厌氧氨氧化工艺的高效应用

张春悦，莫志朋，佟淑环，宋庆坤，王晓东

(1.北京首钢朗泽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.河北省工业尾气发酵制乙醇技术创新中心(筹)，河北 唐山 063200)

0 引言

随着工农业生产的发展和人们生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，如何经济有效的控制氨氮废水污染，已经成为废水处理的重要问题。厌氧氨氧化技术自20世纪90年代以来，越来越多的研究人员投入到环保领域研究厌氧氨氧化技术。和传统脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术在基建投资、运行费用上确实有很大优势，比如池体明显小于传统A/O池体，不需要外加电子受体、大幅度减少供氧能耗，又可以防止二次污染。传统硝化反硝化工艺会产生大量污泥，即便没有认定成危废，作为一般固废，在处理难度和处理费用上，给企业带来很大压力。而氨氧化菌因其市场需求量大，销售价格可观，可为企业创收。但是，氨氧化工艺在运行控制的复杂程度要比传统工艺高很多。

1 厌氧氨氧化工艺的先进性与局限性

与传统的硝化-反硝化相比，该生产运行过程中，可以降低40%～60%的曝气，既节省了投资成本和电量消耗，无需额外补充碳源，并且不产生生化污泥，厌氧氨氧化菌的繁殖可用于销售，在节省运行成本的同时，又增加了收入。

虽然厌氧氨氧化脱氮工艺具有独特的先进性，但是厌氧氨氧化工艺作为生化脱氮方法，培育和富集厌氧氨氧化菌是工艺的关键，需要通过控制环境因素和来水条件提高厌氧氨氧化菌的活性和数量。环境因素一般如：温度、pH、溶解氧等都是很容易控制的，但是来水中的抑制物质是很难通过一定手段降低或消除。基于来水成分复杂，每种成分对厌氧氨氧化菌的毒性、抑制程度都需要大量实验去摸索[1]。目前来说，这方面公开的信息不是很多。但目前为止，行业上运行稳定，普遍适用的厌氧氨氧化工艺并不多，主要原因是各个行业来水成分复杂。

化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等废水中往往含有重氮、偶氮或带苯环的环状化合物等发色基团，而这些发色基团或者大分子物质本身往往对微生物的代谢有抑制作用。臭氧氧化能使发色基团的双价键断裂，同时破坏构成发色基团的苯、萘、蒽等环状化合物，使大分子物质变成小分子物质，从而使废水脱色以及降低毒性。

如果进水有抑制有机物质，或者进水指标波动较大，很容易抑制厌氧氨氧化菌的活性，导致氨氮去除效果差，菌体繁殖缓慢甚至减少。根据实际的工程和运营经验，厌氧氨氧化进水的悬浮物高、有机污染物(COD)高、色度高都会或多或少造成亚硝酸盐积累，厌氧氨氧化菌的活性下降，可以采取的措施就是降低曝气风量，降低进水量，降低处理负荷，抑制和毒性影响的恢复，时间一般都比较长，但在实际的工程中很难确定确切的抑制物[2]。

2 一种降低有机物抑制的前处理技术

本文主要针对上述难题，公开一种降低有机物抑制的前处理技术。将MBR、臭氧催化氧化技术联合用于厌氧氨氧化工艺的前处理技术，实现液体和悬浮物固体的分离，在臭氧催化氧化塔内实现来水中抑制物质的降解，将抑制物质或有毒物质进行降解、破链，臭氧降解后的废水经过臭氧释放，再进行厌氧氨氧化脱氮处理，因而能够有效和稳定提升厌氧氨氧化菌活性。

如果废水中含有较高的悬浮物，一般情况下≥100 mg/L，进臭氧之前要设置悬浮物去除装置。本技术采用MBR生物膜法，亦或者其他过滤装置，将悬浮物降至100 mg/L以内。悬浮物达标的废水进臭氧催化氧化塔，在塔内实现与臭氧接触，含色素惰性物质被臭氧氧化断链，废水色度低于30即可。根据废水指标不同、惰性物质种类及浓度不同，投用的臭氧量不同。一般情况下，用臭氧20～40 mg/L，处理20～40 min，可达到较好效果。

2.1 新技术投用前后运行状况对比

2.1.1 处理水量

厌氧氨氧化设计处理水量是30 t/h，根据液位波动，处理水量会上下波动，但厌氧氨氧化投用前，由于细菌活性低，处理水量达不到设计值[3]。臭氧投用后，所有废水能够完全进厌氧氨氧化单位处理，如图1所示。

图1 水量对比

2.1.2 出水氨氮趋势

厌氧氨氧化出水氨氮指标直接说明厌氧氨氧化菌的活性和处理效果，同样，该指标直接影响污水处理排水是否达标。通过曲线看出，臭氧投用前，出水氨氮不稳定，给后续处理单元造成很大压力，外排水不达标风险很大，臭氧投用后，出水氨氮明显降低，并稳定在100 mg/L以内，如图2所示。

图2 出水氨氮对比

2.1.3 氨氮去除率趋势

通过曲线可以看出，臭氧催化氧化技术投用前后，废水中氨氮去除率明显提升，并且能够达到80%以上，大部分数据显示在85%以上，如图3所示。

图3 氨氮去处率对比

2.1.4 出水亚硝态氮趋势

在厌氧氨氧化过程中最关键的控制参数就是亚硝态氮的低水平和稳定，因为高浓度亚硝态氮会抑制厌氧氨氧化菌的活性。一般情况下，要控制亚硝态氮浓度低于50 mg/L。在臭氧催化氧化技术用于预处理之前，亚硝态氮浓度极为不稳定，在有含色素抑制物的情况下，很容易超过50 mg/L，应对措施只有降低风量，甚至是降低进水量，最终导致系统失衡，排水指标恶化[4]。但在臭氧催化氧化投用之后，亚硝态氮大部分时间能稳定控制在30 mg/L以内，如图4所示。

图4 出水亚硝态氮对比

2.1.5 污泥外观

改造前污泥颜色为褐色，甚至发黑，这是污泥活性不好的表现。颗粒度不好，大小不一，饱满度差，与改造后活性好的菌体外观形成鲜明对比。

2.2 臭氧催化氧化技术应用于厌氧氨氧化脱氮前处理在性价比和工程上的优点

(1)功能强大，效率高。技术兼具杀菌、消毒作用，脱色、分解惰性物质效果明显。

(2) 性价比高。作为一种清洁污水处理技术具有占地小、设备集成度高、处理费用低的优点。

(3) 可控性强。可以通过改变臭氧发生量随时调节反应条件，可控性强。

(4) 通过尾气破坏装置以及臭氧的不稳定性，无二次污染，排放气体达标。

(5) 反应条件温和。设备在常温常压下就可运行。

(6)处理方式灵活。既可以作为单独处理，又可以与其他处理相结合。作为预处理可提高废水可生化性，降低生物毒性。

3 结语

厌氧氨氧化技术在环保领域用于氨氮的脱除，具有很大优势，能减少90%的运行费，节省50%的占地面积，无需额外补充碳源，厌氧氨氧化技术具有明显的可持续性[5]。为了更好地培养和应用厌氧氨氧化菌，在实际应用中，臭氧催化氧化作为其预处理，降低一些有机物的毒性，稳定厌氧氨氧化的运行，提高菌体活性和污染物去除效率，在污水处理领域的应用更具有优势。