張春悅，莫志朋，佟淑環(huán)，宋慶坤，王曉東

(1.北京首鋼朗澤新能源科技有限公司，北京 100000； 2.河北首朗新能源科技有限公司，河北 唐山 063200； 3.河北省工業(yè)尾氣發(fā)酵制乙醇技術(shù)創(chuàng)新中心(籌)，河北 唐山 063200)

0 引言

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，含氮化合物的排放量急劇增加，如何經(jīng)濟有效的控制氨氮廢水污染，已經(jīng)成為廢水處理的重要問題。厭氧氨氧化技術(shù)自20世紀90年代以來，越來越多的研究人員投入到環(huán)保領(lǐng)域研究厭氧氨氧化技術(shù)。和傳統(tǒng)脫氮技術(shù)相比，厭氧氨氧化技術(shù)在基建投資、運行費用上確實有很大優(yōu)勢，比如池體明顯小于傳統(tǒng)A/O池體，不需要外加電子受體、大幅度減少供氧能耗，又可以防止二次污染。傳統(tǒng)硝化反硝化工藝會產(chǎn)生大量污泥，即便沒有認定成危廢，作為一般固廢，在處理難度和處理費用上，給企業(yè)帶來很大壓力。而氨氧化菌因其市場需求量大，銷售價格可觀，可為企業(yè)創(chuàng)收。但是，氨氧化工藝在運行控制的復(fù)雜程度要比傳統(tǒng)工藝高很多。

1 厭氧氨氧化工藝的先進性與局限性

與傳統(tǒng)的硝化-反硝化相比，該生產(chǎn)運行過程中，可以降低40%～60%的曝氣，既節(jié)省了投資成本和電量消耗，無需額外補充碳源，并且不產(chǎn)生生化污泥，厭氧氨氧化菌的繁殖可用于銷售，在節(jié)省運行成本的同時，又增加了收入。

雖然厭氧氨氧化脫氮工藝具有獨特的先進性，但是厭氧氨氧化工藝作為生化脫氮方法，培育和富集厭氧氨氧化菌是工藝的關(guān)鍵，需要通過控制環(huán)境因素和來水條件提高厭氧氨氧化菌的活性和數(shù)量。環(huán)境因素一般如：溫度、pH、溶解氧等都是很容易控制的，但是來水中的抑制物質(zhì)是很難通過一定手段降低或消除?；趤硭煞謴?fù)雜，每種成分對厭氧氨氧化菌的毒性、抑制程度都需要大量實驗去摸索[1]。目前來說，這方面公開的信息不是很多。但目前為止，行業(yè)上運行穩(wěn)定，普遍適用的厭氧氨氧化工藝并不多，主要原因是各個行業(yè)來水成分復(fù)雜。

化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場等廢水中往往含有重氮、偶氮或帶苯環(huán)的環(huán)狀化合物等發(fā)色基團，而這些發(fā)色基團或者大分子物質(zhì)本身往往對微生物的代謝有抑制作用。臭氧氧化能使發(fā)色基團的雙價鍵斷裂，同時破壞構(gòu)成發(fā)色基團的苯、萘、蒽等環(huán)狀化合物，使大分子物質(zhì)變成小分子物質(zhì)，從而使廢水脫色以及降低毒性。

如果進水有抑制有機物質(zhì)，或者進水指標(biāo)波動較大，很容易抑制厭氧氨氧化菌的活性，導(dǎo)致氨氮去除效果差，菌體繁殖緩慢甚至減少。根據(jù)實際的工程和運營經(jīng)驗，厭氧氨氧化進水的懸浮物高、有機污染物(COD)高、色度高都會或多或少造成亞硝酸鹽積累，厭氧氨氧化菌的活性下降，可以采取的措施就是降低曝氣風(fēng)量，降低進水量，降低處理負荷，抑制和毒性影響的恢復(fù)，時間一般都比較長，但在實際的工程中很難確定確切的抑制物[2]。

2 一種降低有機物抑制的前處理技術(shù)

本文主要針對上述難題，公開一種降低有機物抑制的前處理技術(shù)。將MBR、臭氧催化氧化技術(shù)聯(lián)合用于厭氧氨氧化工藝的前處理技術(shù)，實現(xiàn)液體和懸浮物固體的分離，在臭氧催化氧化塔內(nèi)實現(xiàn)來水中抑制物質(zhì)的降解，將抑制物質(zhì)或有毒物質(zhì)進行降解、破鏈，臭氧降解后的廢水經(jīng)過臭氧釋放，再進行厭氧氨氧化脫氮處理，因而能夠有效和穩(wěn)定提升厭氧氨氧化菌活性。

如果廢水中含有較高的懸浮物，一般情況下≥100 mg/L，進臭氧之前要設(shè)置懸浮物去除裝置。本技術(shù)采用MBR生物膜法，亦或者其他過濾裝置，將懸浮物降至100 mg/L以內(nèi)。懸浮物達標(biāo)的廢水進臭氧催化氧化塔，在塔內(nèi)實現(xiàn)與臭氧接觸，含色素惰性物質(zhì)被臭氧氧化斷鏈，廢水色度低于30即可。根據(jù)廢水指標(biāo)不同、惰性物質(zhì)種類及濃度不同，投用的臭氧量不同。一般情況下，用臭氧20～40 mg/L，處理20～40 min，可達到較好效果。

2.1 新技術(shù)投用前后運行狀況對比

2.1.1 處理水量

厭氧氨氧化設(shè)計處理水量是30 t/h，根據(jù)液位波動，處理水量會上下波動，但厭氧氨氧化投用前，由于細菌活性低，處理水量達不到設(shè)計值[3]。臭氧投用后，所有廢水能夠完全進厭氧氨氧化單位處理，如圖1所示。

圖1 水量對比

2.1.2 出水氨氮趨勢

厭氧氨氧化出水氨氮指標(biāo)直接說明厭氧氨氧化菌的活性和處理效果，同樣，該指標(biāo)直接影響污水處理排水是否達標(biāo)。通過曲線看出，臭氧投用前，出水氨氮不穩(wěn)定，給后續(xù)處理單元造成很大壓力，外排水不達標(biāo)風(fēng)險很大，臭氧投用后，出水氨氮明顯降低，并穩(wěn)定在100 mg/L以內(nèi)，如圖2所示。

圖2 出水氨氮對比

2.1.3 氨氮去除率趨勢

通過曲線可以看出，臭氧催化氧化技術(shù)投用前后，廢水中氨氮去除率明顯提升，并且能夠達到80%以上，大部分數(shù)據(jù)顯示在85%以上，如圖3所示。

圖3 氨氮去處率對比

2.1.4 出水亞硝態(tài)氮趨勢

在厭氧氨氧化過程中最關(guān)鍵的控制參數(shù)就是亞硝態(tài)氮的低水平和穩(wěn)定，因為高濃度亞硝態(tài)氮會抑制厭氧氨氧化菌的活性。一般情況下，要控制亞硝態(tài)氮濃度低于50 mg/L。在臭氧催化氧化技術(shù)用于預(yù)處理之前，亞硝態(tài)氮濃度極為不穩(wěn)定，在有含色素抑制物的情況下，很容易超過50 mg/L，應(yīng)對措施只有降低風(fēng)量，甚至是降低進水量，最終導(dǎo)致系統(tǒng)失衡，排水指標(biāo)惡化[4]。但在臭氧催化氧化投用之后，亞硝態(tài)氮大部分時間能穩(wěn)定控制在30 mg/L以內(nèi)，如圖4所示。

圖4 出水亞硝態(tài)氮對比

2.1.5 污泥外觀

改造前污泥顏色為褐色，甚至發(fā)黑，這是污泥活性不好的表現(xiàn)。顆粒度不好，大小不一，飽滿度差，與改造后活性好的菌體外觀形成鮮明對比。

2.2 臭氧催化氧化技術(shù)應(yīng)用于厭氧氨氧化脫氮前處理在性價比和工程上的優(yōu)點

(1)功能強大，效率高。技術(shù)兼具殺菌、消毒作用，脫色、分解惰性物質(zhì)效果明顯。

(2) 性價比高。作為一種清潔污水處理技術(shù)具有占地小、設(shè)備集成度高、處理費用低的優(yōu)點。

(3) 可控性強。可以通過改變臭氧發(fā)生量隨時調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可控性強。

(4) 通過尾氣破壞裝置以及臭氧的不穩(wěn)定性，無二次污染，排放氣體達標(biāo)。

(5) 反應(yīng)條件溫和。設(shè)備在常溫常壓下就可運行。

(6)處理方式靈活。既可以作為單獨處理，又可以與其他處理相結(jié)合。作為預(yù)處理可提高廢水可生化性，降低生物毒性。

3 結(jié)語

厭氧氨氧化技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域用于氨氮的脫除，具有很大優(yōu)勢，能減少90%的運行費，節(jié)省50%的占地面積，無需額外補充碳源，厭氧氨氧化技術(shù)具有明顯的可持續(xù)性[5]。為了更好地培養(yǎng)和應(yīng)用厭氧氨氧化菌，在實際應(yīng)用中，臭氧催化氧化作為其預(yù)處理，降低一些有機物的毒性，穩(wěn)定厭氧氨氧化的運行，提高菌體活性和污染物去除效率，在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用更具有優(yōu)勢。