基于生物脫氮的煙氣脫硝污水凈化技術(shù)研究

紀 軼，邊志明，房寧寧

（山東省淄博生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 淄博 255000）

0 引言

在化工生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的煙氣，這些煙氣中含有硝化物，為了保證煙氣的排放質(zhì)量，目前主要通過選擇性催化還原脫硝、LoTOx技術(shù)等來對煙氣中的硝化物進行過濾。其中LoTOx技術(shù)在處理過程中先利用臭氧對煙氣中不可溶的一氧化氮和二氧化氮進行強制氧化，使其形成可溶性的五氧化二氮，然后再洗滌塔中通入過濾液體，使五氧化二氮溶入到水中形成硝酸，從而達到快速脫硝的目的。該方案的脫硫效果好、工藝流程簡單，但是在凈化過程中會產(chǎn)生含有大量硝酸鹽的污水。對這些污水目前主要采用了“靜置過濾-曝氣養(yǎng)化”的處理方案，但該方案無法深度祛除污水中的氮，需要對污水進行二次脫氮處理，凈化工藝流程長、效率低、凈化效果差、成本高。

本文提出了一種新的基于生物脫氮的氧氣脫硝污水凈化處理技術(shù)，通過對生物過濾技術(shù)的優(yōu)化，驗證了在缺氧-好氧-好氧三段式生物濾池中利用耐鹽微生物對污水進行反硝化處理的可行性。實際應(yīng)用表明，新的處理技術(shù)，能夠極大提升污水處理效果、降低污水處理成本，具有極大的應(yīng)用推廣價值。

1 污水特性分析

以化工廠的脫硫脫硝設(shè)備為基礎(chǔ)，對污水的水質(zhì)特性進行研究。該化工廠在脫硫段利用的是EDV 濕法脫硫技術(shù)，在脫硝段采用的是LoTOx脫硝技術(shù)[1]。在反應(yīng)過程中污水的總量為12 m3/h，在脫硫脫硝過程中的污水處理流程為“靜置沉淀-凈化過濾-曝氣養(yǎng)化”。

對化工廠污水進行取樣分析，其pH 值在7.2～8.6之間，污水的導(dǎo)電率在8.6～47.4 之間，表明了污水內(nèi)含有較高的鹽分，污水內(nèi)氮的質(zhì)量濃度高達58.2～204 mg/L。因此在污水具有明顯的高鹽、高氮特性。進一步對污水中的總氮指標進行分析，污水中的氨氮和亞硝酸鹽的濃度較低而硝酸鹽的濃度最高且波動最大，因此對污水處理的關(guān)鍵在于如何祛除水質(zhì)中的硝酸鹽氮。

2 凈化工藝分析

2.1 生物脫氮機理

目前常用的除去水中硝酸鹽的方法主要包括了電化學法、生化法。生化法雖然經(jīng)濟性好、凈化效果徹底，但由于污水中的COD 較低，難以滿足反硝化所需的碳源需求，而且整個處理過程中的厭氧、好氧時機難以控制，對微生物的活性會產(chǎn)生較大的抑制作用，影響生化反應(yīng)的正常進行。

根據(jù)上述分析，提出采用顆粒濾料來對生物膜進行固定的生物濾池技術(shù)，其能夠把高效生化、截留懸浮固體的功能集于一體，為硝化和反硝化細菌的生長提供合適的生長環(huán)境。同時采用顆粒濾料對生物膜進行固定后能夠增加反硝化容積負荷、增強抗沖擊特性。

2.2 生物脫氮工藝路線

根據(jù)生物脫氮需求，在進行脫硫脫硝污水處理的過程中選擇了“缺氧-好氧-好氧三段式生物濾”工藝[2]，其流程如圖1 所示。

由圖1 可知，脫硫脫氮污水先進入到污水池中和低鹽分的污水相混合后加入一定的碳源，然后先在一級反硝化濾池中進行硝酸鹽、氮的處理，然后分別進入到二級曝氣池和三級曝氣池中對污水進行綜合處理，避免因碳源加入、水質(zhì)批次波動等原因?qū)е碌乃|(zhì)凈化波動穩(wěn)定[3]。為了進一步提升污水凈化處理效果，保證污水處理的一致性，在過濾系統(tǒng)中設(shè)置了一個回流段，對高污染度的污水進行回流凈化處理，處理后的污水排入到監(jiān)控池中，避免影響含鹽污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 實驗驗證分析

根據(jù)生物脫氮工藝流程，取化工污水，利用酒精作為氮源。在設(shè)置配比時候，把污水和純凈水的體積配比設(shè)置為1∶1，在實驗時，逐步減少純凈水的用量，模擬不同濃度的污染水源。對水質(zhì)的觀測頻率設(shè)置為每天1 次[4]，實驗驗證結(jié)果如圖2 所示。

圖2 試驗驗證結(jié)果匯總表

由表2 分析可知，當污水的稀釋比例為50%的情況下，出水口位置硝酸鹽的濃度逐步降低，在運行平穩(wěn)后，連續(xù)多天硝酸鹽氮的祛除率達到了100%。在平穩(wěn)運行15 d 時對硝酸鹽氮的平均祛除率達到了95.6%，具有良好的脫氮效果。

在凈化趨勢發(fā)展穩(wěn)定后，把污水和純凈水的體積配比設(shè)置為3∶1，發(fā)現(xiàn)對污水的凈化處理效果迅速變差，而且在改變濃度后的5 d 內(nèi)，對污水中硝酸鹽氮的平均祛除率僅有55.3%。對系統(tǒng)進行清理發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)器填料層的頂部存在著大量的生物膜脫落物[5]，當把進水完全轉(zhuǎn)換為脫硫脫硝的污水后，系統(tǒng)對污水的處理效果會加劇變差。

根據(jù)上述分析，基于生物脫氮的脫硫廢水凈化處理技術(shù)，能夠滿足對污水的脫氮處理，而且當污水和純凈水的體積配比為1∶1 時，能夠達到最優(yōu)的凈化處理效果。

4 實際運行分析

根據(jù)試驗驗證情況，混合池的容積設(shè)置為27 m3/h，將污水處理系統(tǒng)12 m3/h 的污水和清水按1∶1 的體積比進行稀釋。為了滿足整個廠區(qū)的污水凈化處理需求，在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置了8 座生物凈化處理過濾池，每一個生物凈化過濾池都是一個完整的生物凈化處理系統(tǒng)[6]，包括了3 座并聯(lián)的濾池，分別用于“缺氧-好氧-好氧三段式生物濾”。在反應(yīng)過程中，一級反硝化曝氣生物濾池中停留的時間為3 h，二級反硝化曝氣生物濾池和三級反硝化曝氣生物濾池的停留時間均為4 h。濾池內(nèi)均設(shè)置有單獨的反沖洗裝置，利用氣-水聯(lián)動反沖洗技術(shù)方案，每隔3 d 對一級濾池清洗一次，每隔7 d 對二級濾池清洗一次，每隔15 d 對3 級濾池清洗一次，保證濾池的使用可靠性[7]。生物脫氮凈化處理裝置如圖3 所示。

圖3 生物凈化脫氮處理裝置示意圖

根據(jù)實際驗證，在經(jīng)過生物脫氮處理后，出水口處的硝酸鹽氮的平均質(zhì)量濃度從294.6 mg/L 降低到了21.4 mg/L，硝酸鹽氮的平均祛除濃度達到了92.7%。對污水的處理成本由最初的1.86 元/m3，降低到了目前的0.52 元/m3，凈化處理成本平均降低了72.1%，顯著提升了污水的處理效果和處理經(jīng)濟性。目前該基于生物脫氮的污水凈化處理技術(shù)已經(jīng)在多個化工企業(yè)投入應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

為了解決脫硫脫硝污水凈化處理成本高、污水中氮處理不徹底的問題，提出了一種基于生物脫氮的凈化處理工藝。通過設(shè)置“缺氧-好氧-好氧三段式生物濾”流程，實現(xiàn)了對污水中氮的高效、經(jīng)濟祛除，實際應(yīng)用表明：

1）采用顆粒濾料來對生物膜進行固定的生物濾池技術(shù)，能夠為硝化和反硝化細菌的生長提供合適的生長環(huán)境，增加反硝化容積負荷、增強抗沖擊特性。

2）“缺氧-好氧-好氧三段式生物濾”工藝能夠根據(jù)微生物的活性，針對性地增加其在不同階段的處理能力，保證對污水處理的徹底性。

3）該技術(shù)對水中硝酸鹽氮的平均祛除率達到了93.7%，凈化費用比優(yōu)化前降低了74.6%。極大提升了污水處理經(jīng)濟性和可靠性。