工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率提升策略探析

摘要：本文首先對(duì)生物脫氮基本原理加以分析，其次對(duì)污水處理廠常見脫氮工藝加以闡述，最后對(duì)提高生物脫氮效率方式展開探討，望借此為提高污水處理廠生物脫氮效率提供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè);污水處理廠;生物脫氮效率

Abstract：This article first analyzes the basic principles of biological denitrification，secondly describes common denitrification processes in sewage treatment plants，and finally explores ways to improve biological denitrification efficiency，hoping to provide a reference for improving biological denitrification efficiency of sewage treatment plants .

Key words：Industry;Sewage treatment plant;Biological nitrogen removal efficiency

污水處理工藝中脫氮技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展歷史可追溯至20世紀(jì)，并在工程實(shí)踐中得以廣泛應(yīng)用。此外，污水處理進(jìn)程中，水質(zhì)中氮的含量為衡量水質(zhì)的一線重要指標(biāo)，因此脫氮工藝成為污水處理的重要環(huán)節(jié)。一旦排入江河湖海等水體中的水質(zhì)含氮量較高，將會(huì)導(dǎo)致水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境及人體健康，因此，在污水處理過程中須注重生物脫氮效率的提升。

1 生物脫氮基本原理

傳統(tǒng)生物脫氮理論中，生物脫氮過程通常分為反硝化階段、硝化階段、氨化階段三個(gè)階段，其中氨化階段即指借助異養(yǎng)型微生物、好氧型生物的應(yīng)用，分解并氧化污水中的含氮有機(jī)物，生成氨氮;硝化階段即指借助硝化菌的應(yīng)用同氨氮產(chǎn)生硝化反應(yīng)，生成NO3-及NO2-。反硝化階段即指借助反硝化菌同NO3-及NO2-產(chǎn)生反硝化反應(yīng)，生成N2。生物脫氮工藝流程主要可分為氧化溝工藝、兩級(jí)活性污泥法脫氮工藝、傳統(tǒng)脫氮工藝等。其中所涉及化學(xué)反應(yīng)主要如下：

一為硝化反應(yīng)。主要由硝化、亞硝化兩步驟展開，反應(yīng)活動(dòng)分別選用自養(yǎng)型硝酸鹽細(xì)菌、自養(yǎng)型亞硝酸鹽細(xì)菌兩種不同硝化菌完成反應(yīng)。所選用硝化菌對(duì)環(huán)境較為敏感，因此，在反應(yīng)過程中反應(yīng)環(huán)境須滿足以下條件：①好氧條件，即DO≥1mg/l，同時(shí)還應(yīng)維持一定堿度，并保持適宜的pH值，pH數(shù)值以8.0-8.4間為宜;②反應(yīng)環(huán)境溫度應(yīng)適當(dāng)，以20-30℃為宜，若環(huán)境溫度不足15℃，硝化反應(yīng)速度將會(huì)受影響而降低，硝化反應(yīng)在溫度不足5℃的環(huán)境下將會(huì)停止反應(yīng);③水中所浸入有機(jī)物濃度應(yīng)適中;④硝化菌于反應(yīng)器中所擱置時(shí)間即污泥齡不可低于最小世代時(shí)間，通常為3d-10d。

二為反硝化反應(yīng)。NO3--N及NO2--N中的N存在兩種反應(yīng)方式：一為可與同化反硝化反應(yīng)生成有機(jī)氮化物，為菌體最終構(gòu)成部分，二為可與異化反硝化反應(yīng)生成有機(jī)氮?dú)?。為達(dá)成上述反應(yīng)均需滿足以下幾點(diǎn)要求：①碳源。外加碳源、污水中有機(jī)物為污水中碳源的主要來源，若污水中C/N值超出3-5，則表明碳源充足，不需再加碳源，若碳源不足，需借助外加甲醇，補(bǔ)充碳源。②pH值。為保證反應(yīng)生成，需保證適宜pH值，pH值以6.5-7.5為宜，若pH值<6或>8，均會(huì)對(duì)反硝酸反應(yīng)效率造成影響。③溶解氧。缺氧環(huán)境下，反硝化菌將會(huì)生成反硝化反應(yīng)，故需將溶解氧控制于0.5mg/l范圍內(nèi)。④溫度。此反應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度提出較高要求，溫度應(yīng)以20-40℃為宜，若溫度不足15℃將會(huì)大幅降低反應(yīng)效率。

2 污水處理廠常見脫氮工藝

遵循污水處理廠水質(zhì)要求下對(duì)我國(guó)較為成熟的幾種脫氮工藝如MBR、A2/O、曝氣生物濾池等加以比對(duì)，望借此為污水處理廠提升脫氮效率提供一定參考。

以工藝原理層面分析，A2/O工藝為在不同微生物硝化、反硝化及好氧氧化等作用下去除污水中的氨氮、有機(jī)物、總氮，并以二沉池完成水、泥的分離;曝氣生物濾池工藝即指借助不同微生物在濾池表層生物膜中所產(chǎn)生的硝化、反硝化、好氧氧化等反應(yīng)，完成污水中總氮、有機(jī)物、氨氮的去除，再借助過濾反應(yīng)，對(duì)出水質(zhì)量加以保障。MBR工藝即為利用好氧、厭氧、缺氧段微生物的反硝化、氧化及硝化反應(yīng)將污水中的氨氮、總氮、有機(jī)物予以去除，利用膜完成泥水分離。

以工藝特征層面分析，A2/O工藝以懸浮型活性污泥法為主，具備工藝流程簡(jiǎn)潔及水頭損失小等特征，且運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)較為成熟，在出水方面具備較高可靠性，運(yùn)行模式調(diào)整便捷，可對(duì)不同工況所提出要求加以滿足。曝氣生物濾池工藝則以附著型生物膜法為主，具備基建投資少及占地面積較小等特點(diǎn)，但此工藝不足之處在于對(duì)自控要求較高，所產(chǎn)生污泥量大及對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高等。MBR工藝所采用方法為膜技術(shù)、A2/O懸浮活性污泥法二者的結(jié)合，具備占地面積較小、出水質(zhì)量高及抗沖擊負(fù)荷低等特點(diǎn)，但此工藝不足之處在于對(duì)水質(zhì)要求較高且設(shè)備投資大。

以外界條件適應(yīng)性而言，A2/O工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定，并可良好適應(yīng)外部條件。MBR工藝出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，對(duì)外界條件也可良好適應(yīng)，而曝氣生物濾池工藝出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，具備強(qiáng)外界適應(yīng)能力。

從運(yùn)行管理方面分析，A2/O工藝流程簡(jiǎn)潔，在運(yùn)行管理方面也具備較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，在運(yùn)行過程中無須配置大量設(shè)備便可完成。MBR工藝具備較高的自控要求且構(gòu)筑物較少。曝氣生物濾池工藝有著濾池環(huán)境差、流程繁瑣、設(shè)備多及管理困難等不足。

3 提高生物脫氮效率方式

3.1 厭氧氨氧化

厭氧環(huán)境下，NH4+-N、NO2--N分別作為電子供體、電子受體，可生成氮?dú)?，此即為厭氧氨氧化，主要涉及亞硝化反?yīng)、厭氧氨氧化兩個(gè)過程，亞硝化細(xì)菌可在氧氣充足條件下實(shí)現(xiàn)NH4+-N向NO2--N的轉(zhuǎn)變，缺氧條件下，NO2--N則可成為電子受體，實(shí)現(xiàn)NH4+-N向氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化。此方式所具備優(yōu)勢(shì)如下：一為無須外加碳源，以NH4+-N為電子供體，可實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的大幅節(jié)約;二為降低能耗，若不考慮細(xì)胞合成因素，則可至少降低62.5%的能耗。厭氧氨氧化反應(yīng)中每氧化1molNH4+-N僅需0.75mol即可，而在硝化反應(yīng)中最低耗氧量為2mol;三為中和試劑使用量較少，通常情況下，生物產(chǎn)堿量在厭氧氨氧化反應(yīng)中多為0，同時(shí)產(chǎn)酸量也會(huì)隨之降低。

3.2 短程硝化反硝化

傳統(tǒng)生物脫氮理論指出，污水處理中借助亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌的應(yīng)用，可將水中含有的NH4+-N氧化生成NO3--N，而借助反硝化細(xì)菌作用則可生成氮?dú)狻Ｔ谖鬯幚磉^程中，為推動(dòng)脫氮效率的提升，可在NO2--N階段便完成硝化反應(yīng)，至NO2--N成為最終電子受體為止，同時(shí)，有機(jī)物則可成為電子供體，完成反硝化。由此可見，嚴(yán)格控制反應(yīng)環(huán)境條件即為實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化重要步驟，通過此步驟還可累積大量NO2--N。此方式所具備優(yōu)勢(shì)如下：一為耗能低，借助縮短硝化過程的方式，可將曝氣供氧量至少降低25%;二為低碳源消耗，反硝化過程中所應(yīng)用的有機(jī)碳源消耗量同傳統(tǒng)方式相比至少降低40%;三為反應(yīng)時(shí)間較短，且借助反硝化過程還可減少反應(yīng)器容積，至少可節(jié)約30%～40%;四為反硝化效率高，同NO3--N氧化效率相比，可提升63%;五為污泥產(chǎn)率低，以硝化過程為例，硝化過程產(chǎn)泥量至少減少33%～35%，而在反硝化過程中可至少可降低55%的產(chǎn)泥量。

4 結(jié)束語

綜上所述，伴隨水資源緊缺現(xiàn)象的日漸加劇，提高污水處理水平，保障出水水質(zhì)以及提升水資源利用率尤為必要。其中脫氮工藝為保障污水處理質(zhì)量的重要內(nèi)容，因此，本文圍繞工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率提升策略展開研究，對(duì)厭氧氨氧化、短程硝化反硝化兩種提高生物脫氮效率方式的優(yōu)勢(shì)加以闡述，望借此可切實(shí)推動(dòng)工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊素欽.工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率提升策略研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2019，9（07）：47-48.

[2]張新婷，萬軍.強(qiáng)化生物脫氮的生活污水處理廠改造工藝研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（04）：3+7.

[3]姜均達(dá)，吳勇遠(yuǎn).城市污水處理廠生物脫氮除磷工藝的選擇分析[J].綠色環(huán)保建材，2017（01）：155-156.

[4]石曉川.強(qiáng)化生物脫氮工藝在污水處理廠升級(jí)改造中的應(yīng)用[J].天津建設(shè)科技，2016，21（06）：48-49.

[5]張謙朋，張永忠，劉蓮芬，等.城市污水處理中提高生物脫氮效率的研究[J].環(huán)境污染與防治，2016（03）：122-123.

收稿日期：2020-06-13

作者簡(jiǎn)介：馬玉成（1987-），男，漢族，本科學(xué)歷，環(huán)境保護(hù)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)保工藝設(shè)計(jì)、環(huán)保企業(yè)管理、工程管理。