氨氮處理技術及影響因素

尚瑩，朱少春

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

氨氮處理技術及影響因素

尚瑩，朱少春

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

生物倍增廢水處理工藝是必得普（北京）環保科技有限公司引進德國恩格拜公司技術在我廠污水處理上的應用，該技術在處理廢水過程中與以往的工藝有較大的區別，此工藝在處理廢水中的NH3-N，較SBR池的去除率高出60%之多，其基礎理論也較SBR池有很多不同。本文就該技術對廢水處理過程中的影響因素：溫度、pH值、碳源、C/N/P比等進行了闡述。

生物倍增；氨氮；基礎理論；影響因素

廢水的生化處理氨氮過程是一項錯綜復雜的過程，盡管最早的活性污泥工藝迄今已有近百年的歷史，但是諸多理論在學術界仍無定論。因此，在生物倍增工藝處理氨氮過程中，較以往的工藝有較大的進步，下面就其基礎理論及影響做一下論述。

1 工藝原理

1.1 氨氮的存在形式

氨氮是水中以NH3和形式存在的氮，它是有機氮化物氧化分解的第一產物，是水體受污染的一種標志。有機氮和氨氮的總和可以凱氏（Kjeldahl）法測定，因而又稱為凱氏氮。總氮為水中有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的總和，也就是凱氏氮與總氧化氮之和。

1.2 生物倍增硝化及脫氮的特殊設備

生物倍增工藝以其特殊的設備使處理氨氮較傳統的工藝有較多不同。簡單的隔板和生物倍增快速澄清器把活性污泥池分成進行不同曝氣的間格。在停留時間內，在空氣提升器協助下，池內物質不停在整個處理池中多次循環。這使得一次循環過程中的各種濃度之間幾乎沒有出現多大差別，為微生物的新陳代謝提供了最合適的條件，從而使流出水的濃度達到理想程度。這種工藝設計不落俗套，而且為所有參與其事的細菌提供了最合適的條件。

在曝氣區，生物倍增曝氣器覆蓋整個處理池范圍。與幾乎所有其它曝氣工藝相比，這種情況使氧氣利用率增加一倍。在此區域內，水中溶解氧濃度小于0.3 mg/L，在脫氮創造了良好的氧環境條件，即能滿足硝化的需氧量，又有反硝化進行條件，不會造成硝酸鹽和亞硝酸的積累，同時反硝化消耗了部分碳源，去除了水中的BOD，從而更大幅度地節省了鼓風機的能量。

在生物倍增脫氮和生物倍增脫磷工藝中，碳組分的氧化部分以脫氮或以釋磷方式在自由懸浮的活性污泥中發生，并在較小程度上使用分子氧進行這種氧化工作。而且所有的活性污泥將多次流過生物除磷工段，確保為富集的生物除磷細菌提供最合適的條件。與其它工藝相比，這種工藝節省了大量化學需氧量或生化需氧量。就化學需氧量而言，這種節省對含有相對較多氨氮或磷的廢水十分重要。除此以外，這種工藝確保即使在攝氏10度以下的水溫中也能發生較為完整的生物反應。

1.3 低溶氧條件下完成同步硝化反硝化反應

傳統生物處理池中溶解氧濃度（DO）較高，異養菌增殖快，污泥絮體大，形成隔離水膜，生長緩慢的硝化菌只能被“包埋”在污泥絮體內。為了使硝化反應得以有效地進行，必須保持較高的DO值，這樣勢必會增加污水處理的動力消耗。

與之相比，生物倍增生物處理池中的活性污泥顆粒小，污泥活性相對較低，異養菌生長緩慢；活性污泥外表不易形成隔離膜，活性污泥可與氧及可溶性有機物直接接觸，實現氨氮的硝化；在曝氣池進口區，大量可溶性有機物將會在很短的時間、較少的反應區間內實現氧化降解；曝氣池內的溶解氧也會同時被迅速消耗降低趨于零，因而有利于后續的反硝化反應徹底進行。

在生物倍增曝氣池前半段溶解氧都被微生物降解有機物所消耗，溶解氧濃度基本都處在0～0.05mg/L，在池子后半段，負荷降低，溶解氧開始有富余，溶解氧在0.05～0.3 mg/L，這樣的溶解氧濃度條件，給硝化反硝化同時進行提供了一個的最佳條件。氨氮硝化反硝化過程有短程硝化反硝化和全程硝化反硝化過程兩種。全程硝化過程就是反硝化菌群利用作電子受體，進行反硝化，而短程硝化中反硝化菌群可以利用NO2－作電子受體進行反硝化，即亞硝化微生物將-N轉化為-N，隨即由反硝化微生物直接進行反硝化反應,將-N還原為N2釋放，整個生物脫氮過程比全程硝化歷時要短得多。在生物倍增工藝中，以短程硝化反硝化為主。全程反硝化和短程反硝化過程簡圖如圖1所示。

圖1 生物脫氮兩種途徑示意圖

短程同時硝化反硝化生物脫氮過程，除了具備同時生物脫氮過程的一系列優點外，與全程硝化反硝化相比，還具備特有的一些優點：（1）硝化階段可減少25%左右的好氧量，降低了能耗;（2）反應時間短；（3）具備較高的反硝化速率,的反硝化速率通常比高63%左右。所以其生物脫氮過程比一般硝化—反硝化反應進程較快，脫氮效率高。

2 影響因素

2.1 溫度

一般好氧生物硝化反應的適宜溫度是20～30℃，15℃以下時，硝化速度下降，5℃時完全停止；反硝化反應的適宜溫度是20～40℃，低于15℃時，反硝化菌的增殖速率降低，代謝速率也將降低，從而降解了反硝化速率。生物倍增工藝由于污泥濃度高，生物活性好，所以抗寒能力較其它工藝要好。當水溫大于10℃時，工藝脫氮就可以正常運行。

2.2 pH值

保持水中一定堿度，對于生化處理反應是非常必要的，一般來講，水中剩余堿度達到100 mg/L（以碳酸鈣計），即可保持水中pH大于7.2，各種生化反應能夠順利進行；氧化去除1 mg的BOD會產生0.3 mg堿度，每脫除1 mg的氨氮，會消耗3.57 mg堿度。在正常運行過程中，COD 1 500～1 800 mg/L，氨氮300 mg/L，系統不能達到堿度平衡，則會使pH降低，造成系統不穩定，阻礙脫氮效果，造成出水水質惡化。這就要求調節池進水pH值不小于8.0，并在工藝運行過程中加入堿性白云石來進行調節以補充堿度，保證工藝穩定的運行。

2.3 碳源

廢水中所含碳源能夠滿足微生物自身代謝，是比較理想和經濟的，優于外加碳源。對于一般工藝，當廢水中BOD5/TN值＜6時，即認為碳源不足，需外加碳源，而生物倍增工藝在廢水中BOD5/TN值＞4時即可正常運行，而無需增加碳源。若運行中BOD5/ TN值＜4時，則需外加碳源，可以加入工業甲醇或工業葡萄糖。

2.4 好氧生化系統比例

BOD∶N∶P=100∶5∶1，這是好氧生化系統中的比例，在好氧生化培養中，缺乏氮元素將導致絲狀的或者分散狀的微生物群體產生，使其沉降性能差。另外，缺乏氮元素使新的細胞難以形成，而老的細胞繼續去除BOD物質，結果微生物向細胞壁外排泄過量的副產物——絨毛狀絮狀物，這些絮狀物沉淀性能差。根據經驗，從廢水中每去除100 kg BOD需要加5 kg氮和1 kg磷。在許多條件下，氮以氨形式，磷以磷酸形式加入廢水中。細菌需要氮以產生蛋白質，需要磷以產生分解廢水中有機物質的酶。一般細菌較易利用氨態氮，在處理工業廢水時，如果廢水含氮量低，不能滿足微生物的需要，需要另外補加氮營養，如尿素、硫酸銨、糞水等。微生物中主要以細菌對磷的要求較多，工業廢水中一般需要補加磷元素，如磷酸鉀、磷酸鈉等。

2.5 溶解氧

生物倍增工藝的供風系統采用自控系統，即用德國的艾珍風機供風與池內溶氧儀聯鎖，當溶解氧設定為一定范圍時，溶氧超過或低于設定范圍，風機自動調整頻率降低或提高風機轉數自動調節溶解氧。設定的溶解氧也較其它工藝低，有利于去除氨氮。

生物倍增工藝的應用使我廠的工藝廢水的處理能力由109 t/h提高到現在的200 t/h，廢水處理成本也由原來的2.98元/t降低到現在的1.75元/t，大大降低了工廠的生產成本，也為工廠的清潔生產、持續發展提供了技術保障。

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.03.020

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1008-1267（2011）03-0058-03

2010-05-23