝等，這些優(yōu)化工藝相比于傳統(tǒng)工藝的操作更加簡(jiǎn)單，處理效果更好，在當(dāng)前我國(guó)很多污水處理中也都有所應(yīng)用。

2 生物脫氮的影響因素

對(duì)生物脫氮過(guò)程可能產(chǎn)生影響的因素主要包括以下幾方面：

第一，酸堿度。氨氧化菌的適宜反應(yīng)酸堿度為7.0～8.5；亞硝酸鹽氧化菌的適宜反應(yīng)酸堿度為6.0～7.5，所以，在酸堿度小于6.0，或大于8.5時(shí)，便會(huì)在很大程度上影響硝化反應(yīng)。

第二，溫度。5～35℃是硝化反應(yīng)過(guò)程中適宜的反應(yīng)溫度，溫度越高，反應(yīng)速度越快，在溫度低于5℃，或高于35℃時(shí)，硝化菌的反應(yīng)速率都會(huì)下降，甚至停止。

第三，溶解氧。硝化反應(yīng)需要建立在好氧條件下，溶解氧濃度的高低不僅會(huì)對(duì)硝化反應(yīng)的反應(yīng)速率產(chǎn)生影響，還會(huì)影響硝化反應(yīng)的代謝產(chǎn)物。一般情況下，活性污泥中的溶解氧需要控制在2-3mg/L，如果運(yùn)用生物膜法，需要大于3mg/L。

第四，碳氮比。碳氮比是對(duì)活性污泥中硝化菌比例產(chǎn)生影響的主要因素，由于硝化菌在進(jìn)行代謝的過(guò)程中無(wú)需有機(jī)質(zhì)，因此，水中BOD5的濃度越低，表示水中硝化菌的含量越高，消化反應(yīng)的效果也就越好，一般情況下，要求COD/TKN>8，且BOD5/TKN>5[2]。

第五，污泥齡。該指標(biāo)是對(duì)廢水進(jìn)行硝化管理的主要控制目標(biāo)，如果污泥齡較低，會(huì)降低硝化細(xì)菌在硝化過(guò)程中的硝化速率。

第六，循環(huán)比。循環(huán)比是運(yùn)用A/O工藝進(jìn)行廢水處理過(guò)程中非常重要的一個(gè)參數(shù)，不僅會(huì)對(duì)脫氮效果產(chǎn)生影響，還會(huì)左右系統(tǒng)的動(dòng)力消耗。如果循環(huán)比小于50%，脫氮率非常低；大于50%且小于200%，脫氮率會(huì)越來(lái)越高；大于200%，脫碳率的提升速度減緩[3]。

3 工藝選擇與處理流程

一般情況下，工業(yè)生產(chǎn)所排出的廢水中，所含有污染物濃度普遍較高，變化也相對(duì)較大。目前中小型化工廠，其所排出的廢水中所含有的污染物多達(dá)40余種，有毒有害與難以降解的污染物也有很多，屬于高氮難降解的化工廢水，因此，可以選擇水解+兩級(jí)A/O工藝對(duì)污水進(jìn)行處理。其中，水解酸化池是廢水處理的前期設(shè)備，能夠?qū)U水中的一些大分子污染物分解成為比較容易降解的物質(zhì)，不僅能夠在很大程度上提升水體的BOD5/CODcr值，還能夠提升水體的可生化性，奠定之后兩級(jí)A/O工藝的處理基礎(chǔ)[4]。通過(guò)A/O工藝對(duì)高氮廢水進(jìn)行硝化--反硝化處理，能夠?qū)U水中的氨氮有效清除。

兩級(jí)A/O工藝中主要包含兩個(gè)A/O池，兩者之間呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系，廢水在經(jīng)過(guò)格柵池以及水解酸化池等物理處理步驟之后，便進(jìn)入到兩級(jí)A/O池中，并在池中各自進(jìn)行硝化液循環(huán)反應(yīng)，然后流入到二沉池進(jìn)行沉淀，其中，污水回流過(guò)程需要以污泥井為基礎(chǔ)，通過(guò)回流泵重新流入到A/O池中。該工藝具有出水穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以，即便在水體氮含量較高的情況下，也能夠在很大程度上發(fā)揮出工藝的脫氮作用，并充分利用原水中存在的碳源，提升碳源在廢水處理過(guò)程中的利用率，優(yōu)化工藝處理效果，具有更高的經(jīng)濟(jì)性。

4 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置的組成材料為聚氯乙烯與玻璃鋼，反應(yīng)器的形狀為廊道狀，寬與深均為100cm，長(zhǎng)1750cm，容積為1750L，其中分為兩段，缺氧段為500L，好氧段為1250L。其中，缺氧段采取缺氧運(yùn)行；好氧段的底部設(shè)有曝氣軟管，通過(guò)攪拌器使固液混合物的均勻度提升，并運(yùn)用空壓機(jī)進(jìn)行曝氣。另外，二沉池的容積為250L，主要運(yùn)用的是豎流方式進(jìn)行排泥，通過(guò)潛水泵來(lái)控制系統(tǒng)進(jìn)水以及硝化液回流，通過(guò)蠕動(dòng)泵來(lái)控制回流污泥量。在污泥馴化過(guò)程中，溫度為15～26℃；污泥濃度為1500～3500mg/L；回流比為200%～300%[5]。

4.2 填料參數(shù)

兩級(jí)A/O工藝是實(shí)驗(yàn)主要的處理裝置，水解酸化池布置在該處理系統(tǒng)的前端，因此，實(shí)驗(yàn)用水可以選用水解酸化池中的水。實(shí)驗(yàn)所用的填料主要為聚烯烴，是一種立體彈性填料，有著很強(qiáng)的耐高壓性、耐腐蝕性、耐老化性以及耐熱性，不僅填充性能好，而且使用壽命較長(zhǎng)。因?yàn)樘盍显谠O(shè)計(jì)過(guò)程中選擇的是彈性絲條結(jié)構(gòu)，所以，無(wú)論脫膜，還是掛膜，都相對(duì)容易，而且沒(méi)有死角，管理比較方便。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，還需要以工程的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，有針對(duì)性的選擇組裝方式與絲條粗細(xì)度，從而滿足不同廢水對(duì)厭氧、好氧、兼氧的處理需求。

4.3 測(cè)定項(xiàng)目與處理效果

實(shí)驗(yàn)需要運(yùn)用的儀器包括COD消解器、天平、可見(jiàn)分光光度計(jì)(紫外)、PH計(jì)、溶解氧測(cè)定儀、空氣壓縮機(jī)等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)出水的水質(zhì)進(jìn)行分析，分析的項(xiàng)目有CODcr、TP、Cl-、pH值以及NH3-NTN等，所有項(xiàng)目都需要嚴(yán)格依照我國(guó)環(huán)?？偩忠?guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)與分析[6]。

工業(yè)廢水的水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)如下表1所示：

表1 實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)指標(biāo)

在運(yùn)用兩級(jí)A/O工藝對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行處理之后，得到的水質(zhì)指標(biāo)如表2。

表2 經(jīng)工藝處理后的水質(zhì)指標(biāo)

由此可見(jiàn)，兩級(jí)A/O工藝在處理高氮循環(huán)水中的廢水有明顯的效果。

4.4 污泥接種

工業(yè)廢水不僅水質(zhì)工程比較復(fù)雜，而且一些廢水還具有一定毒性，因此，污泥的馴化過(guò)程也相對(duì)較難，為了節(jié)省微生物馴化時(shí)間，實(shí)驗(yàn)直接運(yùn)用某化工廠已有的硝化污泥，以更好的適應(yīng)合成氨廢水，氨氮濃度直接運(yùn)用原水解酸化池的濃度。主要的培養(yǎng)方式為連續(xù)少量進(jìn)水，首先設(shè)定進(jìn)水量為8L/h，在水位滿足要求時(shí)開(kāi)啟曝氣系統(tǒng)，在這個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)水體中的氯離子、溶解氧、COD以及NH3-N進(jìn)行測(cè)定。如果末端反應(yīng)器中的COD與NH3-N的去除率都大于75%，那么可以適當(dāng)提高進(jìn)水流量。培養(yǎng)過(guò)程需要持續(xù)10周左右，在去除率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以后，便可以將進(jìn)水流量提升為10L/h，在保持穩(wěn)定的去除率7周以后，可以將進(jìn)水流量提升為20L/h。

5 系統(tǒng)運(yùn)行與工藝調(diào)試

以工藝流程為基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，在確保整個(gè)污水處理系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行以后，再對(duì)污泥系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。前者的調(diào)試順序?yàn)椋焊駯?-水解酸化池--泵房--A/O處理系統(tǒng)--二沉池--消毒池--在線檢測(cè)--排水；后者的調(diào)試順序?yàn)椋何勰嗑?-脫水--外運(yùn)[7]。

在進(jìn)行工藝調(diào)試的過(guò)程中，首先需要在A/O池中進(jìn)行菌種接種，運(yùn)用多點(diǎn)投放、大力沖刷的方式進(jìn)行菌種投加。先在接種池中注滿水，之后在池中投入接種污泥，之后進(jìn)行悶曝，在這個(gè)過(guò)程中，最佳的狀態(tài)為氣泡細(xì)膩、氣量適中、翻滾均勻，并定期對(duì)池中的溶解氧、COD以及pH值等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，以測(cè)定結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)堿度與甲醇進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充。在時(shí)間的作用下，池中開(kāi)始逐漸形成菌膠團(tuán)的雛形，但這時(shí)的污泥結(jié)構(gòu)還處于一個(gè)比較松散的狀態(tài)下，如果接下來(lái)出現(xiàn)了變形蟲(chóng)等游離細(xì)菌，那么說(shuō)明初期培養(yǎng)成功，在此期間，還需要測(cè)定溶解氧以及MLSS的測(cè)定，并做好記錄。

在調(diào)試初期，流量進(jìn)水可以保持在50m3/h，之后以化驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，在末端反應(yīng)池中相關(guān)污染物的去除率達(dá)到75%以上時(shí)，則可以適當(dāng)將進(jìn)水量提升20%；在提升進(jìn)水量質(zhì)量，污染物的去除率仍然可以達(dá)到75%以上時(shí)，可以將進(jìn)水量提升到設(shè)計(jì)處理量；如果進(jìn)水量提升之后的污染物去除效果不好，也可以將進(jìn)水量適當(dāng)調(diào)低，整個(gè)調(diào)試過(guò)程大約需要用時(shí)10個(gè)月[8]。污水站與實(shí)驗(yàn)裝置之間無(wú)論在啟動(dòng)方面，還是在運(yùn)行方面，都存在很大程度上的相關(guān)性，所以，實(shí)驗(yàn)設(shè)置與污水站建設(shè)之間的關(guān)系非常密切。

6 結(jié)論

綜上所述，化工工業(yè)循環(huán)水中的廢水普遍具有很高的氮含量，在排入到自然界中以后，會(huì)對(duì)自然水體產(chǎn)生非常嚴(yán)重的污染，所以，工業(yè)企業(yè)不僅需要運(yùn)用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，還需要運(yùn)用高效的污水處理工藝，而A/O工藝便是在這種條件下誕生的，隨著技術(shù)的不斷成熟，又優(yōu)化出了兩級(jí)A/O工藝、A-A/O工藝等先進(jìn)工藝，對(duì)于高氮廢水都有著非常好的處理效果，本文主要針對(duì)生物膜法的兩級(jí)A/O工藝進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明，該工藝能夠有效降低工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中廢水的氮含量。

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(本文文獻(xiàn)格式：李 紹.兩級(jí)A/O工藝在高氮循環(huán)水中的優(yōu)化研究及運(yùn)用[J].山東化工，2016，45(04)：133-134，137.)

2016-01-19

李 紹(1984—)，云南元江人，助理工程師，主要從事化工生產(chǎn)管理。

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1008-021X(2016)04-0133-02