浅析前置反硝化脱氮技术
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摘 要：现国家要求工业污水处理外排总氮指标为≦40mg/L，因此前期污水处理中没有针对总氮要求的须进行工艺改良。本文根据新疆天利集团污水场运行情况，在进行工艺改进后，即前置反硝化技术，对反硝化实际脱氮效果进行总结，以及对际操作中影响脱氮效果的因素进行分析，通过脱氮有关理论，结合实际操作，得出如何将脱氮效果达到最佳。
关键词：反硝化；生物滤池；总氮；污水处理；脱氮
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.023
新疆天利集团污水场原有工艺为法，为降低总氮，在厌氧池和缺氧池之间再加一反硝化生物滤池。并将传统活性污泥池末端的硝化液回流到反硝化生物滤池。本文通过实际操作，简述了前置反硝化对污水中总氮、有机物及悬浮物的处理效果，讨论碳源、pH值、温度、回流比、来水流量及水中有毒物质等因素对前置反硝化脱氮效果的影响。并提出目前运行存在的问题以及未来有怎样好的发展，为相关理论研究以及污水场实际运行提供参考依据。
1 前置反硝化流程介绍
本工艺流程为废水先进入厌氧池，对废水進行水解，酸化，也进行氨化，再进入新加的反硝化生物滤池，后流入缺氧池，最后进入活性污泥池，废水中的含氮有机物被微生物迅速氨化为氨氮，进而氨氮被亚硝化细菌，硝化细菌分解转化为亚硝酸盐和硝酸盐。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，该部分废水中的硝酸盐，即硝化液，在反硝化细菌作用下，被分解为氮气和氧化氮气体而逸出水体被去除。至此，完成生物脱氮[1]。
2 前置反硝化对污染物的处理效果
2.1 对总氮的处理效果
污水中的含氮物主要有： 有机氮、亚硝酸氮、氨氮及硝态氮，它们的总和称为总氮（ TN） 。水中各态氮通过前置反硝化都能得到良好的处理。通过近两年的运行情况，上游来水进生化系统 TN平均为160mg/L，而生化末端出水约为60mg/L。明显超出国家要求。而通过前置反硝化，近一年半的化验分析数据为反硝化池TN为15mg/L左右，而外排出水TN为6mg/L。大大的降低了TN，达到国家要求排放值。说明前置反硝化对于脱氮有明显作用。
2.2 对有机物及悬浮物的去除
前置反硝化池内有填料，因此有着较强的截留过滤能力，且填料表面上附着的生物膜具有吸附和氧化分解作用，能够很好的去除污水中的有机物及悬浮物。在原来工艺中，外排出水COD约为55mg/L，且不定时大于60mg/L。出水不达标，是一件头疼的事。为此下了很大功夫，常常调节回流比，降低负荷，给微生物添加营养盐等，花费巨大，操作频繁且效果不明显。而有了反硝化池，近一年半的外排出水COD为28mg/L左右。说明前置反硝化，它不仅能脱氮而且能去除污水中的部分有机物，为后面活性污泥全面去除有机物提供帮助。
3 讨论不同因素对反硝化脱氮效果的影响
3.1 碳源对反硝化脱氮的影响
新疆天利集团污水场由于只是进行硝化液回流至反硝化池，硝化液中主要为硝酸盐和亚硝酸盐，因此反硝化池中缺少微生物所需的碳源。目前，国内外常把液态碳源（ 如甲醇、乙醇） 以及可降解聚合物的同体碳源（ 如纤维素、淀粉） 作为反硝化脱氮的外加碳源。前者对污水的处理效果较好，但投入成本较多。后者的成本较低，但会造成部分的后续处理问题。 本工艺采用投加甲醇为碳源，为微生物补充所需营养。在实际运行中，发现并不是甲醇投加的越多，处理效果就越好。相反，若投加过多，会影响总排COD值。根据理论[2]，即碳氮比为13.5，此时对总氮和COD去除效果最佳。本污水场，处理污水量为90m3/h，回流比为110%，甲醇投加为20m3/h为最佳。
3.2 pH对反硝化脱氮的影响
赵樑等[3]探究了pH值与反硝化生物滤池中硝态氨处理效果的关系，结果表明： 控制 pH= 8，DNBF 对污水中硝态氮的处理能力最强，且去除率高达99.4% 。因此反硝化池中pH须保持微碱性。若控制不当，会影响反硝化细菌的生长速率和反硝化酶的活性。由于反硝化反应时会产生碱度，这对于缓解废水pH值变化有帮助，会补充部分碱度。因此在实际操作中，发现反硝化池pH变化较少，基本维持在7～8左右。只是偶尔的波动。（上游因酸泵漏而将大量硫酸流入污水中，导致pH降低）。
3.3 温度对反硝化脱氮的影响
反硝化适宜的温度为15～30℃，若超此范围，反硝化菌的增长速率及代谢能力便会迅速减弱，反硝化效率也会随之下降。张业建对前置反硝化生物滤池系统研究发现，18～24℃时硝化菌和反硝化菌活性较高，总氮去除率可达到90%，温度过低时，胞外水解酶活性受限，总氮去除率下降[4]。
在实际操作中，天利集团污水场位于新疆，夏天温度高，污水温度常常高于30℃，有时甚至高于35℃，此时反硝化池出水总氮会上升至30mg/L，外排总氮也上升至15mg/L。因此不得不给来水降温，使反硝化池温度降低28℃左右。而到冬天，气温又很低，刚开始还没调整温度时，数据表明，每年到11月份，刚开始反硝化池和外排总氮都会上升。我们又必须给来水升温，使保持在25℃左右。这样才能保持对总氮去除的稳定。
3.4 回流比对反硝化脱氮的影响
马秋莹等[5]采用了前置反硝化生物滤池，研究了回流比与 TN 的处理能力的关系。结果发现： 回流比从 50%升至100%，去除效果不断上升； 从100%升至150% ，去除效果开始下降。表明了回流比为 100% 时，反硝化对TN的处理能力最强且运行费用较低，平均去除率为 86.45% 。
在实际操作中，我们会根据来水流量进行调整回流比，使之达到100%，实际中要考虑水力损失，因此回流比控制在为110%，结果发现，脱氮效果良好。
3.5 其他因素对反硝化脱氮的影响 除上述因素外，来水流量，来水中的有毒物质对脱氮也有一定影响。如来水流量过小，反硝化细菌所需营养达不到要求，脱氮效果就会大大下降。而来水流量过大，在反硝化池停留时间就会缩短，来水与反硝化菌接触时间短，无法充分结合，造成总氮去除率下降；此外，来水流量过大，加剧了对生物膜的冲刷，生物膜变薄，生物量流失，反硝化需要的缺氧环境减少，反硝化受到影响，TN 去除率也会下降。根据实际运行情况，反硝化池为2座容积为1140m3，来水流量控制在85～95m3/h，运行效果为最佳。
而来水中有毒物质也会影响脱氮的正常运行，若水质有问题，须进行调节处理，使之达到要求，一般有毒物质是重金属离子和某些阴离子。
4 總结相关因素对脱氮效果的影响
天利集团污水场处理能力最大为200m3/h，而实际为70～150m3/h，上游来水主要特点为含油，含萘，低聚物，烃类，DMF等。这些物质很难被微生物降解，且含有一定的毒性。通过实践总结，结合相关理论文献，得出：碳氮比为13.5，pH在7～8左右，温度在25～28℃，回流比保持在100～110%，处理水量控制在85～95m3/h，则脱氮效果目前为最佳，反硝化池出水TN为15mg/L左右，外排TN为6mg/L。
5 现在运行存在的问题及未来展望
目前，前置反硝化生物滤池只运行了一年半，操作中还存在些问题，如悬浮物较多，虽然比之前下降了一些，但出水仍然很高。而以投加甲醇为碳源，成本较高，且甲醇有毒易燃易爆，操作过程存在隐患。此外，反硝化池中填料材质为聚丙烯，虽然易于挂膜，比表面积大，但很容易被来水冲击，经常被打烂，随出水流出。
对于前置反硝化脱氮，效果明显。但仍然还有更进一步的效果。对此，在以后的工作中我将努力探讨追寻，争取将TN降的更低。对于出水悬浮物较高，需要努力解决。而投加甲醇为碳源，我想可以用二沉池中剩余污泥来补充，以此来降低甲醇用量，甚至取代甲醇，这都是有可能的。对于反硝化池中的填料，目前易破损，将来是否可以制造出质量效果更好的填料，这也值得期待。
参考文献：
[1]张剑锋.活性污泥法工艺控制[M].中国电力出版社，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]赵樑，倪伟敏，贾秀英等.初始 pH 值对废水反硝化脱氮的影响[D].杭州：杭州师范大学，2014.
[4]张业健，叶海仁，郑向勇等.温度对A/O生物滤池运行效果影响的试验研究[C].武汉：2011年环境污染与大众健康学术会议，2011.
[5]马秋莹，李东，封莉等.前置反硝化生物滤池深度脱氮效能与影响因素[J].环境工程学报，2017，11（09）：4932-4936.
作者简介：张凯（1989-），男，陕西铜川人，本科，污水场班长，研究方向：污水处理，主要从事污水场的工艺、设备管理、以及一些污水提标改进项目。
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