化工污水處理中脫氮工藝的應用研究

摘要：在化工污水的處理過程中，脫氮工藝是重要環節，其不僅能防止水體富營養化，還有利于維護生態系統的氮平衡。目前廣泛采用的脫氮工藝是傳統的好氧自養菌和厭氧異養菌共同作用去除污水中含氮化合物的A/O脫氮工藝。概述了這種傳統工藝應用時的技術要點與不足，提出了優化改進方案，并介紹了近年來新興的硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝和大孔樹脂吸附工藝等3類新型化工污水脫氮工藝。

關鍵詞：化工污水；污水處理；脫氮工藝

1化工污水的特點

化工污水的成分復雜，包括化工生產過程中所用到的各種有機溶劑和有機產物、鹽類、酸類、堿類等無機物，以及一些難以降解的重金屬，對環境的危害性大。而污水中復雜的污染物組成則使化工污水需要經過多個步驟來逐步完成污水的凈化處理，這也體現了化工污水處理過程復雜的特點。

2脫氮工藝在化工污水處理中的作用

脫氮工藝在化工污水處理中的應用，能夠高效去除污水中含有的氮化合物，減少水體富營養化的風險，并能夠將化工污水中的氮氧化物氣體釋放到大氣環境中，使化工生產中冗余的氮元素重新進入物質循環［1］。

3傳統脫氮工藝在化工污水處理中的應用

A/O脫氮工藝的主要工作原理在于體系能夠利用體系內微生物的代謝循環逐漸將污水中的氨態氮、有機氮轉化為對環境無害或少害的氮氣和氮氧化物氣體。其工藝流程如圖1所示：圖1A/O脫氮工藝流程

3.1A/O脫氮工藝技術要點

A/O脫氮工藝主要分為A段、O段和回流機制3部分。A段是厭氧段，該段主要是令進入厭氧池的污水在缺氧條件下，通過異養菌的同化作用將大分子氮有機物分解為小分子。O段是好氧段，在好氧池充足的供氧條件下，池中的自養菌通過硝化作用將溶解在污水中的氨氮氧化為硝酸鹽離子。而O段之后的回流機制是為了維持化工污水處理過程中碳、氮、氧3種元素的循環。

在技術應用過程中，溶解氧濃度（DO）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、回流比與碳氮比、2個反應池中的溫度與pH等參數的控制，直接決定了脫氮工藝的脫氮效率和效果［2］。需要向好氧池中通入氧氣，來控制溶解氧質量濃度維持在2～4 mg/L。若DO值過高，則需對好氧池進行加壓輸氧。而若DO值過低，好氧池中的好氧自養菌難以從環境中獲取其生長發育所需的氧氣。

混合液懸浮固體濃度是指化工污水進入曝氣池中進行預處理時，所得的混合液每升所含有的活性固體污泥的質量濃度。在A/O脫氮工藝的實際應用中，MLSS值通常要大于3 000 mg/L。通過提升MLSS值來增加化工污水中初始含有的好氧自養菌的生物量，能夠使化工污水中所含的好氧自養菌迅速在優勢條件下擴大種群。

回流比是指A/O脫氮工藝應用時，從好氧池回流到厭氧池的硝化液量與進入好氧池的污水量之間的比值。如果這一比值過低，說明已經大量生成的硝酸鹽離子仍在好氧池內積累，而未能通過后續流程去除。然而，如果大量經過好氧池處理的硝化液一次性回流到厭氧池中，則可能由于厭氧池中碳源的大量消耗，而打破體系中碳氮循環平衡，從而使化工污水的脫氮效率下降。

為了使厭氧池和好氧池內的反應高效完成，就需通過池內溫度和pH控制保障反應體系內的微生物活性。發生在好氧池內的硝化反應的最適溫度約為20～30 ℃，而發生在厭氧池內的反硝化反應的最適溫度約為20～40 ℃［3］。在化工污水的硝化過程中，體系溶液的pH將下降。因此需要人工調節體系內溶液的pH，以便于其中的微生物能夠高活性生長繁殖。

3.2A/O脫氮工藝的不足

在A/O脫氮體系中，只有維持體系的生物活性，使其在反應體系中穩定繁殖擴大種群規模，才能夠實現化工污水的高效脫氮處理。這就意味著需要將工藝參數的變化精準控制在參與反應菌種的最適范圍，這對技術應用人員的專業技能提出了更高要求。

在處理高濃度氨氮廢水的過程中，由于生物脫氮過程受到微生物本身復雜代謝反應的干擾，很難只經過一個流程的反應就近乎完全地去除化工污水中的有機氮，往往還需進行多次流程重復才能夠提升其脫氮率。

3.3A/O脫氮工藝的優化改造方法

填料強化和生物膜技術是近年來A/O脫氮工藝較熱門的兩種優化改造方法。通過向好氧區、厭氧區投加懸浮填料，能夠通過增加體系內微生物的附著面積促進其生長繁殖，增加反應體系中的生物量。

為了緩解碳源對A/O脫氮工藝脫氮效率的限制，可采用多點進水的方式將化工污水引入A/O脫氮工藝的反應池中。這種進水方式本質上是一種分階段的進水方式，每個階段針對不同的污染物進行專門處理。預處理段主要去除大顆粒物質，生化處理段處理有機物質和氨氮。在此基礎上，多點進水在每個進水口都能為化工污水注入新的碳源。隨著污水的多點加入，厭氧處理系統中的微生物能夠持續獲得反應所需的碳源。

4新型脫氮工藝在化工污水處理中的應用

4.1硝化反硝化工藝

硝化反硝化工藝分為硝化工藝和反硝化工藝2部分。在實際應用中將這2部分的反應系統隔離開，或是在同一反應系統中進行2個工藝環節，通過控制條件來交替進行硝化和反硝化。其應用優勢在于控制系統與傳統的A/O脫氮工藝相比更加精密。

工藝應用中，預處理后的污水進入曝氣池，曝氣裝置在一定壓力參數下將空氣吹入污水中以控制其溶解氧含量。其后的硝化階段中，硝化細菌與污水充分接觸，利用其中溶解的氨氮進行氧化反應，將其轉化為硝酸鹽。接下來，改變反應體系的反應條件，將經過硝化處理的污水引入到反硝化系統中。在缺氧條件下，反硝化細菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氮氣去除。

4.2厭氧氨氧化工藝

厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下，以氨為電子供體、以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化成氮氣的一種新型化工污水脫氮工藝。工藝主要依賴于厭氧氨氧化菌完成，這種厭氧菌能夠利用化工污水中的無機碳作為電子供體，而無需在反應體系中額外追加有機碳源。與傳統的A/O脫氮工藝相比，這有利于打破碳源含量對化工污水處理效率的限制。

工藝應用時，經過預處理的化工污水進入富含厭氧氨氧化菌的厭氧反應體系。在厭氧條件下，氨氮與亞硝酸鹽或硝酸鹽以厭氧氨氧化菌的生理生化活動為中心反應生成氮氣。生成的氮氣通過氣體分離系統從反應液中分離出來排放到大氣中。

4.3大孔樹脂吸附工藝

大孔樹脂吸附工藝通常選用具有較大孔徑和比表面積的大孔樹脂，能夠有效地吸附污水中的含氮有機物。與傳統的生物脫氮技術相比，大孔樹脂在吸附工藝流程中不涉及對微生物的培養，因此對工藝應用的體系條件和控制精度要求較低。

在工藝應用中，經過預處理的化工污水通過裝有大孔樹脂的吸附柱，化工污水中的各類氮化合物就被吸附到大孔樹脂的表面孔或內部孔隙內。通過多次吸附后，污水中的氮含量就能夠達到排放標準。當樹脂吸附飽和后，使用適當的解吸劑使樹脂發生解吸，樹脂可以恢復吸附能力再生利用。

5結語

目前，操作相對簡便、前期投入較少的A/O脫氮工藝應用廣泛。然而，仍存在著微生物生長繁殖維護困難、脫氮過程受碳源限制而無法進行高濃度氮含量化工污水處理等不足。應用這一工藝的化工污水處理企業可選擇采用多點進水、增強填料或使用生物膜技術等方式對A/O脫氮工藝進行優化改造，或選用新興的硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝、大孔樹脂吸附工藝等新型脫氮工藝與A/O脫氮工藝復合完成化工污水脫氮處理。

參考文獻：

［1］張勛.化工污水的危害及綜合處理技術［J］.皮革制作與環保科技，2022，3（9）：29-31.

［2］李文森，卓文靜，劉慶米.試論脫氮工藝在化工污水處理中的應用［J］.華東紙業，2024，54（2）：1-3.

［3］劉花敏，張鵬，馬凱強.脫氮工藝在化工污水處理中的運用思考［J］.皮革制作與環保科技，2022，3（17）：19-21.

作者簡介：劉巖巖，男，山東滕州人，工程師，本科，研究方向：化工工程。