高鹽高有機廢水脫氮應用厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化的處理分析

李翠翠

摘要：在工業發展過程中，不可避免會產生大量高鹽高有機廢水，其不僅處理難度大，效率低，而且投資大、耗能大，將會有少量廢水直接向河流排放，誘發水質污染。此時就需要對高鹽高有機廢水處理給予高度重視。如今，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理在高鹽高有機廢水脫氮中得到了廣泛應用，并取得了比較理想的應用效果，其既能夠滿足除氮脫碳效果，而且還符合生態可持續發展要求。

關鍵詞：高鹽高有機廢水;厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化;脫氮效果

如今，隨著化工業的發展，在醫藥、農藥、造紙、紡織、印染等行業生產和使用階段，不可避免會有大量高鹽有機廢水產生，其中含有大量有機物和無機鹽。高鹽有機廢水具有COD高、鹽度高、化學成分復雜、酸堿性強、生化性差、毒性大等特點。通常情況下，高鹽有機廢水包含難降解有機物及油類、較高濃度可溶性無機鹽等物質，如果直接選擇生化法進行處理，不僅投入成本高，而且處理效果不理想。如果直接將高鹽高有機廢水向外界排放，其中所含有的難降解毒性有機物和可溶性無機鹽等會嚴重影響土壤和水體，誘發環境污染。這就對高鹽高有機廢水處理提出了嚴峻挑戰，此時厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理應運而生，并取得了比較理想的應用效果，下面對其試驗過程進行詳細介紹。

1.材料和方法

1.1試驗裝置

本次試驗過程中，選擇了ASBBR、SBR和UASB反應器，如圖1所示。

因為ASBBR與SBR反應器選擇了間歇式進出水，而UASB選擇了連續式進出水，并且將兩個調節池設置在三個反應器中間。ASBBR、SBR和UASB反應器有效容積分別為40L、10L、12L，調節池有效容積為20L。

1.2試驗原水

本次試驗所選擇的原水水質情況如表1所示。

1.3運行條件

在ASBBR反應器穩定運行時，選擇了SBR運行方式，其可以實現瞬時進出水，并且在運行過程中，HRT為 48h，溫度為 30～32℃，排水比為1/2，不提供水力攪拌，采用 NaOH 溶液來對進水pH進行調節，控制在7.0～7.2。

SBR反應器穩定運行時可以滿足部分亞硝化出水運行條件，此時的反應器選擇了SBR運行方式，試驗條件為：進、出水各20min，靜置沉淀 80min，連續攪拌和曝氣10h，運行期間HRT為24h，SRT為30d，排水比為1/2，DO平均為 0.42mg/L，溫度為29～30℃，根據HCO3-/NH4+=1的比例來對KHCO3進行添加，將ASBBR出水和SBR進水的pH值調節至7.7～7.9。

在UASB反應器穩定運行時，可以選擇連續式進出水，運行過程中溫度為（33±1）℃，HRT為24h，不需要對UASB進水、SBR部分亞硝化出水的pH值進行調節。

1.4測試方法

在ASBBR、SBR和UASB反應器運行過程中，對所有反應器進出水的COD、TN、NO2--N、NH4+-N、NO3--N以及pH進行每天監測。選擇重鉻酸鉀法進行COD檢測，選擇紫外分光光度-過硫酸鉀氧化法進行TN 檢測，選擇N-1-萘乙二胺分光光度法進行NO2--N檢測，選擇納氏試劑分光光度法進行NH4+-N檢測，選擇紫外分光光度法進行NO3--N檢測，選擇便攜式 pH 計（YSI pH100，USA）進行pH值檢測。

2.厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理結果

2.1 COD去除效果

通過對試驗過程進行連續30d測定，得到如圖2所示的高鹽高有機廢水COD去除效果。通過對圖2進行分析可以發現，COD平均濃度為 3883mg/L的高鹽高有機廢水，通過處理后出水COD平均濃度下降至127.0mg/L，總去除率平均值高達96.7%。在試驗過程中，ASBBR、SBR、UASB反應器對應的進水COD容積負荷依次為1.94 kg/（m3·d）、0.42 kg/（m3·d）、0.33 kg/（m3·d），其出水COD平均濃度依次為417.1mg/L、331.8mg/L、127.0mg/L。同時，ASBBR、SBR、UASB反應器對COD平均去除率依次為89.3%、20.3%、61.8%，平均去除分擔率依次為92.3%、2.3%、5.5%。由此可以發現，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理過程中，主要由 ASBBR 厭氧工藝承擔COD的去除，UASB 厭氧氨氧化工藝和SBR部分亞硝化工藝只承擔少部分COD去除任務。通過分析得知，因為ASBBR反應器中配備了耐鹽微生物系統，大多數易降解的有機物能夠通過厭氧處理而實現降解，大大提高了COD的總去除率。而在SBR和UASB反應器中，所采用的微生物主要是以厭氧氨氧化細菌和氨氧化細菌為主，并進行厭氧氨氧化和亞硝化反應，然而因為溶解氧比較低，加之反硝化反應的存在，只能使COD略有去除。

2.2 組合工藝脫氮效果

2.2.1 TN的去除效果

通過對圖3進行分析發現，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化工藝中，進水TN平均濃度為 226.4mg/L，出水TN平均濃度為 28.2mg/L，所對應的總去除率平均值為87.5%。同時，ASBBR、SBR、UASB 反應器對應的進水TN容積負荷依次是0.113 kg/（m3·d）、0.216 kg/（m3·d）、0.209 kg/（m3·d），對應的出水TN平均濃度依次是216.2mg/L、209.0mg/L、28.2mg/L。各反應器對TN去除分擔率依次是5.1%、3.7%、91.2%，對TN平均去除率依次是4.5%、3.3%、86.5%。本次試驗過程中，TN去除一般是由UASB厭氧氨氧化工藝負責進行，而SBR 部分亞硝化工藝和ASBBR 厭氧工藝對TN去除所起到的作用比較小，但是與SBR 部分亞硝化工藝相比，在TN去除分擔率方面，ASBBR 厭氧工藝相對高一些，主要是由于在厭氧條件下，ASBBR中發生反硝化反應，可以使高鹽高有機廢水的硝氮得到有效去除，從而使廢水中TN濃度降低。在SBR反應器中，因為只是進行了部分亞硝化反應，致使廢水中氮含量未發生明顯降低，然而由于曝氣的存在將會出現氨吹脫作用，導致TN微量降低。在 UASB 中通過厭氧氨氧化過程，可以使高鹽高有機廢水中的氮素得到有效去除，繼而降低廢水中的TN濃度。總之，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理過程，可以確保高鹽高有機廢水達到脫氮處理目標。

2.2.2亞硝氮、硝氮和氨氮去除效果

通過對圖4進行分析發現，進水NH4+-N平均濃度為81.9mg/L，出水NH4+-N平均濃度為 1.4mg/L，所對應的總去除率平均值為98.2%。同時，高鹽高有機廢水中NO2--N、NO3--N對應的平均濃度依次是0mg/L、17.1mg/L，通過處理后，出水NO2--N、NO3--N對應的平均濃度依次是1.8mg/L、24.0mg/L，由此得知NO2--N、NO3--N含量在處理后略有增加，主要是由于高鹽高有機廢水中不含有NO2--N，但是ASBBR的出水經過SBR部分亞硝化處理后，將會有大概一半的NH4+-N轉化成NO2--N，從而符合UASB厭氧氨氧化處理要求。

2.2.3各反應器氮素變化情況

通過對圖5 ASBBR 厭氧反應器氮素變化情況進行分析發現，進水TN、NH4+-N、NO3--N對應的平均濃度依次是226.4mg/L、81.9mg/L、17.1mg/L，出水TN、NH4+-N、NO3--N對應的平均濃度依次是216.2mg/L、 214.5mg/L、1.2mg/L，其中TN、NO3--N對應的平均去除率依次是93.1%、4.5%。高鹽高有機廢水通過ASBBR厭氧處理后，在反硝化作用下，廢水中NO3--N被還原成NO、N2O，最終生成N2而被徹底去除。因此，ASBBR 厭氧反應器能夠將廢水中大多數氮素轉化為NH4+-N，從而使出水氮素中只包含NH4+-N，滿足廢水處理需求。

通過對圖6 SBR半亞硝化反應器氮素變化情況進行分析發現，進水、出水對應的TN平均濃度依次是216.2mg/L和209.0mg/L。ASBBR 出水通過SBR部分亞硝化處理后，TN基本上未見降低，平均去除率僅為 3.3%，只要是由于在低溶解氧環境和氨吹脫作用下，加之好氧反硝化、硝化反硝化、厭氧反硝化等反應，將會導致微弱的氮損失。

通過對圖7UASB厭氧氨氧化反應器氮素變化情況進行分析發現，高鹽高有機廢水處理后，NH4+-N、NO2--N對應的平均去除量和NO3--N平均生成量比值是1：1.11：0.19，接近理論值 1：1.32：0.26。由此可以發現，通過UASB 厭氧氨氧化反應器能夠使ASBBR和SBR處理后的高鹽高有機廢水中TN、NH4+-N、NO2—N濃度大大降低，進而滿足高鹽高有機廢水脫氮要求。

3.結束語

綜上所述，高鹽高有機廢水由于具有比較高的含鹽量和難降解、較復雜的有毒有機物，大大增加了廢水處理難度。而厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化工藝不僅可以滿足廢水處理要求，達到預期的脫氮效果，而且還可以滿足生態環保要求。

參考文獻：

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