化工園區廢水集中處理中采用生物除磷脫氮技術研究

王闊

（延長石油油田氣化工科技公司，陜西延安 717114）

1 化工園區廢水集中處理中采用生物除磷脫氮技術研究

1.1 啟動雙級SBR 廢水處理反應器

在對化工園區的廢水進行集中處理時，引入生物除磷托養技術前，首先需要對廢水集中處理裝置進行組裝，將SBR 廢水處理反應器作為處理裝置和核心部分，將兩個SBR 廢水處理反應器通過串聯的形式連接，如圖1 所示。

圖1 雙級SBR 廢水處理反應器結構組成

圖1中兩個SBR 廢水處理反應器均由有機玻璃材料制備而成，其高度均為48cm，內徑約為16.2cm，底部成圓臺狀，兩個SBR 廢水處理反應器的有效容積之和為24L。 在SBR 廢水處理反應器運行過程中， 可以通過DO 傳感器對廢水集中處理過程中的溫度進行實時監控， 并通過DO 儀對兩個反應器當中的溫度進行實時控制[3]。 除此之外， 在進行對化工園區的廢水集中處理時，還需要用到的儀器設備包括：pHS-465-892 型號酸度計、WTW49-16100 型號氧化還原電位測定裝置、TDA-1650 溫度控制裝置、JB48-E 型號電動攪拌裝置、LD4-3 離心機等。

按照上述圖1 所示的結構，對反應池區域進行設計，并在此過程中，使用雙極SBR 工藝，對廢水進行集中處理。 處理的核心是將水體中呈現異氧特性的聚磷菌，與呈現自養特性的硝化菌進行分別控制。 結合菌群的生長規律，在啟動反應裝置與結構時，需要同時啟動雙級SBR，在反應處理過程中，SBRI 的目的是通過控制裝置高速、低負荷運轉，對其中生命力較差的生命體進行淘汰處理，因此，可選擇POAs 作為反應器中的優勢菌群，從而實現對水體中有機物質的祛除。 具體步驟如下：將收集的化工園區廢水作為原水（控制水體質量分數在6～12mg/L 范圍內），設置前端的進水容量為單位時間內2～3L，調試反應器的沖水比例為1.0（即進入10L，出水10L），按照一定比例將瞬時進水進行排泥處理，并及時調試機器在運轉過程中的攪拌時間與曝氣時間，確保1d 運轉2～3 次。此時，根據進水水質與出水水質的檢測，便可以掌握設備的運行情況。 待其運行趨近于穩定后，即可認為完成對廢水反映處理器的啟動操作。

1.2 基于生物技術的厭氧釋磷運行參數控制

在明確生物除磷脫氮技術的運行機理后，在各個階段都需要對厭氧釋磷運行參數進行控制。運行階段共分為：厭氧階段、好氧階段、除磷階段。 首先，在厭氧階段中，利用生物技術分解存儲在細胞內部的聚磷酸鹽，以此獲取到所需的能量物質， 并將水當中帶有揮發性的脂肪酸吸收，通過生物細胞內合成聚-β-羥基丁酸鹽， 并在好氧階段完成對碳能源的存儲[1]。 其次，在好氧階段，利用生物技術通過氧化的生物細胞內部聚-β-羥基丁酸鹽獲取到能量可以為生物細胞自身的增殖和超量攝取水提供溶解性的磷酸鹽，并將其進一步轉換為聚磷酸鹽， 將其存儲在生物細胞當中。 最后，在除磷階段，通過上一階段產生的剩余富磷污泥，將磷元素從整個廢水處理體系結構當中去除[2]。

廢水中磷的存在形態取決于廢水的類型，生物處理化工廢水中90%左右的磷以磷酸鹽的形式存在。 在使用活性污泥法中，磷作為微生物正常生長所必需的元素用于微生物菌體的合成。 同時以生物污泥的形式排出，從而將磷去除，除磷效果可達到10%～30%，在特殊情況下，微生物吸收磷含量超過了微生物正常生長所需要磷量，這就是活性污泥的生物超量除磷現象，化工廢水生物除磷技術正是利用生物超量除磷原理而發展起來的。

由于利用生物除磷脫氮技術對磷元素進行吸收式，其能量主要來自于好氧降解生物細胞當中的有機物，并且好氧降解過程中活性污泥當中的生物除磷流程中磷元素的質量分數與DO 之間存在一定比例關系。 因此，進一步推斷得出，在厭氧釋磷運行過程中， 控制參數主要為DO 和生物除磷流程中磷元素的質量分數[3]。 根據實際化工園區廢水中主成分以及集中處理的需要，在進行厭氧釋磷運行過程中，應當將生物除磷流程中磷元素的質量分數控制在5.45 ～7.25mg/L 范圍以內。 對于DO 參數的控制，在進入到好氧階段時，首先控制DO 以不超過0.25mg/L 的質量分數在平臺當中出現， 并在平臺上持續時間約25～45min； 其次， 再將DO 的質量分數快速提升到5mg/L， 并在這一階段控制DO 質量分數的上升速度逐漸減緩；最后，在平臺上各個參數的變化曲線均隨著DO 質量分數的快速上升而逐漸變緩后，停止增加DO 的質量分數，完成對DO 參數的控制。

1.3 廢水除磷脫氮凈化處理

明確在生物除磷脫氮技術的應用后，厭氧釋磷運行參數控制的時段，在此基礎上，開展對廢水的除磷處理，并同步完成脫氮。 在除磷的過程中， 除磷形式主要取決于化工園區廢水的類型，通?？蛇x用磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷三種不同試劑實現除磷效果[4]。 在現有廢水集中處理體系的基礎上， 將磷元素作為微生物正常生長過程中，微生物菌體合成所需的必要元素，并以剩余廢水的形式排除，從而得到除磷的效果。 引入生物技術后，當微生物生長時，富含活性的廢水中磷的含量通常為干重1.25%～2.24%， 通常剩余部分活性廢水當中排放的磷約為12.3%～28.3%。 但在化工園區廢水集中處理的過程中，若出現活性廢水的生物超量， 則廢水當中磷的去除率會更高[5]?；谶@一原理， 在進行廢水集中處理的過程中，引入生物技術向廢水當中人工添加微生物菌體，利用微生物菌體的生長作用，促進磷的去除。

在好氧階段，完成對廢水的脫氮處理。 在化工園區的廢水當中氮主要以有機氮化合物和氨氮兩種形式存在。 在傳統氨化、硝化和反硝化的基礎上， 引入生物技術對廢水進行脫氮凈化處理。 在廢水處理中，將亞硝化和硝化反應合并，消耗堿度[6]。 由于硝酸菌的世代期較長，封閉期內生長速度較慢，而亞硝酸菌的世代期端生長速度較快， 因此選用亞硝酸菌作為脫氮的生物群落，對化工園區廢水進行脫氮處理。 將上述兩個環節融合在SBR 廢水處理反應器的兩級，確保二者同時完成對廢水的除磷和脫氮， 并在完成相應處理后，將兩級容器當中的廢水轉換，再次完成相同操作，以此實現對廢水的集中處理，確保除磷和脫氮同時進行，達到凈化廢水的目的。

2 實例應用分析

本文選擇以某化工園區的廢水作為實驗對象，以該化工園區的真實環境作為依托，按照本文上述操作步驟， 將水生物除磷脫氮技術應用到該化工園區當中，并完成對其廢水的集中處理。已知該化工園區當中的廢水成分主要包括（NH4）2SO4、KH2PO4和Na2CO3，上述三種成分對應的質量分數分別為0.1g/L、0.03～0.055 mg/L 和0.055～0.12 mg/L。在處理過程中，始終保持進入到雙級SBR 廢水處理反應器當中的廢水流速為500mL/min， 觀察100min 后，即50000mL 廢水完成處理后，總磷去除率和總氮去除率?？偭兹コ?（廢水中含磷總量-處理后廢水中剩余含磷量）/廢水中含磷總量×100%； 總氮去除率=（廢水中含氮總量-處理后廢水中剩余含氮量）/廢水中含氮總量×100%。將處理過程中相關數據進行記錄，如表1 所示。

表1 基于生物除磷脫氮技術廢水集中處理效果記錄表

從表1 中記錄內容可以看出：在100min 廢水處理時間當中，生物除磷脫氮技術能夠實現總磷去除率高達96.5%～98.2%， 而總氮去除率高達97.2%～99.4%， 均滿足化工園區廢水集中處理提出的總磷去除率和總氮去除率達到95%以上的凈化處理要求，實現對廢水的二次利用和合理排放。 同時，在應用過程中發現，隨著化工園區廢水當中的污泥磷負荷的不斷增加，總磷的去除率會受到一定影響。 而當廢水當中含有硝酸鹽時，則對于生物除磷脫氮技術而言其除磷效果被抑制，使得回流廢水當中含有大量的硝酸鹽成分，使得放磷量和吸磷量都得到一定減少，進一步造成總磷去除率下降。 在發現這一問題時，通過及時調整生物除磷流程中磷元素的質量分數和DO 質量分數控制參數，有效解決了上述問題，并提高了廢水集中處理中總磷去除率，達到良好的處理效果。 綜合上述應用結果表明，在對化工園區廢水集中處理時，通過引入生物除磷脫氮技術可以實現更加良好的處理效果，可將該技術作為化工園區廢水集中處理工藝進行推廣。

3 結束語

針對當前現有廢水處理技術存在總除磷率和總除氮率低，并且無法實現對磷元素和氮元素同時處理的問題，引入生物除磷脫氮技術，并對其具體實施過程中的各項操作內容進行詳細說明。 通過本文研究得出，在化工園區廢水集中處理時，引入生物除磷脫氮技術可以實現對廢水的凈化，使其達到可排放的標準，降低了廢水對周圍生態環境的威脅， 實現化工園區的可持續發展。 但由于研究能力有限，在進行厭氧釋磷運行參數控制時， 無法針對三個階段的界限明確劃分， 因此在實際應用中可能存在參數控制不及時的問題，對處理效果造成一定影響。 針對這一問題， 為提高生物除磷脫氮技術在化工園區廢水集中處理中的實用性， 還將對其進行更加深入研究。