化工园区废水集中处理中采用生物除磷脱氮技术研究

王阔

（延长石油油田气化工科技公司，陕西延安 717114）

1 化工园区废水集中处理中采用生物除磷脱氮技术研究

1.1 启动双级SBR 废水处理反应器

在对化工园区的废水进行集中处理时，引入生物除磷托养技术前，首先需要对废水集中处理装置进行组装，将SBR 废水处理反应器作为处理装置和核心部分，将两个SBR 废水处理反应器通过串联的形式连接，如图1 所示。

图1 双级SBR 废水处理反应器结构组成

图1中两个SBR 废水处理反应器均由有机玻璃材料制备而成，其高度均为48cm，内径约为16.2cm，底部成圆台状，两个SBR 废水处理反应器的有效容积之和为24L。 在SBR 废水处理反应器运行过程中， 可以通过DO 传感器对废水集中处理过程中的温度进行实时监控， 并通过DO 仪对两个反应器当中的温度进行实时控制[3]。 除此之外， 在进行对化工园区的废水集中处理时，还需要用到的仪器设备包括：pHS-465-892 型号酸度计、WTW49-16100 型号氧化还原电位测定装置、TDA-1650 温度控制装置、JB48-E 型号电动搅拌装置、LD4-3 离心机等。

按照上述图1 所示的结构，对反应池区域进行设计，并在此过程中，使用双极SBR 工艺，对废水进行集中处理。 处理的核心是将水体中呈现异氧特性的聚磷菌，与呈现自养特性的硝化菌进行分别控制。 结合菌群的生长规律，在启动反应装置与结构时，需要同时启动双级SBR，在反应处理过程中，SBRI 的目的是通过控制装置高速、低负荷运转，对其中生命力较差的生命体进行淘汰处理，因此，可选择POAs 作为反应器中的优势菌群，从而实现对水体中有机物质的祛除。 具体步骤如下：将收集的化工园区废水作为原水（控制水体质量分数在6～12mg/L 范围内），设置前端的进水容量为单位时间内2～3L，调试反应器的冲水比例为1.0（即进入10L，出水10L），按照一定比例将瞬时进水进行排泥处理，并及时调试机器在运转过程中的搅拌时间与曝气时间，确保1d 运转2～3 次。此时，根据进水水质与出水水质的检测，便可以掌握设备的运行情况。 待其运行趋近于稳定后，即可认为完成对废水反映处理器的启动操作。

1.2 基于生物技术的厌氧释磷运行参数控制

在明确生物除磷脱氮技术的运行机理后，在各个阶段都需要对厌氧释磷运行参数进行控制。运行阶段共分为：厌氧阶段、好氧阶段、除磷阶段。 首先，在厌氧阶段中，利用生物技术分解存储在细胞内部的聚磷酸盐，以此获取到所需的能量物质， 并将水当中带有挥发性的脂肪酸吸收，通过生物细胞内合成聚-β-羟基丁酸盐， 并在好氧阶段完成对碳能源的存储[1]。 其次，在好氧阶段，利用生物技术通过氧化的生物细胞内部聚-β-羟基丁酸盐获取到能量可以为生物细胞自身的增殖和超量摄取水提供溶解性的磷酸盐，并将其进一步转换为聚磷酸盐， 将其存储在生物细胞当中。 最后，在除磷阶段，通过上一阶段产生的剩余富磷污泥，将磷元素从整个废水处理体系结构当中去除[2]。

废水中磷的存在形态取决于废水的类型，生物处理化工废水中90%左右的磷以磷酸盐的形式存在。 在使用活性污泥法中，磷作为微生物正常生长所必需的元素用于微生物菌体的合成。 同时以生物污泥的形式排出，从而将磷去除，除磷效果可达到10%～30%，在特殊情况下，微生物吸收磷含量超过了微生物正常生长所需要磷量，这就是活性污泥的生物超量除磷现象，化工废水生物除磷技术正是利用生物超量除磷原理而发展起来的。

由于利用生物除磷脱氮技术对磷元素进行吸收式，其能量主要来自于好氧降解生物细胞当中的有机物，并且好氧降解过程中活性污泥当中的生物除磷流程中磷元素的质量分数与DO 之间存在一定比例关系。 因此，进一步推断得出，在厌氧释磷运行过程中， 控制参数主要为DO 和生物除磷流程中磷元素的质量分数[3]。 根据实际化工园区废水中主成分以及集中处理的需要，在进行厌氧释磷运行过程中，应当将生物除磷流程中磷元素的质量分数控制在5.45 ～7.25mg/L 范围以内。 对于DO 参数的控制，在进入到好氧阶段时，首先控制DO 以不超过0.25mg/L 的质量分数在平台当中出现， 并在平台上持续时间约25～45min； 其次， 再将DO 的质量分数快速提升到5mg/L， 并在这一阶段控制DO 质量分数的上升速度逐渐减缓；最后，在平台上各个参数的变化曲线均随着DO 质量分数的快速上升而逐渐变缓后，停止增加DO 的质量分数，完成对DO 参数的控制。

1.3 废水除磷脱氮净化处理

明确在生物除磷脱氮技术的应用后，厌氧释磷运行参数控制的时段，在此基础上，开展对废水的除磷处理，并同步完成脱氮。 在除磷的过程中， 除磷形式主要取决于化工园区废水的类型，通常可选用磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷三种不同试剂实现除磷效果[4]。 在现有废水集中处理体系的基础上， 将磷元素作为微生物正常生长过程中，微生物菌体合成所需的必要元素，并以剩余废水的形式排除，从而得到除磷的效果。 引入生物技术后，当微生物生长时，富含活性的废水中磷的含量通常为干重1.25%～2.24%， 通常剩余部分活性废水当中排放的磷约为12.3%～28.3%。 但在化工园区废水集中处理的过程中，若出现活性废水的生物超量， 则废水当中磷的去除率会更高[5]。基于这一原理， 在进行废水集中处理的过程中，引入生物技术向废水当中人工添加微生物菌体，利用微生物菌体的生长作用，促进磷的去除。

在好氧阶段，完成对废水的脱氮处理。 在化工园区的废水当中氮主要以有机氮化合物和氨氮两种形式存在。 在传统氨化、硝化和反硝化的基础上， 引入生物技术对废水进行脱氮净化处理。 在废水处理中，将亚硝化和硝化反应合并，消耗碱度[6]。 由于硝酸菌的世代期较长，封闭期内生长速度较慢，而亚硝酸菌的世代期端生长速度较快， 因此选用亚硝酸菌作为脱氮的生物群落，对化工园区废水进行脱氮处理。 将上述两个环节融合在SBR 废水处理反应器的两级，确保二者同时完成对废水的除磷和脱氮， 并在完成相应处理后，将两级容器当中的废水转换，再次完成相同操作，以此实现对废水的集中处理，确保除磷和脱氮同时进行，达到净化废水的目的。

2 实例应用分析

本文选择以某化工园区的废水作为实验对象，以该化工园区的真实环境作为依托，按照本文上述操作步骤， 将水生物除磷脱氮技术应用到该化工园区当中，并完成对其废水的集中处理。已知该化工园区当中的废水成分主要包括（NH4）2SO4、KH2PO4和Na2CO3，上述三种成分对应的质量分数分别为0.1g/L、0.03～0.055 mg/L 和0.055～0.12 mg/L。在处理过程中，始终保持进入到双级SBR 废水处理反应器当中的废水流速为500mL/min， 观察100min 后，即50000mL 废水完成处理后，总磷去除率和总氮去除率。总磷去除率=（废水中含磷总量-处理后废水中剩余含磷量）/废水中含磷总量×100%； 总氮去除率=（废水中含氮总量-处理后废水中剩余含氮量）/废水中含氮总量×100%。将处理过程中相关数据进行记录，如表1 所示。

表1 基于生物除磷脱氮技术废水集中处理效果记录表

从表1 中记录内容可以看出：在100min 废水处理时间当中，生物除磷脱氮技术能够实现总磷去除率高达96.5%～98.2%， 而总氮去除率高达97.2%～99.4%， 均满足化工园区废水集中处理提出的总磷去除率和总氮去除率达到95%以上的净化处理要求，实现对废水的二次利用和合理排放。 同时，在应用过程中发现，随着化工园区废水当中的污泥磷负荷的不断增加，总磷的去除率会受到一定影响。 而当废水当中含有硝酸盐时，则对于生物除磷脱氮技术而言其除磷效果被抑制，使得回流废水当中含有大量的硝酸盐成分，使得放磷量和吸磷量都得到一定减少，进一步造成总磷去除率下降。 在发现这一问题时，通过及时调整生物除磷流程中磷元素的质量分数和DO 质量分数控制参数，有效解决了上述问题，并提高了废水集中处理中总磷去除率，达到良好的处理效果。 综合上述应用结果表明，在对化工园区废水集中处理时，通过引入生物除磷脱氮技术可以实现更加良好的处理效果，可将该技术作为化工园区废水集中处理工艺进行推广。

3 结束语

针对当前现有废水处理技术存在总除磷率和总除氮率低，并且无法实现对磷元素和氮元素同时处理的问题，引入生物除磷脱氮技术，并对其具体实施过程中的各项操作内容进行详细说明。 通过本文研究得出，在化工园区废水集中处理时，引入生物除磷脱氮技术可以实现对废水的净化，使其达到可排放的标准，降低了废水对周围生态环境的威胁， 实现化工园区的可持续发展。 但由于研究能力有限，在进行厌氧释磷运行参数控制时， 无法针对三个阶段的界限明确划分， 因此在实际应用中可能存在参数控制不及时的问题，对处理效果造成一定影响。 针对这一问题， 为提高生物除磷脱氮技术在化工园区废水集中处理中的实用性， 还将对其进行更加深入研究。