基于生物脱氮的烟气脱硝污水净化技术研究

纪 轶，边志明，房宁宁

（山东省淄博生态环境监测中心，山东 淄博 255000）

0 引言

在化工生产过程中会产生大量的烟气，这些烟气中含有硝化物，为了保证烟气的排放质量，目前主要通过选择性催化还原脱硝、LoTOx技术等来对烟气中的硝化物进行过滤。其中LoTOx技术在处理过程中先利用臭氧对烟气中不可溶的一氧化氮和二氧化氮进行强制氧化，使其形成可溶性的五氧化二氮，然后再洗涤塔中通入过滤液体，使五氧化二氮溶入到水中形成硝酸，从而达到快速脱硝的目的。该方案的脱硫效果好、工艺流程简单，但是在净化过程中会产生含有大量硝酸盐的污水。对这些污水目前主要采用了“静置过滤-曝气养化”的处理方案，但该方案无法深度祛除污水中的氮，需要对污水进行二次脱氮处理，净化工艺流程长、效率低、净化效果差、成本高。

本文提出了一种新的基于生物脱氮的氧气脱硝污水净化处理技术，通过对生物过滤技术的优化，验证了在缺氧-好氧-好氧三段式生物滤池中利用耐盐微生物对污水进行反硝化处理的可行性。实际应用表明，新的处理技术，能够极大提升污水处理效果、降低污水处理成本，具有极大的应用推广价值。

1 污水特性分析

以化工厂的脱硫脱硝设备为基础，对污水的水质特性进行研究。该化工厂在脱硫段利用的是EDV 湿法脱硫技术，在脱硝段采用的是LoTOx脱硝技术[1]。在反应过程中污水的总量为12 m3/h，在脱硫脱硝过程中的污水处理流程为“静置沉淀-净化过滤-曝气养化”。

对化工厂污水进行取样分析，其pH 值在7.2～8.6之间，污水的导电率在8.6～47.4 之间，表明了污水内含有较高的盐分，污水内氮的质量浓度高达58.2～204 mg/L。因此在污水具有明显的高盐、高氮特性。进一步对污水中的总氮指标进行分析，污水中的氨氮和亚硝酸盐的浓度较低而硝酸盐的浓度最高且波动最大，因此对污水处理的关键在于如何祛除水质中的硝酸盐氮。

2 净化工艺分析

2.1 生物脱氮机理

目前常用的除去水中硝酸盐的方法主要包括了电化学法、生化法。生化法虽然经济性好、净化效果彻底，但由于污水中的COD 较低，难以满足反硝化所需的碳源需求，而且整个处理过程中的厌氧、好氧时机难以控制，对微生物的活性会产生较大的抑制作用，影响生化反应的正常进行。

根据上述分析，提出采用颗粒滤料来对生物膜进行固定的生物滤池技术，其能够把高效生化、截留悬浮固体的功能集于一体，为硝化和反硝化细菌的生长提供合适的生长环境。同时采用颗粒滤料对生物膜进行固定后能够增加反硝化容积负荷、增强抗冲击特性。

2.2 生物脱氮工艺路线

根据生物脱氮需求，在进行脱硫脱硝污水处理的过程中选择了“缺氧-好氧-好氧三段式生物滤”工艺[2]，其流程如图1 所示。

由图1 可知，脱硫脱氮污水先进入到污水池中和低盐分的污水相混合后加入一定的碳源，然后先在一级反硝化滤池中进行硝酸盐、氮的处理，然后分别进入到二级曝气池和三级曝气池中对污水进行综合处理，避免因碳源加入、水质批次波动等原因导致的水质净化波动稳定[3]。为了进一步提升污水净化处理效果，保证污水处理的一致性，在过滤系统中设置了一个回流段，对高污染度的污水进行回流净化处理，处理后的污水排入到监控池中，避免影响含盐污水处理系统的稳定性。

3 实验验证分析

根据生物脱氮工艺流程，取化工污水，利用酒精作为氮源。在设置配比时候，把污水和纯净水的体积配比设置为1∶1，在实验时，逐步减少纯净水的用量，模拟不同浓度的污染水源。对水质的观测频率设置为每天1 次[4]，实验验证结果如图2 所示。

图2 试验验证结果汇总表

由表2 分析可知，当污水的稀释比例为50%的情况下，出水口位置硝酸盐的浓度逐步降低，在运行平稳后，连续多天硝酸盐氮的祛除率达到了100%。在平稳运行15 d 时对硝酸盐氮的平均祛除率达到了95.6%，具有良好的脱氮效果。

在净化趋势发展稳定后，把污水和纯净水的体积配比设置为3∶1，发现对污水的净化处理效果迅速变差，而且在改变浓度后的5 d 内，对污水中硝酸盐氮的平均祛除率仅有55.3%。对系统进行清理发现，在反应器填料层的顶部存在着大量的生物膜脱落物[5]，当把进水完全转换为脱硫脱硝的污水后，系统对污水的处理效果会加剧变差。

根据上述分析，基于生物脱氮的脱硫废水净化处理技术，能够满足对污水的脱氮处理，而且当污水和纯净水的体积配比为1∶1 时，能够达到最优的净化处理效果。

4 实际运行分析

根据试验验证情况，混合池的容积设置为27 m3/h，将污水处理系统12 m3/h 的污水和清水按1∶1 的体积比进行稀释。为了满足整个厂区的污水净化处理需求，在厂区内设置了8 座生物净化处理过滤池，每一个生物净化过滤池都是一个完整的生物净化处理系统[6]，包括了3 座并联的滤池，分别用于“缺氧-好氧-好氧三段式生物滤”。在反应过程中，一级反硝化曝气生物滤池中停留的时间为3 h，二级反硝化曝气生物滤池和三级反硝化曝气生物滤池的停留时间均为4 h。滤池内均设置有单独的反冲洗装置，利用气-水联动反冲洗技术方案，每隔3 d 对一级滤池清洗一次，每隔7 d 对二级滤池清洗一次，每隔15 d 对3 级滤池清洗一次，保证滤池的使用可靠性[7]。生物脱氮净化处理装置如图3 所示。

图3 生物净化脱氮处理装置示意图

根据实际验证，在经过生物脱氮处理后，出水口处的硝酸盐氮的平均质量浓度从294.6 mg/L 降低到了21.4 mg/L，硝酸盐氮的平均祛除浓度达到了92.7%。对污水的处理成本由最初的1.86 元/m3，降低到了目前的0.52 元/m3，净化处理成本平均降低了72.1%，显著提升了污水的处理效果和处理经济性。目前该基于生物脱氮的污水净化处理技术已经在多个化工企业投入应用，取得了较好的应用效果。

5 结论

为了解决脱硫脱硝污水净化处理成本高、污水中氮处理不彻底的问题，提出了一种基于生物脱氮的净化处理工艺。通过设置“缺氧-好氧-好氧三段式生物滤”流程，实现了对污水中氮的高效、经济祛除，实际应用表明：

1）采用颗粒滤料来对生物膜进行固定的生物滤池技术，能够为硝化和反硝化细菌的生长提供合适的生长环境，增加反硝化容积负荷、增强抗冲击特性。

2）“缺氧-好氧-好氧三段式生物滤”工艺能够根据微生物的活性，针对性地增加其在不同阶段的处理能力，保证对污水处理的彻底性。

3）该技术对水中硝酸盐氮的平均祛除率达到了93.7%，净化费用比优化前降低了74.6%。极大提升了污水处理经济性和可靠性。