厭氧氨氧化工藝的高效應用

張春悅，莫志朋，佟淑環，宋慶坤，王曉東

(1.北京首鋼朗澤新能源科技有限公司，北京 100000； 2.河北首朗新能源科技有限公司，河北 唐山 063200； 3.河北省工業尾氣發酵制乙醇技術創新中心(籌)，河北 唐山 063200)

0 引言

隨著工農業生產的發展和人們生活水平的提高，含氮化合物的排放量急劇增加，如何經濟有效的控制氨氮廢水污染，已經成為廢水處理的重要問題。厭氧氨氧化技術自20世紀90年代以來，越來越多的研究人員投入到環保領域研究厭氧氨氧化技術。和傳統脫氮技術相比，厭氧氨氧化技術在基建投資、運行費用上確實有很大優勢，比如池體明顯小于傳統A/O池體，不需要外加電子受體、大幅度減少供氧能耗，又可以防止二次污染。傳統硝化反硝化工藝會產生大量污泥，即便沒有認定成危廢，作為一般固廢，在處理難度和處理費用上，給企業帶來很大壓力。而氨氧化菌因其市場需求量大，銷售價格可觀，可為企業創收。但是，氨氧化工藝在運行控制的復雜程度要比傳統工藝高很多。

1 厭氧氨氧化工藝的先進性與局限性

與傳統的硝化-反硝化相比，該生產運行過程中，可以降低40%～60%的曝氣，既節省了投資成本和電量消耗，無需額外補充碳源，并且不產生生化污泥，厭氧氨氧化菌的繁殖可用于銷售，在節省運行成本的同時，又增加了收入。

雖然厭氧氨氧化脫氮工藝具有獨特的先進性，但是厭氧氨氧化工藝作為生化脫氮方法，培育和富集厭氧氨氧化菌是工藝的關鍵，需要通過控制環境因素和來水條件提高厭氧氨氧化菌的活性和數量。環境因素一般如：溫度、pH、溶解氧等都是很容易控制的，但是來水中的抑制物質是很難通過一定手段降低或消除。基于來水成分復雜，每種成分對厭氧氨氧化菌的毒性、抑制程度都需要大量實驗去摸索[1]。目前來說，這方面公開的信息不是很多。但目前為止，行業上運行穩定，普遍適用的厭氧氨氧化工藝并不多，主要原因是各個行業來水成分復雜。

化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場等廢水中往往含有重氮、偶氮或帶苯環的環狀化合物等發色基團，而這些發色基團或者大分子物質本身往往對微生物的代謝有抑制作用。臭氧氧化能使發色基團的雙價鍵斷裂，同時破壞構成發色基團的苯、萘、蒽等環狀化合物，使大分子物質變成小分子物質，從而使廢水脫色以及降低毒性。

如果進水有抑制有機物質，或者進水指標波動較大，很容易抑制厭氧氨氧化菌的活性，導致氨氮去除效果差，菌體繁殖緩慢甚至減少。根據實際的工程和運營經驗，厭氧氨氧化進水的懸浮物高、有機污染物(COD)高、色度高都會或多或少造成亞硝酸鹽積累，厭氧氨氧化菌的活性下降，可以采取的措施就是降低曝氣風量，降低進水量，降低處理負荷，抑制和毒性影響的恢復，時間一般都比較長，但在實際的工程中很難確定確切的抑制物[2]。

2 一種降低有機物抑制的前處理技術

本文主要針對上述難題，公開一種降低有機物抑制的前處理技術。將MBR、臭氧催化氧化技術聯合用于厭氧氨氧化工藝的前處理技術，實現液體和懸浮物固體的分離，在臭氧催化氧化塔內實現來水中抑制物質的降解，將抑制物質或有毒物質進行降解、破鏈，臭氧降解后的廢水經過臭氧釋放，再進行厭氧氨氧化脫氮處理，因而能夠有效和穩定提升厭氧氨氧化菌活性。

如果廢水中含有較高的懸浮物，一般情況下≥100 mg/L，進臭氧之前要設置懸浮物去除裝置。本技術采用MBR生物膜法，亦或者其他過濾裝置，將懸浮物降至100 mg/L以內。懸浮物達標的廢水進臭氧催化氧化塔，在塔內實現與臭氧接觸，含色素惰性物質被臭氧氧化斷鏈，廢水色度低于30即可。根據廢水指標不同、惰性物質種類及濃度不同，投用的臭氧量不同。一般情況下，用臭氧20～40 mg/L，處理20～40 min，可達到較好效果。

2.1 新技術投用前后運行狀況對比

2.1.1 處理水量

厭氧氨氧化設計處理水量是30 t/h，根據液位波動，處理水量會上下波動，但厭氧氨氧化投用前，由于細菌活性低，處理水量達不到設計值[3]。臭氧投用后，所有廢水能夠完全進厭氧氨氧化單位處理，如圖1所示。

圖1 水量對比

2.1.2 出水氨氮趨勢

厭氧氨氧化出水氨氮指標直接說明厭氧氨氧化菌的活性和處理效果，同樣，該指標直接影響污水處理排水是否達標。通過曲線看出，臭氧投用前，出水氨氮不穩定，給后續處理單元造成很大壓力，外排水不達標風險很大，臭氧投用后，出水氨氮明顯降低，并穩定在100 mg/L以內，如圖2所示。

圖2 出水氨氮對比

2.1.3 氨氮去除率趨勢

通過曲線可以看出，臭氧催化氧化技術投用前后，廢水中氨氮去除率明顯提升，并且能夠達到80%以上，大部分數據顯示在85%以上，如圖3所示。

圖3 氨氮去處率對比

2.1.4 出水亞硝態氮趨勢

在厭氧氨氧化過程中最關鍵的控制參數就是亞硝態氮的低水平和穩定，因為高濃度亞硝態氮會抑制厭氧氨氧化菌的活性。一般情況下，要控制亞硝態氮濃度低于50 mg/L。在臭氧催化氧化技術用于預處理之前，亞硝態氮濃度極為不穩定，在有含色素抑制物的情況下，很容易超過50 mg/L，應對措施只有降低風量，甚至是降低進水量，最終導致系統失衡，排水指標惡化[4]。但在臭氧催化氧化投用之后，亞硝態氮大部分時間能穩定控制在30 mg/L以內，如圖4所示。

圖4 出水亞硝態氮對比

2.1.5 污泥外觀

改造前污泥顏色為褐色，甚至發黑，這是污泥活性不好的表現。顆粒度不好，大小不一，飽滿度差，與改造后活性好的菌體外觀形成鮮明對比。

2.2 臭氧催化氧化技術應用于厭氧氨氧化脫氮前處理在性價比和工程上的優點

(1)功能強大，效率高。技術兼具殺菌、消毒作用，脫色、分解惰性物質效果明顯。

(2) 性價比高。作為一種清潔污水處理技術具有占地小、設備集成度高、處理費用低的優點。

(3) 可控性強。可以通過改變臭氧發生量隨時調節反應條件，可控性強。

(4) 通過尾氣破壞裝置以及臭氧的不穩定性，無二次污染，排放氣體達標。

(5) 反應條件溫和。設備在常溫常壓下就可運行。

(6)處理方式靈活。既可以作為單獨處理，又可以與其他處理相結合。作為預處理可提高廢水可生化性，降低生物毒性。

3 結語

厭氧氨氧化技術在環保領域用于氨氮的脫除，具有很大優勢，能減少90%的運行費，節省50%的占地面積，無需額外補充碳源，厭氧氨氧化技術具有明顯的可持續性[5]。為了更好地培養和應用厭氧氨氧化菌，在實際應用中，臭氧催化氧化作為其預處理，降低一些有機物的毒性，穩定厭氧氨氧化的運行，提高菌體活性和污染物去除效率，在污水處理領域的應用更具有優勢。