脫氮工藝在化工污水處理中的運用思考

劉花敏，張 鵬，馬凱強

（1.山東海倍特檢測有限公司，山東 濰坊 261057；2.山東藍晶海洋生物科技有限公司，山東 濰坊 261057）

近年來，我國化工行業發展速度加快，產污量也在不斷增長，尤其是化工污水的存在是引發污染事件的關鍵因素，必須要在社會發展和化工生產中予以高度重視?；の鬯械奈廴疚镱愋洼^多，其中氮元素是導致污水危害性增大的主要原因，因此在實踐工作中應該著重對氮元素進行控制，以確保污水在排放時達到相關標準要求，降低對環境的威脅。同時，要加快化工企業轉型的步伐，落實清潔生產的相關要求和規定。另外，由于脫氮難度較大，必須對當前的脫氮工藝進行創新和優化，以提高污水處理的效率和質量，為環境友好型社會的發展奠定基礎。

1 脫氮工藝在化工污水處理中的意義

化工行業在國民經濟發展中發揮著至關重要的推動作用，特別是在工業化進程逐步加快的趨勢下，化工行業的轉型升級已經成為發展的主要趨勢，這也是增強行業活力的關鍵。傳統化工生產對污水的關注度不高，很多企業為了降低生產經營成本，往往將污水直接排放到附近的河流、湖泊當中，長此以往會引發嚴重的環境污染事件，使周圍的水體環境逐漸惡化，甚至影響人們的用水安全。這種粗放式生產模式無法適應新時期社會發展的要求，所以必須以可持續發展理念為指導，積極做好污水的處理，并順應社會發展的潮流引入清潔生產和污水處理工藝，從源頭上控制水污染問題。脫氮工藝主要是控制污水中的氮，將相關污染物的濃度控制在合理范圍內，避免排放后造成水體環境的惡化，這不僅是社會發展的必然要求，更有助于推動企業的轉型步伐。從長遠看，可以加快自身生產模式的改造升級，為企業綜合競爭力的提升提供保障。脫氮工藝的引入雖然在前期會加大成本投入，但是從長遠看，可以創造良好的經濟效益及生態效益，因此必須全面優化脫氮工藝，以適應當前化工污水處理的特點。

2 傳統脫氮工藝在化工污水處理中的應用

2.1 生物脫氮工藝

傳統脫氮工藝在化工污水處理中的應用十分廣泛，可以控制污水中的氮元素，其中三級活性污泥法的效果較好，可以通過氨化作用、硝化作用和反硝化作用對氮氧化合物實施處理和控制。其中，硝化反應和反硝化反應過程呈現出一定的獨立性特點，需要設置污泥回流系統和沉淀池等，也可以通過控制反應條件實現氮污染的快速處理。傳統生物脫氮工藝充分發揮了硝化細菌、反硝化細菌和好氧菌的作用，而且能夠創造良好的繁殖環境，為各類細菌的生長提供保障，并有助于提高整體處理效果，且反應速度更加快速，不僅能夠起到良好的脫氮作用，而且能夠更好地控制化工污水中的BOD5[1]。但是，該方法也有一定的局限性，尤其是處理效率相對較低，而且需要借助較多構筑物和設備等，因此會在很大程度上提高處理成本，不具備經濟性特點，并且對碳源的需求量也較大，在處理過程中需要及時補充碳源，同時還需要大量的堿，這也是導致處理成本升高的主要原因。

2.2 A/O脫氮工藝

A/O脫氮工藝在傳統脫氮處理工作中應用較多，屬于前置反硝化生物脫氮工藝，在缺氧池中可以滿足前置反硝化反應的要求，而在好氧池中則可以滿足硝化反應的要求。化工污水在經過缺氧池處理后，好氧池通過硝化反應實施進一步處理，在該系統中設置了回流系統，可以將經過處理后的混合液實施回流，為缺氧池的再處理提供便利。因此，回流處理工藝是該脫氮工藝的關鍵，可以確保微生物的數量滿足實際要求，提高好氧池和缺氧池的運轉效率。另一方面，硝化反應屬于好氧池中的主要反應，可以為缺氧池提供更多的硝酸鹽，因而加快了污水處理工作的進度。在反硝化反應過程中，對于碳源的需求量較大，而混合液的進入則可以滿足該需求，為缺氧池的高效運轉提供支持，同時控制了化工污水中BOD5的濃度。

3 新型脫氮工藝在化工污水處理中的應用

3.1 硝化-反硝化脫氮工藝

硝化-反硝化脫氮工藝是目前新型脫氮工藝的常見方式，主要包括短程硝化-反硝化工藝和同步硝化-反硝化工藝兩種。采用短程硝化-反硝化工藝時，需要在亞硝化過程中實施氨氮氧化處理，再利用反硝化的形式控制亞硝酸氮的濃度，產物主要是氮氣，可以滿足回收利用的要求。該工藝處理效率相對更高，而且系統運行穩定性更強，可以在反應器中同時開展硝化反應和反硝化反應，因此整個脫氮工藝的流程更簡便，水停留時間不長，系統占地面積更小，可以控制系統的建設成本。在實際應用中對于供氣量的需求也在降低，使系統的整體運行能耗得到全面控制，藥劑使用量更低，這也是控制整體成本投入的關鍵。

采用同步硝化-反硝化工藝時，在好氧反硝化菌的作用下可以實現快速處理，電子受體主要為氧和氮，可以實現氣態轉化，對于污水中NH4+的控制效果較好。同步硝化-反硝化脫氮工藝流程如圖1所示，污水進入到厭氧池后，再相繼通過沉淀池1、硝化池、沉淀池2、缺氧池和后曝氣、沉淀池3等實施處理，在此過程中設置了污泥回流系統，實現了污泥的有效處理。采用硝化-反硝化脫氮工藝時，內回流系統和污泥回流系統的運行能耗較大，而且回流比相對較高，因此整體成本投入可能會有所升高。為了解決該類問題，需要在系統建設中引入變頻控制技術，以滿足回流泵的高效化運行需求[2]。在硝化處理中對于溶解氧的需求量較大，進入到缺氧池后會對整體脫氮效果產生干擾，因此應該對其濃度進行合理控制，一般在2～4 mg/L左右，實現曝氣量的全面優化，防止進入較多的溶解氧，一般在0.5 mg/L以內。此外，還應該對硝化-反硝化運行狀況實施全面監測，分析裝置的實際負荷，從而改善整體運行效果，防止造成污泥上浮的情況，以確保水質符合相關標準。如果硝化菌較少，則需要及時投加，以縮短水力停留時間，并控制系統的運行能耗，這也是降低硝化-反硝化脫氮工藝成本的關鍵措施，有助于該工藝的推廣應用。

圖1 同步硝化-反硝化脫氮工藝流程

3.2 厭氧氨氧化脫氮工藝

厭氧氨氧化脫氮工藝也是目前實踐工作中的關鍵工藝類型，采用該工藝時需要創造良好的厭氧環境，以滿足各項反應需求。電子受體和電子供體的存在，是處理氨氮的關鍵，前者主要為亞硝酸鹽和硝酸鹽，后者主要為氨氮，在充分反應后也可以實現對亞硝酸鹽和硝酸鹽的有效處理，再通過收集氮氣為化工生產提供資源支持，這不僅能夠達到控制污染的效果，而且實現了資源的回收再利用，具有良好的經濟性特點。

在傳統硝化反應中，對氧的需求量較大，但是采用氨氧化工藝則可以用亞硝酸鹽進行處理，使電子受體呈現出差異化。而在反硝化反應中，電子供體主要是各類有機物，在厭氧氨氧化脫氮工藝中，可以有效發揮氨的作用。在目前化工污水處理工作中，傳統工藝的應用依然較多，其中包括序批式活性污泥法、A/O法、厭氧-缺氧-好氧法（A2/O）等，相關處理工藝的成熟度相對較高，因此可以確保系統在運行中能夠維持良好的穩定效果，但是也面臨處理效率和成本等問題[3]。

新型脫氮處理工藝在實踐中的應用，可以有效降低占地面積，為生產作業創造良好的條件，而且對于成本投入的控制作用十分顯著。但是，該方法也存在一定局限性，特別是在興起之初會導致系統運行穩定性受到影響，需要引入完善的自動化控制系統，否則耐沖擊能力無法得到可靠保障，這也是未來發展中需要著重考慮的問題。

3.3 A/O裝置改造脫氮工藝

傳統A/O裝置在運行中存在一定的局限性，因為運行能耗相對較大，導致脫氮處理工藝的運行成本升高，因此需要采取有效的改造措施，以完善A/O脫氮裝置的運行成效，符合目前化工污水處理工作的實際需求。A/O脫氮裝置的組成部分較多，主要包括了中沉池、A池、污泥回流泵、Q1池和Q2池、污泥井、二沉池、剩余污泥泵等。化工污水在進入A池處理后，再相繼通過Q1池、中沉池、Q2池和二沉池實施處理，在二沉池產生的底池污泥進入到污泥回流井當中實施處理，回流污泥再次進入到Q1池進行處理，而剩余污泥則進入到泵房實施處理[4]。上述方法無法滿足當前化工污水的脫氮工藝要求，因此需要通過改造工藝來改善整體的處理成效。在改造方案中主要是優化工藝的前半部分，引入硝化-反硝化工藝，而不對后半部分進行改造，A池和Q1池分別進行缺氧反硝化反應和好氧硝化反應?；の鬯M入缺氧段后，可以在缺氧生物的作用下實施快速處理，同時進入到好氧段后采用好氧生物實施降解，以實現化工污水的快速凈化[5]。好氧生物普遍存在于活性污泥當中，能夠對化工污水中的含碳有機物進行氧化和分解，使硝態氮逐漸替代原有的有機氮。隨著硝態氮的增多，可以為缺氧段的處理工作提供保障，進一步發揮反硝化細菌的作用，提升含碳有機物的處理效率。在反硝化作用下，要控制污水中的污染物濃度，可以利用分子態氮替代硝態氮，產物中還包括了二氧化碳等，因而降低了化工污水的危害性。

改造后的A/O脫氮工藝不僅能夠起到良好的脫氮效果，而且對于污水中碳元素的控制作用也十分顯著。硝化液回流泵也是改造后A/O脫氮系統中的關鍵設備，其功率為30 kW，采用5 kW的浮筒式水下攪拌器替代曝氣系統，同時借助于酸堿自動投加系統可以有效提高該系統的自動化處理水平。在該系統的運行過程中，主要能耗設備是酸堿自動投加系統和硝化液回流泵、攪拌器等，使酸堿的消耗量降低，具有一定的經濟性特點。A/O裝置改造脫氮工藝流程如圖2所示。在系統實施改造后，分四次測定進水的總氮質量濃度，分別為45.5 mg/L、34.0 mg/L、37.8 mg/L和66.3 mg/L，而出水總氮質量濃度分別為9.23 mg/L、4.86 mg/L、7.45 mg/L和8.43 mg/L，去除率分別達到79.67%、85.71%、80.29%和87.29%[6]。在我國的相關標準中，對出水中總氮質量濃度的要求在40.00 mg/L以內，因此通過上述數據可以看出改造后的工藝系統可以滿足出水質量要求，去除率也較為穩定，在80%左右[7]。

圖2 A/O裝置改造脫氮工藝流程

3.4 大孔樹脂吸附脫氮工藝

除了上述處理工藝外，大孔樹脂吸附脫氮工藝的應用也逐漸增多，實現了傳統處理工藝和方法的有效創新，能夠全面評估化工污水的進水特點和出水水質，了解具體的處理效果，以便對處理工藝實施全面優化和改進。在應用大孔樹脂吸附脫氮工藝時，應該明確TN指標的要求，以改善系統的整體運行成效。在反硝化深床濾池后方設置大孔樹脂吸附脫氮裝置，能夠快速吸附污水中的硝酸根，進而采用分離措施、濃縮措施等實施進一步控制，將總氮含量控制在規定范圍內，降低污水的危害性。在系統運行一段時間后，吸附量可能達到閾值，這會對系統的處理效率產生一定影響，因此為了滿足樹脂物質的應用需求，需要加入適量的氯化鈉溶液，以改善樹脂的脫氮效果，這不僅能夠加快處理的進度，而且對于資源的循環利用效果更好，呈現出經濟性的特點[8]。利用反硝化濾池對化工污水進行處理后，再通過大孔樹脂吸附脫氮裝置、消毒池實施處理，使出水水質能夠達到標準要求。如果樹脂在使用一段時間后出現飽和的情況，則可以通過進一步處理改善其吸附效果，滿足系統連續運行的要求[9]。化工污水中TN濃度相對較高，采用大孔樹脂吸附脫氮工藝可以起到良好的改善作用，而且對于其他污染物質的吸附效果也較好，可以獲得較為穩定的出水水質。在實踐工作中，通常將該工藝和生物脫氮工藝聯合應用，不僅可以確保系統運行的穩定性，而且污染物質的去除率更高，并降低了環境溫度等因素的影響，使系統的抗負荷沖擊能力更強。

4 結語

化工污水會對生態環境造成嚴重污染，因此在實踐工作中需要采取合適的脫氮工藝進行處理，嚴格控制其中氮元素的濃度，這是改善環境狀況的關鍵措施。在傳統脫氮工藝中，生物脫氮工藝和A/O脫氮工藝較為常見，但是隨著處理要求的提高，傳統方法具有一定的局限性。因此，應該借助新型脫氮工藝對化工污水實施全面處理，其中包括硝化-反硝化脫氮工藝、厭氧氨氧化脫氮工藝、A/O裝置改造脫氮工藝和大孔樹脂吸附脫氮工藝等。不同工藝的處理效果和應用要點存在差異，所以應該結合化工污水的具體處理要求進行合理選擇，以達到最佳的處理效果。