化工園區(qū)廢水集中處理中采用生物除磷脫氮技術(shù)研究

王闊

（延長(zhǎng)石油油田氣化工科技公司，陜西延安 717114）

1 化工園區(qū)廢水集中處理中采用生物除磷脫氮技術(shù)研究

1.1 啟動(dòng)雙級(jí)SBR 廢水處理反應(yīng)器

在對(duì)化工園區(qū)的廢水進(jìn)行集中處理時(shí)，引入生物除磷托養(yǎng)技術(shù)前，首先需要對(duì)廢水集中處理裝置進(jìn)行組裝，將SBR 廢水處理反應(yīng)器作為處理裝置和核心部分，將兩個(gè)SBR 廢水處理反應(yīng)器通過(guò)串聯(lián)的形式連接，如圖1 所示。

圖1 雙級(jí)SBR 廢水處理反應(yīng)器結(jié)構(gòu)組成

圖1中兩個(gè)SBR 廢水處理反應(yīng)器均由有機(jī)玻璃材料制備而成，其高度均為48cm，內(nèi)徑約為16.2cm，底部成圓臺(tái)狀，兩個(gè)SBR 廢水處理反應(yīng)器的有效容積之和為24L。 在SBR 廢水處理反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中， 可以通過(guò)DO 傳感器對(duì)廢水集中處理過(guò)程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 并通過(guò)DO 儀對(duì)兩個(gè)反應(yīng)器當(dāng)中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[3]。 除此之外， 在進(jìn)行對(duì)化工園區(qū)的廢水集中處理時(shí)，還需要用到的儀器設(shè)備包括：pHS-465-892 型號(hào)酸度計(jì)、WTW49-16100 型號(hào)氧化還原電位測(cè)定裝置、TDA-1650 溫度控制裝置、JB48-E 型號(hào)電動(dòng)攪拌裝置、LD4-3 離心機(jī)等。

按照上述圖1 所示的結(jié)構(gòu)，對(duì)反應(yīng)池區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此過(guò)程中，使用雙極SBR 工藝，對(duì)廢水進(jìn)行集中處理。 處理的核心是將水體中呈現(xiàn)異氧特性的聚磷菌，與呈現(xiàn)自養(yǎng)特性的硝化菌進(jìn)行分別控制。 結(jié)合菌群的生長(zhǎng)規(guī)律，在啟動(dòng)反應(yīng)裝置與結(jié)構(gòu)時(shí)，需要同時(shí)啟動(dòng)雙級(jí)SBR，在反應(yīng)處理過(guò)程中，SBRI 的目的是通過(guò)控制裝置高速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)其中生命力較差的生命體進(jìn)行淘汰處理，因此，可選擇POAs 作為反應(yīng)器中的優(yōu)勢(shì)菌群，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中有機(jī)物質(zhì)的祛除。 具體步驟如下：將收集的化工園區(qū)廢水作為原水（控制水體質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6～12mg/L 范圍內(nèi)），設(shè)置前端的進(jìn)水容量為單位時(shí)間內(nèi)2～3L，調(diào)試反應(yīng)器的沖水比例為1.0（即進(jìn)入10L，出水10L），按照一定比例將瞬時(shí)進(jìn)水進(jìn)行排泥處理，并及時(shí)調(diào)試機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的攪拌時(shí)間與曝氣時(shí)間，確保1d 運(yùn)轉(zhuǎn)2～3 次。此時(shí)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)與出水水質(zhì)的檢測(cè)，便可以掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。 待其運(yùn)行趨近于穩(wěn)定后，即可認(rèn)為完成對(duì)廢水反映處理器的啟動(dòng)操作。

1.2 基于生物技術(shù)的厭氧釋磷運(yùn)行參數(shù)控制

在明確生物除磷脫氮技術(shù)的運(yùn)行機(jī)理后，在各個(gè)階段都需要對(duì)厭氧釋磷運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制。運(yùn)行階段共分為：厭氧階段、好氧階段、除磷階段。 首先，在厭氧階段中，利用生物技術(shù)分解存儲(chǔ)在細(xì)胞內(nèi)部的聚磷酸鹽，以此獲取到所需的能量物質(zhì)， 并將水當(dāng)中帶有揮發(fā)性的脂肪酸吸收，通過(guò)生物細(xì)胞內(nèi)合成聚-β-羥基丁酸鹽， 并在好氧階段完成對(duì)碳能源的存儲(chǔ)[1]。 其次，在好氧階段，利用生物技術(shù)通過(guò)氧化的生物細(xì)胞內(nèi)部聚-β-羥基丁酸鹽獲取到能量可以為生物細(xì)胞自身的增殖和超量攝取水提供溶解性的磷酸鹽，并將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為聚磷酸鹽， 將其存儲(chǔ)在生物細(xì)胞當(dāng)中。 最后，在除磷階段，通過(guò)上一階段產(chǎn)生的剩余富磷污泥，將磷元素從整個(gè)廢水處理體系結(jié)構(gòu)當(dāng)中去除[2]。

廢水中磷的存在形態(tài)取決于廢水的類(lèi)型，生物處理化工廢水中90%左右的磷以磷酸鹽的形式存在。 在使用活性污泥法中，磷作為微生物正常生長(zhǎng)所必需的元素用于微生物菌體的合成。 同時(shí)以生物污泥的形式排出，從而將磷去除，除磷效果可達(dá)到10%～30%，在特殊情況下，微生物吸收磷含量超過(guò)了微生物正常生長(zhǎng)所需要磷量，這就是活性污泥的生物超量除磷現(xiàn)象，化工廢水生物除磷技術(shù)正是利用生物超量除磷原理而發(fā)展起來(lái)的。

由于利用生物除磷脫氮技術(shù)對(duì)磷元素進(jìn)行吸收式，其能量主要來(lái)自于好氧降解生物細(xì)胞當(dāng)中的有機(jī)物，并且好氧降解過(guò)程中活性污泥當(dāng)中的生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與DO 之間存在一定比例關(guān)系。 因此，進(jìn)一步推斷得出，在厭氧釋磷運(yùn)行過(guò)程中， 控制參數(shù)主要為DO 和生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[3]。 根據(jù)實(shí)際化工園區(qū)廢水中主成分以及集中處理的需要，在進(jìn)行厭氧釋磷運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5.45 ～7.25mg/L 范圍以?xún)?nèi)。 對(duì)于DO 參數(shù)的控制，在進(jìn)入到好氧階段時(shí)，首先控制DO 以不超過(guò)0.25mg/L 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在平臺(tái)當(dāng)中出現(xiàn)， 并在平臺(tái)上持續(xù)時(shí)間約25～45min； 其次， 再將DO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)快速提升到5mg/L， 并在這一階段控制DO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升速度逐漸減緩；最后，在平臺(tái)上各個(gè)參數(shù)的變化曲線(xiàn)均隨著DO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的快速上升而逐漸變緩后，停止增加DO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，完成對(duì)DO 參數(shù)的控制。

1.3 廢水除磷脫氮凈化處理

明確在生物除磷脫氮技術(shù)的應(yīng)用后，厭氧釋磷運(yùn)行參數(shù)控制的時(shí)段，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)廢水的除磷處理，并同步完成脫氮。 在除磷的過(guò)程中， 除磷形式主要取決于化工園區(qū)廢水的類(lèi)型，通?？蛇x用磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷三種不同試劑實(shí)現(xiàn)除磷效果[4]。 在現(xiàn)有廢水集中處理體系的基礎(chǔ)上， 將磷元素作為微生物正常生長(zhǎng)過(guò)程中，微生物菌體合成所需的必要元素，并以剩余廢水的形式排除，從而得到除磷的效果。 引入生物技術(shù)后，當(dāng)微生物生長(zhǎng)時(shí)，富含活性的廢水中磷的含量通常為干重1.25%～2.24%， 通常剩余部分活性廢水當(dāng)中排放的磷約為12.3%～28.3%。 但在化工園區(qū)廢水集中處理的過(guò)程中，若出現(xiàn)活性廢水的生物超量， 則廢水當(dāng)中磷的去除率會(huì)更高[5]?；谶@一原理， 在進(jìn)行廢水集中處理的過(guò)程中，引入生物技術(shù)向廢水當(dāng)中人工添加微生物菌體，利用微生物菌體的生長(zhǎng)作用，促進(jìn)磷的去除。

在好氧階段，完成對(duì)廢水的脫氮處理。 在化工園區(qū)的廢水當(dāng)中氮主要以有機(jī)氮化合物和氨氮兩種形式存在。 在傳統(tǒng)氨化、硝化和反硝化的基礎(chǔ)上， 引入生物技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行脫氮凈化處理。 在廢水處理中，將亞硝化和硝化反應(yīng)合并，消耗堿度[6]。 由于硝酸菌的世代期較長(zhǎng)，封閉期內(nèi)生長(zhǎng)速度較慢，而亞硝酸菌的世代期端生長(zhǎng)速度較快， 因此選用亞硝酸菌作為脫氮的生物群落，對(duì)化工園區(qū)廢水進(jìn)行脫氮處理。 將上述兩個(gè)環(huán)節(jié)融合在SBR 廢水處理反應(yīng)器的兩級(jí)，確保二者同時(shí)完成對(duì)廢水的除磷和脫氮， 并在完成相應(yīng)處理后，將兩級(jí)容器當(dāng)中的廢水轉(zhuǎn)換，再次完成相同操作，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的集中處理，確保除磷和脫氮同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到凈化廢水的目的。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

本文選擇以某化工園區(qū)的廢水作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以該化工園區(qū)的真實(shí)環(huán)境作為依托，按照本文上述操作步驟， 將水生物除磷脫氮技術(shù)應(yīng)用到該化工園區(qū)當(dāng)中，并完成對(duì)其廢水的集中處理。已知該化工園區(qū)當(dāng)中的廢水成分主要包括（NH4）2SO4、KH2PO4和Na2CO3，上述三種成分對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1g/L、0.03～0.055 mg/L 和0.055～0.12 mg/L。在處理過(guò)程中，始終保持進(jìn)入到雙級(jí)SBR 廢水處理反應(yīng)器當(dāng)中的廢水流速為500mL/min， 觀察100min 后，即50000mL 廢水完成處理后，總磷去除率和總氮去除率?？偭兹コ?（廢水中含磷總量-處理后廢水中剩余含磷量）/廢水中含磷總量×100%； 總氮去除率=（廢水中含氮總量-處理后廢水中剩余含氮量）/廢水中含氮總量×100%。將處理過(guò)程中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，如表1 所示。

表1 基于生物除磷脫氮技術(shù)廢水集中處理效果記錄表

從表1 中記錄內(nèi)容可以看出：在100min 廢水處理時(shí)間當(dāng)中，生物除磷脫氮技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)總磷去除率高達(dá)96.5%～98.2%， 而總氮去除率高達(dá)97.2%～99.4%， 均滿(mǎn)足化工園區(qū)廢水集中處理提出的總磷去除率和總氮去除率達(dá)到95%以上的凈化處理要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的二次利用和合理排放。 同時(shí)，在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著化工園區(qū)廢水當(dāng)中的污泥磷負(fù)荷的不斷增加，總磷的去除率會(huì)受到一定影響。 而當(dāng)廢水當(dāng)中含有硝酸鹽時(shí)，則對(duì)于生物除磷脫氮技術(shù)而言其除磷效果被抑制，使得回流廢水當(dāng)中含有大量的硝酸鹽成分，使得放磷量和吸磷量都得到一定減少，進(jìn)一步造成總磷去除率下降。 在發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題時(shí)，通過(guò)及時(shí)調(diào)整生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和DO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制參數(shù)，有效解決了上述問(wèn)題，并提高了廢水集中處理中總磷去除率，達(dá)到良好的處理效果。 綜合上述應(yīng)用結(jié)果表明，在對(duì)化工園區(qū)廢水集中處理時(shí)，通過(guò)引入生物除磷脫氮技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更加良好的處理效果，可將該技術(shù)作為化工園區(qū)廢水集中處理工藝進(jìn)行推廣。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有廢水處理技術(shù)存在總除磷率和總除氮率低，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)磷元素和氮元素同時(shí)處理的問(wèn)題，引入生物除磷脫氮技術(shù)，并對(duì)其具體實(shí)施過(guò)程中的各項(xiàng)操作內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 通過(guò)本文研究得出，在化工園區(qū)廢水集中處理時(shí)，引入生物除磷脫氮技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化，使其達(dá)到可排放的標(biāo)準(zhǔn)，降低了廢水對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的威脅， 實(shí)現(xiàn)化工園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。 但由于研究能力有限，在進(jìn)行厭氧釋磷運(yùn)行參數(shù)控制時(shí)， 無(wú)法針對(duì)三個(gè)階段的界限明確劃分， 因此在實(shí)際應(yīng)用中可能存在參數(shù)控制不及時(shí)的問(wèn)題，對(duì)處理效果造成一定影響。 針對(duì)這一問(wèn)題， 為提高生物除磷脫氮技術(shù)在化工園區(qū)廢水集中處理中的實(shí)用性， 還將對(duì)其進(jìn)行更加深入研究。