氨氮处理技术及影响因素

尚莹，朱少春

（吉林石化公司丙烯腈厂，吉林132021）

氨氮处理技术及影响因素

尚莹，朱少春

（吉林石化公司丙烯腈厂，吉林132021）

生物倍增废水处理工艺是必得普（北京）环保科技有限公司引进德国恩格拜公司技术在我厂污水处理上的应用，该技术在处理废水过程中与以往的工艺有较大的区别，此工艺在处理废水中的NH3-N，较SBR池的去除率高出60%之多，其基础理论也较SBR池有很多不同。本文就该技术对废水处理过程中的影响因素：温度、pH值、碳源、C/N/P比等进行了阐述。

生物倍增；氨氮；基础理论；影响因素

废水的生化处理氨氮过程是一项错综复杂的过程，尽管最早的活性污泥工艺迄今已有近百年的历史，但是诸多理论在学术界仍无定论。因此，在生物倍增工艺处理氨氮过程中，较以往的工艺有较大的进步，下面就其基础理论及影响做一下论述。

1 工艺原理

1.1 氨氮的存在形式

氨氮是水中以NH3和形式存在的氮，它是有机氮化物氧化分解的第一产物，是水体受污染的一种标志。有机氮和氨氮的总和可以凯氏（Kjeldahl）法测定，因而又称为凯氏氮。总氮为水中有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的总和，也就是凯氏氮与总氧化氮之和。

1.2 生物倍增硝化及脱氮的特殊设备

生物倍增工艺以其特殊的设备使处理氨氮较传统的工艺有较多不同。简单的隔板和生物倍增快速澄清器把活性污泥池分成进行不同曝气的间格。在停留时间内，在空气提升器协助下，池内物质不停在整个处理池中多次循环。这使得一次循环过程中的各种浓度之间几乎没有出现多大差别，为微生物的新陈代谢提供了最合适的条件，从而使流出水的浓度达到理想程度。这种工艺设计不落俗套，而且为所有参与其事的细菌提供了最合适的条件。

在曝气区，生物倍增曝气器覆盖整个处理池范围。与几乎所有其它曝气工艺相比，这种情况使氧气利用率增加一倍。在此区域内，水中溶解氧浓度小于0.3 mg/L，在脱氮创造了良好的氧环境条件，即能满足硝化的需氧量，又有反硝化进行条件，不会造成硝酸盐和亚硝酸的积累，同时反硝化消耗了部分碳源，去除了水中的BOD，从而更大幅度地节省了鼓风机的能量。

在生物倍增脱氮和生物倍增脱磷工艺中，碳组分的氧化部分以脱氮或以释磷方式在自由悬浮的活性污泥中发生，并在较小程度上使用分子氧进行这种氧化工作。而且所有的活性污泥将多次流过生物除磷工段，确保为富集的生物除磷细菌提供最合适的条件。与其它工艺相比，这种工艺节省了大量化学需氧量或生化需氧量。就化学需氧量而言，这种节省对含有相对较多氨氮或磷的废水十分重要。除此以外，这种工艺确保即使在摄氏10度以下的水温中也能发生较为完整的生物反应。

1.3 低溶氧条件下完成同步硝化反硝化反应

传统生物处理池中溶解氧浓度（DO）较高，异养菌增殖快，污泥絮体大，形成隔离水膜，生长缓慢的硝化菌只能被“包埋”在污泥絮体内。为了使硝化反应得以有效地进行，必须保持较高的DO值，这样势必会增加污水处理的动力消耗。

与之相比，生物倍增生物处理池中的活性污泥颗粒小，污泥活性相对较低，异养菌生长缓慢；活性污泥外表不易形成隔离膜，活性污泥可与氧及可溶性有机物直接接触，实现氨氮的硝化；在曝气池进口区，大量可溶性有机物将会在很短的时间、较少的反应区间内实现氧化降解；曝气池内的溶解氧也会同时被迅速消耗降低趋于零，因而有利于后续的反硝化反应彻底进行。

在生物倍增曝气池前半段溶解氧都被微生物降解有机物所消耗，溶解氧浓度基本都处在0～0.05mg/L，在池子后半段，负荷降低，溶解氧开始有富余，溶解氧在0.05～0.3 mg/L，这样的溶解氧浓度条件，给硝化反硝化同时进行提供了一个的最佳条件。氨氮硝化反硝化过程有短程硝化反硝化和全程硝化反硝化过程两种。全程硝化过程就是反硝化菌群利用作电子受体，进行反硝化，而短程硝化中反硝化菌群可以利用NO2－作电子受体进行反硝化，即亚硝化微生物将-N转化为-N，随即由反硝化微生物直接进行反硝化反应,将-N还原为N2释放，整个生物脱氮过程比全程硝化历时要短得多。在生物倍增工艺中，以短程硝化反硝化为主。全程反硝化和短程反硝化过程简图如图1所示。

图1 生物脱氮两种途径示意图

短程同时硝化反硝化生物脱氮过程，除了具备同时生物脱氮过程的一系列优点外，与全程硝化反硝化相比，还具备特有的一些优点：（1）硝化阶段可减少25%左右的好氧量，降低了能耗;（2）反应时间短；（3）具备较高的反硝化速率,的反硝化速率通常比高63%左右。所以其生物脱氮过程比一般硝化—反硝化反应进程较快，脱氮效率高。

2 影响因素

2.1 温度

一般好氧生物硝化反应的适宜温度是20～30℃，15℃以下时，硝化速度下降，5℃时完全停止；反硝化反应的适宜温度是20～40℃，低于15℃时，反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率也将降低，从而降解了反硝化速率。生物倍增工艺由于污泥浓度高，生物活性好，所以抗寒能力较其它工艺要好。当水温大于10℃时，工艺脱氮就可以正常运行。

2.2 pH值

保持水中一定碱度，对于生化处理反应是非常必要的，一般来讲，水中剩余碱度达到100 mg/L（以碳酸钙计），即可保持水中pH大于7.2，各种生化反应能够顺利进行；氧化去除1 mg的BOD会产生0.3 mg碱度，每脱除1 mg的氨氮，会消耗3.57 mg碱度。在正常运行过程中，COD 1 500～1 800 mg/L，氨氮300 mg/L，系统不能达到碱度平衡，则会使pH降低，造成系统不稳定，阻碍脱氮效果，造成出水水质恶化。这就要求调节池进水pH值不小于8.0，并在工艺运行过程中加入碱性白云石来进行调节以补充碱度，保证工艺稳定的运行。

2.3 碳源

废水中所含碳源能够满足微生物自身代谢，是比较理想和经济的，优于外加碳源。对于一般工艺，当废水中BOD5/TN值＜6时，即认为碳源不足，需外加碳源，而生物倍增工艺在废水中BOD5/TN值＞4时即可正常运行，而无需增加碳源。若运行中BOD5/ TN值＜4时，则需外加碳源，可以加入工业甲醇或工业葡萄糖。

2.4 好氧生化系统比例

BOD∶N∶P=100∶5∶1，这是好氧生化系统中的比例，在好氧生化培养中，缺乏氮元素将导致丝状的或者分散状的微生物群体产生，使其沉降性能差。另外，缺乏氮元素使新的细胞难以形成，而老的细胞继续去除BOD物质，结果微生物向细胞壁外排泄过量的副产物——绒毛状絮状物，这些絮状物沉淀性能差。根据经验，从废水中每去除100 kg BOD需要加5 kg氮和1 kg磷。在许多条件下，氮以氨形式，磷以磷酸形式加入废水中。细菌需要氮以产生蛋白质，需要磷以产生分解废水中有机物质的酶。一般细菌较易利用氨态氮，在处理工业废水时，如果废水含氮量低，不能满足微生物的需要，需要另外补加氮营养，如尿素、硫酸铵、粪水等。微生物中主要以细菌对磷的要求较多，工业废水中一般需要补加磷元素，如磷酸钾、磷酸钠等。

2.5 溶解氧

生物倍增工艺的供风系统采用自控系统，即用德国的艾珍风机供风与池内溶氧仪联锁，当溶解氧设定为一定范围时，溶氧超过或低于设定范围，风机自动调整频率降低或提高风机转数自动调节溶解氧。设定的溶解氧也较其它工艺低，有利于去除氨氮。

生物倍增工艺的应用使我厂的工艺废水的处理能力由109 t/h提高到现在的200 t/h，废水处理成本也由原来的2.98元/t降低到现在的1.75元/t，大大降低了工厂的生产成本，也为工厂的清洁生产、持续发展提供了技术保障。

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.03.020

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1008-1267（2011）03-0058-03

2010-05-23