化工污水處理中脫氮工藝的應(yīng)用研究

摘要：在化工污水的處理過程中，脫氮工藝是重要環(huán)節(jié)，其不僅能防止水體富營養(yǎng)化，還有利于維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的氮平衡。目前廣泛采用的脫氮工藝是傳統(tǒng)的好氧自養(yǎng)菌和厭氧異養(yǎng)菌共同作用去除污水中含氮化合物的A/O脫氮工藝。概述了這種傳統(tǒng)工藝應(yīng)用時(shí)的技術(shù)要點(diǎn)與不足，提出了優(yōu)化改進(jìn)方案，并介紹了近年來新興的硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝和大孔樹脂吸附工藝等3類新型化工污水脫氮工藝。

關(guān)鍵詞：化工污水；污水處理；脫氮工藝

1化工污水的特點(diǎn)

化工污水的成分復(fù)雜，包括化工生產(chǎn)過程中所用到的各種有機(jī)溶劑和有機(jī)產(chǎn)物、鹽類、酸類、堿類等無機(jī)物，以及一些難以降解的重金屬，對(duì)環(huán)境的危害性大。而污水中復(fù)雜的污染物組成則使化工污水需要經(jīng)過多個(gè)步驟來逐步完成污水的凈化處理，這也體現(xiàn)了化工污水處理過程復(fù)雜的特點(diǎn)。

2脫氮工藝在化工污水處理中的作用

脫氮工藝在化工污水處理中的應(yīng)用，能夠高效去除污水中含有的氮化合物，減少水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，并能夠?qū)⒒の鬯械牡趸餁怏w釋放到大氣環(huán)境中，使化工生產(chǎn)中冗余的氮元素重新進(jìn)入物質(zhì)循環(huán)［1］。

3傳統(tǒng)脫氮工藝在化工污水處理中的應(yīng)用

A/O脫氮工藝的主要工作原理在于體系能夠利用體系內(nèi)微生物的代謝循環(huán)逐漸將污水中的氨態(tài)氮、有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無害或少害的氮?dú)夂偷趸餁怏w。其工藝流程如圖1所示：圖1A/O脫氮工藝流程

3.1A/O脫氮工藝技術(shù)要點(diǎn)

A/O脫氮工藝主要分為A段、O段和回流機(jī)制3部分。A段是厭氧段，該段主要是令進(jìn)入?yún)捬醭氐奈鬯谌毖鯒l件下，通過異養(yǎng)菌的同化作用將大分子氮有機(jī)物分解為小分子。O段是好氧段，在好氧池充足的供氧條件下，池中的自養(yǎng)菌通過硝化作用將溶解在污水中的氨氮氧化為硝酸鹽離子。而O段之后的回流機(jī)制是為了維持化工污水處理過程中碳、氮、氧3種元素的循環(huán)。

在技術(shù)應(yīng)用過程中，溶解氧濃度（DO）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、回流比與碳氮比、2個(gè)反應(yīng)池中的溫度與pH等參數(shù)的控制，直接決定了脫氮工藝的脫氮效率和效果［2］。需要向好氧池中通入氧氣，來控制溶解氧質(zhì)量濃度維持在2～4 mg/L。若DO值過高，則需對(duì)好氧池進(jìn)行加壓輸氧。而若DO值過低，好氧池中的好氧自養(yǎng)菌難以從環(huán)境中獲取其生長發(fā)育所需的氧氣。

混合液懸浮固體濃度是指化工污水進(jìn)入曝氣池中進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，所得的混合液每升所含有的活性固體污泥的質(zhì)量濃度。在A/O脫氮工藝的實(shí)際應(yīng)用中，MLSS值通常要大于3 000 mg/L。通過提升MLSS值來增加化工污水中初始含有的好氧自養(yǎng)菌的生物量，能夠使化工污水中所含的好氧自養(yǎng)菌迅速在優(yōu)勢(shì)條件下擴(kuò)大種群。

回流比是指A/O脫氮工藝應(yīng)用時(shí)，從好氧池回流到厭氧池的硝化液量與進(jìn)入好氧池的污水量之間的比值。如果這一比值過低，說明已經(jīng)大量生成的硝酸鹽離子仍在好氧池內(nèi)積累，而未能通過后續(xù)流程去除。然而，如果大量經(jīng)過好氧池處理的硝化液一次性回流到厭氧池中，則可能由于厭氧池中碳源的大量消耗，而打破體系中碳氮循環(huán)平衡，從而使化工污水的脫氮效率下降。

為了使厭氧池和好氧池內(nèi)的反應(yīng)高效完成，就需通過池內(nèi)溫度和pH控制保障反應(yīng)體系內(nèi)的微生物活性。發(fā)生在好氧池內(nèi)的硝化反應(yīng)的最適溫度約為20～30 ℃，而發(fā)生在厭氧池內(nèi)的反硝化反應(yīng)的最適溫度約為20～40 ℃［3］。在化工污水的硝化過程中，體系溶液的pH將下降。因此需要人工調(diào)節(jié)體系內(nèi)溶液的pH，以便于其中的微生物能夠高活性生長繁殖。

3.2A/O脫氮工藝的不足

在A/O脫氮體系中，只有維持體系的生物活性，使其在反應(yīng)體系中穩(wěn)定繁殖擴(kuò)大種群規(guī)模，才能夠?qū)崿F(xiàn)化工污水的高效脫氮處理。這就意味著需要將工藝參數(shù)的變化精準(zhǔn)控制在參與反應(yīng)菌種的最適范圍，這對(duì)技術(shù)應(yīng)用人員的專業(yè)技能提出了更高要求。

在處理高濃度氨氮廢水的過程中，由于生物脫氮過程受到微生物本身復(fù)雜代謝反應(yīng)的干擾，很難只經(jīng)過一個(gè)流程的反應(yīng)就近乎完全地去除化工污水中的有機(jī)氮，往往還需進(jìn)行多次流程重復(fù)才能夠提升其脫氮率。

3.3A/O脫氮工藝的優(yōu)化改造方法

填料強(qiáng)化和生物膜技術(shù)是近年來A/O脫氮工藝較熱門的兩種優(yōu)化改造方法。通過向好氧區(qū)、厭氧區(qū)投加懸浮填料，能夠通過增加體系內(nèi)微生物的附著面積促進(jìn)其生長繁殖，增加反應(yīng)體系中的生物量。

為了緩解碳源對(duì)A/O脫氮工藝脫氮效率的限制，可采用多點(diǎn)進(jìn)水的方式將化工污水引入A/O脫氮工藝的反應(yīng)池中。這種進(jìn)水方式本質(zhì)上是一種分階段的進(jìn)水方式，每個(gè)階段針對(duì)不同的污染物進(jìn)行專門處理。預(yù)處理段主要去除大顆粒物質(zhì)，生化處理段處理有機(jī)物質(zhì)和氨氮。在此基礎(chǔ)上，多點(diǎn)進(jìn)水在每個(gè)進(jìn)水口都能為化工污水注入新的碳源。隨著污水的多點(diǎn)加入，厭氧處理系統(tǒng)中的微生物能夠持續(xù)獲得反應(yīng)所需的碳源。

4新型脫氮工藝在化工污水處理中的應(yīng)用

4.1硝化反硝化工藝

硝化反硝化工藝分為硝化工藝和反硝化工藝2部分。在實(shí)際應(yīng)用中將這2部分的反應(yīng)系統(tǒng)隔離開，或是在同一反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行2個(gè)工藝環(huán)節(jié)，通過控制條件來交替進(jìn)行硝化和反硝化。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的A/O脫氮工藝相比更加精密。

工藝應(yīng)用中，預(yù)處理后的污水進(jìn)入曝氣池，曝氣裝置在一定壓力參數(shù)下將空氣吹入污水中以控制其溶解氧含量。其后的硝化階段中，硝化細(xì)菌與污水充分接觸，利用其中溶解的氨氮進(jìn)行氧化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。接下來，改變反應(yīng)體系的反應(yīng)條件，將經(jīng)過硝化處理的污水引入到反硝化系統(tǒng)中。在缺氧條件下，反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氮?dú)馊コ?/p>

4.2厭氧氨氧化工藝

厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下，以氨為電子供體、以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化成氮?dú)獾囊环N新型化工污水脫氮工藝。工藝主要依賴于厭氧氨氧化菌完成，這種厭氧菌能夠利用化工污水中的無機(jī)碳作為電子供體，而無需在反應(yīng)體系中額外追加有機(jī)碳源。與傳統(tǒng)的A/O脫氮工藝相比，這有利于打破碳源含量對(duì)化工污水處理效率的限制。

工藝應(yīng)用時(shí)，經(jīng)過預(yù)處理的化工污水進(jìn)入富含厭氧氨氧化菌的厭氧反應(yīng)體系。在厭氧條件下，氨氮與亞硝酸鹽或硝酸鹽以厭氧氨氧化菌的生理生化活動(dòng)為中心反應(yīng)生成氮?dú)?。生成的氮?dú)馔ㄟ^氣體分離系統(tǒng)從反應(yīng)液中分離出來排放到大氣中。

4.3大孔樹脂吸附工藝

大孔樹脂吸附工藝通常選用具有較大孔徑和比表面積的大孔樹脂，能夠有效地吸附污水中的含氮有機(jī)物。與傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)相比，大孔樹脂在吸附工藝流程中不涉及對(duì)微生物的培養(yǎng)，因此對(duì)工藝應(yīng)用的體系條件和控制精度要求較低。

在工藝應(yīng)用中，經(jīng)過預(yù)處理的化工污水通過裝有大孔樹脂的吸附柱，化工污水中的各類氮化合物就被吸附到大孔樹脂的表面孔或內(nèi)部孔隙內(nèi)。通過多次吸附后，污水中的氮含量就能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)樹脂吸附飽和后，使用適當(dāng)?shù)慕馕鼊┦箻渲l(fā)生解吸，樹脂可以恢復(fù)吸附能力再生利用。

5結(jié)語

目前，操作相對(duì)簡便、前期投入較少的A/O脫氮工藝應(yīng)用廣泛。然而，仍存在著微生物生長繁殖維護(hù)困難、脫氮過程受碳源限制而無法進(jìn)行高濃度氮含量化工污水處理等不足。應(yīng)用這一工藝的化工污水處理企業(yè)可選擇采用多點(diǎn)進(jìn)水、增強(qiáng)填料或使用生物膜技術(shù)等方式對(duì)A/O脫氮工藝進(jìn)行優(yōu)化改造，或選用新興的硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、大孔樹脂吸附工藝等新型脫氮工藝與A/O脫氮工藝復(fù)合完成化工污水脫氮處理。

參考文獻(xiàn)：

［1］張勛.化工污水的危害及綜合處理技術(shù)［J］.皮革制作與環(huán)?？萍?，2022，3（9）：29-31.

［2］李文森，卓文靜，劉慶米.試論脫氮工藝在化工污水處理中的應(yīng)用［J］.華東紙業(yè)，2024，54（2）：1-3.

［3］劉花敏，張鵬，馬凱強(qiáng).脫氮工藝在化工污水處理中的運(yùn)用思考［J］.皮革制作與環(huán)?？萍?，2022，3（17）：19-21.

作者簡介：劉巖巖，男，山東滕州人，工程師，本科，研究方向：化工工程。