兩級A/O工藝在高氮循環(huán)水中的優(yōu)化研究及運用

李 紹

(云南云天化股份有限公司 云峰分公司 合成氨廠，云南 宣威 655413)

兩級A/O工藝在高氮循環(huán)水中的優(yōu)化研究及運用

李 紹

(云南云天化股份有限公司 云峰分公司 合成氨廠，云南 宣威 655413)

隨著經(jīng)濟化建設(shè)的快速發(fā)展，我國化工工業(yè)的發(fā)展速度也越來越快，在化工生產(chǎn)過程中，循環(huán)水中經(jīng)常會有大量的廢水產(chǎn)生，其中普遍具有較高的氮含量，而這些循環(huán)水中產(chǎn)生的廢水如果排放到自然界中，會造成非常嚴重的水體污染。A/O工藝是當前非常主流的一種廢水處理技術(shù)，對于高氮廢水來說，有著很好的應(yīng)用效果及前景。本文便從在廢水處理過程中，對生物脫氮產(chǎn)生影響的因素為研究基點，分析水處理工藝的選擇與處理流程，通過實驗的方法來研究對A/O工藝的改良與優(yōu)化途徑，最后討論整個廢水處理的系統(tǒng)運行情況以及工藝調(diào)試。

A/O工藝；高氮廢水；應(yīng)用；優(yōu)化

我國是水資源短缺國家，而且水資源污染問題非常嚴峻，從環(huán)保部門的調(diào)查數(shù)據(jù)來看，高氮廢水的排放已經(jīng)成為水體富營養(yǎng)化的"元兇"，其中，氨氮為主要污染物。在這種條件下，我國除了大力推廣環(huán)保清潔的生產(chǎn)技術(shù)以外，還需要選擇一種高效、穩(wěn)定、清潔、經(jīng)濟的廢水處理工藝，以迎合我國對工業(yè)廢水的處理要求，由此，A/O工藝應(yīng)運而生。這種技術(shù)早在上個世紀九十年代便已經(jīng)在很多發(fā)達國家廣泛使用，而我國對該工藝的應(yīng)用時間較短，但在實際工程中卻得到了廣泛的應(yīng)用，有著非常廣大的應(yīng)用前景。

1 A/O工藝的脫氮原理

A/O工藝屬于單級活性污泥工藝，該工藝的主要特點是前置反硝化。整個脫硝系統(tǒng)中最主要包括以下三個組成部分：第一，A池，在該池中，反硝化細菌主要以碳源為基礎(chǔ)，通過反硝化作用轉(zhuǎn)化回流硝化液，從而達到將硝態(tài)氮變成氮氣的目的；第二，O池，在該池中，硝化細菌主要以堿液為基礎(chǔ)，將水中的氨氮通過氧化作用轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，并將水中剩余的有機物進行降解；第三，沉淀池，該池主要用于對處理完成之后的污水進行沉淀[1]。在A/O工藝中，還包含污泥回流與硝化液回流系統(tǒng)，所以，需要額外向A池與O池中投入碳源與堿液。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，A/O工藝也逐漸發(fā)展除了一些優(yōu)化工藝，如多級A/O工藝、A-A/O工藝、A﹢A-A/O工藝等，這些優(yōu)化工藝相比于傳統(tǒng)工藝的操作更加簡單，處理效果更好，在當前我國很多污水處理中也都有所應(yīng)用。

2 生物脫氮的影響因素

對生物脫氮過程可能產(chǎn)生影響的因素主要包括以下幾方面：

第一，酸堿度。氨氧化菌的適宜反應(yīng)酸堿度為7.0～8.5；亞硝酸鹽氧化菌的適宜反應(yīng)酸堿度為6.0～7.5，所以，在酸堿度小于6.0，或大于8.5時，便會在很大程度上影響硝化反應(yīng)。

第二，溫度。5～35℃是硝化反應(yīng)過程中適宜的反應(yīng)溫度，溫度越高，反應(yīng)速度越快，在溫度低于5℃，或高于35℃時，硝化菌的反應(yīng)速率都會下降，甚至停止。

第三，溶解氧。硝化反應(yīng)需要建立在好氧條件下，溶解氧濃度的高低不僅會對硝化反應(yīng)的反應(yīng)速率產(chǎn)生影響，還會影響硝化反應(yīng)的代謝產(chǎn)物。一般情況下，活性污泥中的溶解氧需要控制在2-3mg/L，如果運用生物膜法，需要大于3mg/L。

第四，碳氮比。碳氮比是對活性污泥中硝化菌比例產(chǎn)生影響的主要因素，由于硝化菌在進行代謝的過程中無需有機質(zhì)，因此，水中BOD5的濃度越低，表示水中硝化菌的含量越高，消化反應(yīng)的效果也就越好，一般情況下，要求COD/TKN>8，且BOD5/TKN>5[2]。

第五，污泥齡。該指標是對廢水進行硝化管理的主要控制目標，如果污泥齡較低，會降低硝化細菌在硝化過程中的硝化速率。

第六，循環(huán)比。循環(huán)比是運用A/O工藝進行廢水處理過程中非常重要的一個參數(shù)，不僅會對脫氮效果產(chǎn)生影響，還會左右系統(tǒng)的動力消耗。如果循環(huán)比小于50%，脫氮率非常低；大于50%且小于200%，脫氮率會越來越高；大于200%，脫碳率的提升速度減緩[3]。

3 工藝選擇與處理流程

一般情況下，工業(yè)生產(chǎn)所排出的廢水中，所含有污染物濃度普遍較高，變化也相對較大。目前中小型化工廠，其所排出的廢水中所含有的污染物多達40余種，有毒有害與難以降解的污染物也有很多，屬于高氮難降解的化工廢水，因此，可以選擇水解+兩級A/O工藝對污水進行處理。其中，水解酸化池是廢水處理的前期設(shè)備，能夠?qū)U水中的一些大分子污染物分解成為比較容易降解的物質(zhì)，不僅能夠在很大程度上提升水體的BOD5/CODcr值，還能夠提升水體的可生化性，奠定之后兩級A/O工藝的處理基礎(chǔ)[4]。通過A/O工藝對高氮廢水進行硝化--反硝化處理，能夠?qū)U水中的氨氮有效清除。

兩級A/O工藝中主要包含兩個A/O池，兩者之間呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系，廢水在經(jīng)過格柵池以及水解酸化池等物理處理步驟之后，便進入到兩級A/O池中，并在池中各自進行硝化液循環(huán)反應(yīng)，然后流入到二沉池進行沉淀，其中，污水回流過程需要以污泥井為基礎(chǔ)，通過回流泵重新流入到A/O池中。該工藝具有出水穩(wěn)定、抗沖擊能力強等特點，所以，即便在水體氮含量較高的情況下，也能夠在很大程度上發(fā)揮出工藝的脫氮作用，并充分利用原水中存在的碳源，提升碳源在廢水處理過程中的利用率，優(yōu)化工藝處理效果，具有更高的經(jīng)濟性。

4 實驗裝置與實驗過程

4.1 實驗裝置

實驗裝置的組成材料為聚氯乙烯與玻璃鋼，反應(yīng)器的形狀為廊道狀，寬與深均為100cm，長1750cm，容積為1750L，其中分為兩段，缺氧段為500L，好氧段為1250L。其中，缺氧段采取缺氧運行；好氧段的底部設(shè)有曝氣軟管，通過攪拌器使固液混合物的均勻度提升，并運用空壓機進行曝氣。另外，二沉池的容積為250L，主要運用的是豎流方式進行排泥，通過潛水泵來控制系統(tǒng)進水以及硝化液回流，通過蠕動泵來控制回流污泥量。在污泥馴化過程中，溫度為15～26℃；污泥濃度為1500～3500mg/L；回流比為200%～300%[5]。

4.2 填料參數(shù)

兩級A/O工藝是實驗主要的處理裝置，水解酸化池布置在該處理系統(tǒng)的前端，因此，實驗用水可以選用水解酸化池中的水。實驗所用的填料主要為聚烯烴，是一種立體彈性填料，有著很強的耐高壓性、耐腐蝕性、耐老化性以及耐熱性，不僅填充性能好，而且使用壽命較長。因為填料在設(shè)計過程中選擇的是彈性絲條結(jié)構(gòu)，所以，無論脫膜，還是掛膜，都相對容易，而且沒有死角，管理比較方便。在實際運用過程中，還需要以工程的實際情況為基礎(chǔ)，有針對性的選擇組裝方式與絲條粗細度，從而滿足不同廢水對厭氧、好氧、兼氧的處理需求。

4.3 測定項目與處理效果

實驗需要運用的儀器包括COD消解器、天平、可見分光光度計(紫外)、PH計、溶解氧測定儀、空氣壓縮機等。在實驗過程中，需要對系統(tǒng)進出水的水質(zhì)進行分析，分析的項目有CODcr、TP、Cl-、pH值以及NH3-NTN等，所有項目都需要嚴格依照我國環(huán)保總局規(guī)定的標準進行檢測與分析[6]。

工業(yè)廢水的水質(zhì)相關(guān)指標如下表1所示：

表1 實驗廢水水質(zhì)指標

在運用兩級A/O工藝對工業(yè)廢水進行處理之后，得到的水質(zhì)指標如表2。

表2 經(jīng)工藝處理后的水質(zhì)指標

由此可見，兩級A/O工藝在處理高氮循環(huán)水中的廢水有明顯的效果。

4.4 污泥接種

工業(yè)廢水不僅水質(zhì)工程比較復(fù)雜，而且一些廢水還具有一定毒性，因此，污泥的馴化過程也相對較難，為了節(jié)省微生物馴化時間，實驗直接運用某化工廠已有的硝化污泥，以更好的適應(yīng)合成氨廢水，氨氮濃度直接運用原水解酸化池的濃度。主要的培養(yǎng)方式為連續(xù)少量進水，首先設(shè)定進水量為8L/h，在水位滿足要求時開啟曝氣系統(tǒng)，在這個過程中，需要對水體中的氯離子、溶解氧、COD以及NH3-N進行測定。如果末端反應(yīng)器中的COD與NH3-N的去除率都大于75%，那么可以適當提高進水流量。培養(yǎng)過程需要持續(xù)10周左右，在去除率達到標準以后，便可以將進水流量提升為10L/h，在保持穩(wěn)定的去除率7周以后，可以將進水流量提升為20L/h。

5 系統(tǒng)運行與工藝調(diào)試

以工藝流程為基礎(chǔ)，對整個系統(tǒng)進行調(diào)試，在確保整個污水處理系統(tǒng)能夠正常運行以后，再對污泥系統(tǒng)進行調(diào)試。前者的調(diào)試順序為：格柵--水解酸化池--泵房--A/O處理系統(tǒng)--二沉池--消毒池--在線檢測--排水；后者的調(diào)試順序為：污泥井--脫水--外運[7]。

在進行工藝調(diào)試的過程中，首先需要在A/O池中進行菌種接種，運用多點投放、大力沖刷的方式進行菌種投加。先在接種池中注滿水，之后在池中投入接種污泥，之后進行悶曝，在這個過程中，最佳的狀態(tài)為氣泡細膩、氣量適中、翻滾均勻，并定期對池中的溶解氧、COD以及pH值等參數(shù)進行測定，以測定結(jié)果為基礎(chǔ)，對堿度與甲醇進行適當補充。在時間的作用下，池中開始逐漸形成菌膠團的雛形，但這時的污泥結(jié)構(gòu)還處于一個比較松散的狀態(tài)下，如果接下來出現(xiàn)了變形蟲等游離細菌，那么說明初期培養(yǎng)成功，在此期間，還需要測定溶解氧以及MLSS的測定，并做好記錄。

在調(diào)試初期，流量進水可以保持在50m3/h，之后以化驗結(jié)果為基礎(chǔ)，進行有針對性的調(diào)整，在末端反應(yīng)池中相關(guān)污染物的去除率達到75%以上時，則可以適當將進水量提升20%；在提升進水量質(zhì)量，污染物的去除率仍然可以達到75%以上時，可以將進水量提升到設(shè)計處理量；如果進水量提升之后的污染物去除效果不好，也可以將進水量適當調(diào)低，整個調(diào)試過程大約需要用時10個月[8]。污水站與實驗裝置之間無論在啟動方面，還是在運行方面，都存在很大程度上的相關(guān)性，所以，實驗設(shè)置與污水站建設(shè)之間的關(guān)系非常密切。

6 結(jié)論

綜上所述，化工工業(yè)循環(huán)水中的廢水普遍具有很高的氮含量，在排入到自然界中以后，會對自然水體產(chǎn)生非常嚴重的污染，所以，工業(yè)企業(yè)不僅需要運用先進的生產(chǎn)工藝，還需要運用高效的污水處理工藝，而A/O工藝便是在這種條件下誕生的，隨著技術(shù)的不斷成熟，又優(yōu)化出了兩級A/O工藝、A-A/O工藝等先進工藝，對于高氮廢水都有著非常好的處理效果，本文主要針對生物膜法的兩級A/O工藝進行了研究，實驗表明，該工藝能夠有效降低工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中廢水的氮含量。

[1] 彭華平，周少奇，孫振興,等.O/A/O工藝處理化工綜合含氮廢水運行優(yōu)化研究[J].水處理技術(shù)，2011(5)：95-98.

[2] 王白楊，果志強，王會平等.兩段ABR-A/O工藝在高濃度硫酸鹽制藥廢水處理中的應(yīng)用[J].給水排水，2010(4)：69-71.

[3] 楊 斌.二段A/O工藝在造紙廢水處理中的應(yīng)用與運行[J].中國建設(shè)信息(水工業(yè)市場)，2010(4)：42-45.

[4] 鄧良偉，蒲曉東，王智勇等.畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧消化液好氧處理研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國沼氣，2015(5)：3-10.

[5] 駱其金，諶建宇，葉萬生，等.氮肥行業(yè)高氨氮廢水處理工藝應(yīng)用及研究進展[J].工業(yè)水處理，2013(2)：1-4.

[6] 歐陽二明，王 娜，王白楊，等.A/O-BIOFOR組合工藝在混裝制劑廢水處理中的應(yīng)用[J].給水排水，2013(5)：63-66.

[7] 金 源，吳燕紅，夏建新,等.工業(yè)廢水中的生物脫氮工藝及其應(yīng)用效果比較[J].中央民族大學學報(自然科學版)，2014(2)：81-87.

[8] 易欣怡，韋朝海，吳超飛,等.O/H/O生物工藝中焦化廢水含氮化合物的識別與轉(zhuǎn)化[J].環(huán)境科學學報，2014(9)：2190-2198.

(本文文獻格式：李 紹.兩級A/O工藝在高氮循環(huán)水中的優(yōu)化研究及運用[J].山東化工，2016，45(04)：133-134，137.)

2016-01-19

李 紹(1984—)，云南元江人，助理工程師，主要從事化工生產(chǎn)管理。

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1008-021X(2016)04-0133-02