生物脱氮技术在氨氮废水处理装置的应用

姚延龙

中国石油乌鲁木齐石化公司化肥厂总值班室新疆乌鲁木齐830019

摘要：介绍乌鲁木齐石化化肥厂氨氮废水装置及工艺原理，讲述了实际运行效果和运行难点。

关键词：氨氮废水；生物脱氮；废水处理装置

一、氨氮废水概述

化肥厂目前包括一化肥、二化肥两套生产装置，目前二化肥装置停工，排水系统分为生活污水及工业排水系统。其中工业排水排放量约为30-100m3/h，约占化肥厂污水排放总量的90%左右。一化氨氮、03高氯离子污水需要氨氮废水装置处理合格以后再排放。氨氮废水处理装置2008年建成，投入运行。该装置位于化肥厂东北角，原雨水调节池位置，占地面积为2290平方米。由废水调节池、生化反应池、综合机房、加药间、泵房等组成，主要设备有：排污泵、提升泵、碟式射流曝气器、射流循环泵、滗水器、碱液投加系统、甲醇投加系统、磷盐投加系统、在线监控仪表、鼓风机等。

氨氮废水装置是通过微生物技术将工业废水中的氨氮含量降低，达到国家《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458-2013）。

二、工艺原理

（一）工艺原理

生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，通过人工控制，首先在好氧条件下通过硝化菌将废水中的氨氮转化为硝酸氮（NOX－N），然后在缺氧条件下，通过反硝化菌，利用外界碳源将硝酸氮还原为氮气的方法。由两类自养细菌参与，亚硝化单细胞细菌首先将氨氮（NH3-N）氧化成亚硝酸盐（NO-2-N），硝化杆菌再将NO-2-N氧化成稳定状态的硝酸盐（NO-3-N），后者反应较快，一般不会造成NO-2-N的积累。在实践中可简单地解释为硝化作用是硝化细菌将NO-2-N氧化成NO-3-N的过程。总反应式如下：

NH+4+2O2——NO-3+2H++H2O

式中的NH+4系因为NH3在污水中95%以上以NH+4形式存在。亚硝化菌和硝化菌都是化能自养菌，能利用氧化过程产生的能量，使CO2合成为细胞有机质，这一过程需要大量的氧。废水调节池兼具水量调节、水质均化的功能，调节池中设置废水提升泵，废水由废水提升泵送至生化反应池。

生化反应池为2个，交替运行，对于单个池：每周期6小时，每周期进水时间3小时。调节池废水泵为连续进水，由生化池进水管上设置的电动阀切换按程序进入不同的生化池。废水进入生化池进行生化处理时，为提高氨氮的去除效率、降低动力消耗，我们将生化阶段分割成多个工艺串联的时段，经多次硝化与反硝化反应确保废水中的氨氮达标排放。在缺氧阶段，为提高反应效果和速度，添加一定量的甲醇。经生化池处理的出水即可达标排放。

（二）间歇式活性污泥法（SBR）

SBR（SequencingBatchReactor）即为序批式活性污泥法的简称。SBR实际上是出现最早的活性污泥法，早期局限于实验研究阶段，但到近十年来，由于自动控制、生物选择器、机械制造方面的技术突破才使得这一工艺真正应用于实践。传统的SBR工艺运行模式，其反应是在同一容器中进行，其操作有进水、曝气反应、沉淀、排出和闲置5个基本过程，从进水至闲置的工作时间为一个周期。在一个周期内的5个过程都在一个反应池内按程序完成，它在进水时形成厌氧、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱N除P过程，然后沉淀，再通过撇水器出水，完成一个程序。整个处理系统可以通过二个或二个以上的反应池进行组合交替完成。但这种方法总容积利用率低，一般小于50%，因此使用于较小污水量场合。

三、运行难点

（一）菌种的选择与投加

1.SBR池中注无污染水至1/2液位，测定pH值，确认pH在6～9，如超出该范围则需要加自来水调整水质pH在6～9范围内。

2.接种污泥的选择与投加：

（1）同类废水处理站的污泥，该污泥效果最佳、培养驯化速度最快。

（2）城市污水处理厂的活性污泥。

（3）从自然环境中选取，如经网格过滤后的河床淤泥。

（4）在投加接种泥的同时，可选取生物酶干菌种（按池容0.1％）。

（5）投入量：把河床淤泥或同类型的活性污泥以及生物酶干菌种投入到SBR池中。投加量混合液悬浮固体浓度（MLSS）在为1500～2000mg/L左右，并根据接种泥浓度计算接种泥投加量。

（6）投入的时期：应在投入营养源之前将接种泥投入。

3.活性污泥的培养驯化：

（1）在污泥培养前，再次确认SBR反应池各设备能够按设定程序投入自动运行。

（2）活性污泥的培养：

向SBR池内投加一定数量的活性污泥菌种，使活性污泥浓度达到1500～2000mg/L，根据处理情况逐渐加大负荷，营养源可选择大粪、甲醇、面粉、红糖、尿素、复合肥等。按C：N：P=100：5：1的比例向SBR池补充营养物质，并启动SBR池循环水泵和风机，为使曝气不过量（过量则可能使刚刚形成的污泥絮体解絮而流失），要及时仔细调整曝气量；做好定期检查工作，如测量透视度、MLSS、SV30（污泥沉降比）以及进行微生物的镜检观察等，对各项指标变化进行追踪，同时做好混合液的分析工作。除了一般性的检测分析外，特别要注意混合液中COD、pH、NH3-N、NO3--N以及NO2--N的分析检测。其中SV30值越小，污泥沉降性能就越好。SV30值越大，沉降性能越差。城市污水厂SV30值一般在15%~30%，工业废水处理SV30值相对较高。测定SV30的器皿一般是1000mL的玻璃量筒。

SBR池微生物进行硝化反应时需要补加的碱度，根据情况用纯碱调节pH至7.0～8.0。

（3）活性污泥培养成熟并达到污泥浓度要求的简单判断原则是：

在SBR运行一个周期内CODcr的去除率达到80％以上，污泥浓度达到4000mg/L。同时注意观察活性污泥增长情况，当通过镜检观察到菌胶团大量密实出现，豆形虫、滴虫等游离生物逐渐减少，原生生物（如钟虫）数量逐渐增多，累枝虫突然大量出现时，说明污泥培养成熟。

（4）在此期间为增殖脱氮菌和除BOD的细菌，可将化粪池的沉淀污泥或大粪以一次2.5~5.0m3左右投入。

（5）在进行培养期间，用量杯取1升曝气混合液体，静止30分钟后测定SV30，观察上清液的状况（每天两次左右），将上清液和沉淀部分分开，如果上清液透视度较高，则停止曝气，沉淀1小时后排除部分上清液。

（6）用清水（最好是生活用地下水）补充水池水位，在不断的培养过程中，逐步将液位提至滗水器滗水液位。

（7）再把培养过程反复进行数次，当曝气混合液的NO3--N浓度达到50~70mg/L时停止曝气，只开启搅拌，并且开启1小时以800mL/min的速度添加甲醇（0.8×60＝48L×0.79＝37.92kg），进行脱氮反应，在搅拌的开始和结束时，分别测定NO3--N的浓度确定是否达到了脱氮要求。如果NO3--N的浓度减少到8~10mg/L时，可以判断脱氮反应得到了顺利进行，如果反应进行的不充分，应考虑是脱氮菌不够还是脱氮条件不具备，判断原因后按下述方法调整：

a）脱氮菌不够：应投入有机物污泥或硝化干菌种再进行曝气，计划增殖脱氮菌。

b）脱氮条件不具备：应测定搅拌阶段的DO（溶解氧）浓度和（氧化还原电位）ORP值是否达到指定值。

四、运行效果

实践证明：该装置投入运行后，化肥厂排放的污水水质可以达到排放标准。实际运行参数如下表

当然氨氮废水装置也存在不足之处，如：

1）氨氮废水装置调节池出水受进水指标的异常导致波动，影响生化池菌种

2）生化池废水温度低（冬季生化池温度在11~16℃）细菌繁殖和处理能力下降（25~35℃细菌繁殖和处理能力效果好），分析数据冬季有超出控制指标。

3）仪表控制程序自动运行时，控制过程呈周期性紊乱无法满足自动运行且判断难，需手动处理。

4）生化池循环泵故障多。

5）废水进入调节池前无自动检测，超标废水易进入生化池造成细菌死亡。

6）生化池细菌成活繁殖质检科无仪器检测分析。

7）滗水器升降不到位。

8）由于来水变化，菌种不适应处理要求。

五、小结

同济大学的序批间歇式活性污泥法（SBR）适合本装置，大大的改善了污水回用的现状，经SBR处理后的水质可达标（《合成氨工业水污染物排放标准》[GB13458-2013]）排放或回用。而且SBR处理工艺具有抗冲击负荷能力强，各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活的优势，可以适应各种浓度的氨氮废水及水量变化。

参考文献：

[1]化肥厂燃料除灰车间氨氮废水装置操作规程（内部资料）

[2]净化水厂炼油工段装置操作规程（内部资料）

[3]净化水厂深度处理装置操作规程（内部资料）

[4]同济大学序批间歇式活性污泥法（SBR）