淺析前置反硝化脫氮技術

摘 要：現國家要求工業污水處理外排總氮指標為≦40mg/L，因此前期污水處理中沒有針對總氮要求的須進行工藝改良。本文根據新疆天利集團污水場運行情況，在進行工藝改進后，即前置反硝化技術，對反硝化實際脫氮效果進行總結，以及對際操作中影響脫氮效果的因素進行分析，通過脫氮有關理論，結合實際操作，得出如何將脫氮效果達到最佳。

關鍵詞：反硝化；生物濾池；總氮；污水處理；脫氮

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.023

新疆天利集團污水場原有工藝為法，為降低總氮，在厭氧池和缺氧池之間再加一反硝化生物濾池。并將傳統活性污泥池末端的硝化液回流到反硝化生物濾池。本文通過實際操作，簡述了前置反硝化對污水中總氮、有機物及懸浮物的處理效果，討論碳源、pH值、溫度、回流比、來水流量及水中有毒物質等因素對前置反硝化脫氮效果的影響。并提出目前運行存在的問題以及未來有怎樣好的發展，為相關理論研究以及污水場實際運行提供參考依據。

1 前置反硝化流程介紹

本工藝流程為廢水先進入厭氧池，對廢水進行水解，酸化，也進行氨化，再進入新加的反硝化生物濾池，后流入缺氧池，最后進入活性污泥池，廢水中的含氮有機物被微生物迅速氨化為氨氮，進而氨氮被亞硝化細菌，硝化細菌分解轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。而活性污泥池末端出水一部分回流到反硝化池。在反硝化池中，該部分廢水中的硝酸鹽，即硝化液，在反硝化細菌作用下，被分解為氮氣和氧化氮氣體而逸出水體被去除。至此，完成生物脫氮[1]。

2 前置反硝化對污染物的處理效果

2.1 對總氮的處理效果

污水中的含氮物主要有： 有機氮、亞硝酸氮、氨氮及硝態氮，它們的總和稱為總氮（ TN） 。水中各態氮通過前置反硝化都能得到良好的處理。通過近兩年的運行情況，上游來水進生化系統 TN平均為160mg/L，而生化末端出水約為60mg/L。明顯超出國家要求。而通過前置反硝化，近一年半的化驗分析數據為反硝化池TN為15mg/L左右，而外排出水TN為6mg/L。大大的降低了TN，達到國家要求排放值。說明前置反硝化對于脫氮有明顯作用。

2.2 對有機物及懸浮物的去除

前置反硝化池內有填料，因此有著較強的截留過濾能力，且填料表面上附著的生物膜具有吸附和氧化分解作用，能夠很好的去除污水中的有機物及懸浮物。在原來工藝中，外排出水COD約為55mg/L，且不定時大于60mg/L。出水不達標，是一件頭疼的事。為此下了很大功夫，常常調節回流比，降低負荷，給微生物添加營養鹽等，花費巨大，操作頻繁且效果不明顯。而有了反硝化池，近一年半的外排出水COD為28mg/L左右。說明前置反硝化，它不僅能脫氮而且能去除污水中的部分有機物，為后面活性污泥全面去除有機物提供幫助。

3 討論不同因素對反硝化脫氮效果的影響

3.1 碳源對反硝化脫氮的影響

新疆天利集團污水場由于只是進行硝化液回流至反硝化池，硝化液中主要為硝酸鹽和亞硝酸鹽，因此反硝化池中缺少微生物所需的碳源。目前，國內外常把液態碳源（ 如甲醇、乙醇） 以及可降解聚合物的同體碳源（ 如纖維素、淀粉） 作為反硝化脫氮的外加碳源。前者對污水的處理效果較好，但投入成本較多。后者的成本較低，但會造成部分的后續處理問題。 本工藝采用投加甲醇為碳源，為微生物補充所需營養。在實際運行中，發現并不是甲醇投加的越多，處理效果就越好。相反，若投加過多，會影響總排COD值。根據理論[2]，即碳氮比為13.5，此時對總氮和COD去除效果最佳。本污水場，處理污水量為90m3/h，回流比為110%，甲醇投加為20m3/h為最佳。

3.2 pH對反硝化脫氮的影響

趙樑等[3]探究了pH值與反硝化生物濾池中硝態氨處理效果的關系，結果表明： 控制 pH= 8，DNBF 對污水中硝態氮的處理能力最強，且去除率高達99.4% 。因此反硝化池中pH須保持微堿性。若控制不當，會影響反硝化細菌的生長速率和反硝化酶的活性。由于反硝化反應時會產生堿度，這對于緩解廢水pH值變化有幫助，會補充部分堿度。因此在實際操作中，發現反硝化池pH變化較少，基本維持在7～8左右。只是偶爾的波動。（上游因酸泵漏而將大量硫酸流入污水中，導致pH降低）。

3.3 溫度對反硝化脫氮的影響

反硝化適宜的溫度為15～30℃，若超此范圍，反硝化菌的增長速率及代謝能力便會迅速減弱，反硝化效率也會隨之下降。張業建對前置反硝化生物濾池系統研究發現，18～24℃時硝化菌和反硝化菌活性較高，總氮去除率可達到90%，溫度過低時，胞外水解酶活性受限，總氮去除率下降[4]。

在實際操作中，天利集團污水場位于新疆，夏天溫度高，污水溫度常常高于30℃，有時甚至高于35℃，此時反硝化池出水總氮會上升至30mg/L，外排總氮也上升至15mg/L。因此不得不給來水降溫，使反硝化池溫度降低28℃左右。而到冬天，氣溫又很低，剛開始還沒調整溫度時，數據表明，每年到11月份，剛開始反硝化池和外排總氮都會上升。我們又必須給來水升溫，使保持在25℃左右。這樣才能保持對總氮去除的穩定。

3.4 回流比對反硝化脫氮的影響

馬秋瑩等[5]采用了前置反硝化生物濾池，研究了回流比與 TN 的處理能力的關系。結果發現： 回流比從 50%升至100%，去除效果不斷上升； 從100%升至150% ，去除效果開始下降。表明了回流比為 100% 時，反硝化對TN的處理能力最強且運行費用較低，平均去除率為 86.45% 。

在實際操作中，我們會根據來水流量進行調整回流比，使之達到100%，實際中要考慮水力損失，因此回流比控制在為110%，結果發現，脫氮效果良好。

3.5 其他因素對反硝化脫氮的影響

除上述因素外，來水流量，來水中的有毒物質對脫氮也有一定影響。如來水流量過小，反硝化細菌所需營養達不到要求，脫氮效果就會大大下降。而來水流量過大，在反硝化池停留時間就會縮短，來水與反硝化菌接觸時間短，無法充分結合，造成總氮去除率下降；此外，來水流量過大，加劇了對生物膜的沖刷，生物膜變薄，生物量流失，反硝化需要的缺氧環境減少，反硝化受到影響，TN 去除率也會下降。根據實際運行情況，反硝化池為2座容積為1140m3，來水流量控制在85～95m3/h，運行效果為最佳。

而來水中有毒物質也會影響脫氮的正常運行，若水質有問題，須進行調節處理，使之達到要求，一般有毒物質是重金屬離子和某些陰離子。

4 總結相關因素對脫氮效果的影響

天利集團污水場處理能力最大為200m3/h，而實際為70～150m3/h，上游來水主要特點為含油，含萘，低聚物，烴類，DMF等。這些物質很難被微生物降解，且含有一定的毒性。通過實踐總結，結合相關理論文獻，得出：碳氮比為13.5，pH在7～8左右，溫度在25～28℃，回流比保持在100～110%，處理水量控制在85～95m3/h，則脫氮效果目前為最佳，反硝化池出水TN為15mg/L左右，外排TN為6mg/L。

5 現在運行存在的問題及未來展望

目前，前置反硝化生物濾池只運行了一年半，操作中還存在些問題，如懸浮物較多，雖然比之前下降了一些，但出水仍然很高。而以投加甲醇為碳源，成本較高，且甲醇有毒易燃易爆，操作過程存在隱患。此外，反硝化池中填料材質為聚丙烯，雖然易于掛膜，比表面積大，但很容易被來水沖擊，經常被打爛，隨出水流出。

對于前置反硝化脫氮，效果明顯。但仍然還有更進一步的效果。對此，在以后的工作中我將努力探討追尋，爭取將TN降的更低。對于出水懸浮物較高，需要努力解決。而投加甲醇為碳源，我想可以用二沉池中剩余污泥來補充，以此來降低甲醇用量，甚至取代甲醇，這都是有可能的。對于反硝化池中的填料，目前易破損，將來是否可以制造出質量效果更好的填料，這也值得期待。

參考文獻：

[1]張劍鋒.活性污泥法工藝控制[M].中國電力出版社，2011（03）：

187-189.

[2]Konstantinos K A，Vasiliadou I A，Tekerlekopoulou A G，et al.Effect of C/N ratio and support material on heterotrophic denitrification of potable water in bio-filters usingsugar as carbon source[J].International Biodeterioration& Biodegradation，2016（111）：62-73.

[3]趙樑，倪偉敏，賈秀英等.初始 pH 值對廢水反硝化脫氮的影響[D].杭州：杭州師范大學，2014.

[4]張業健，葉海仁，鄭向勇等.溫度對A/O生物濾池運行效果影響的試驗研究[C].武漢：2011年環境污染與大眾健康學術會議，2011.

[5]馬秋瑩，李東，封莉等.前置反硝化生物濾池深度脫氮效能與影響因素[J].環境工程學報，2017，11（09）：4932-4936.

作者簡介：張凱（1989-），男，陜西銅川人，本科，污水場班長，研究方向：污水處理，主要從事污水場的工藝、設備管理、以及一些污水提標改進項目。