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(qū)廢水集中處理中采用生物除磷脫氮技術(shù)研究

1.1 啟動雙級SBR 廢水處理反應(yīng)器

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

圖1 雙級SBR 廢水處理反應(yīng)器結(jié)構(gòu)組成

圖1中兩個SBR 廢水處理反應(yīng)器均由有機玻璃材料制備而成，其高度均為48cm，內(nèi)徑約為16.2cm，底部成圓臺狀，兩個SBR 廢水處理反應(yīng)器的有效容積之和為24L。 在SBR 廢水處理反應(yīng)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(jìn)行實時監(jiān)控， 并通過DO 儀對兩個反應(yīng)器當(dāng)中的溫度進(jìn)行實時控制[3]。 除此之外， 在進(jìn)行對化工園區(qū)的廢水集中處理時，還需要用到的儀器設(shè)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(jié)構(gòu)，對反應(yīng)池區(qū)域進(jìn)行設(shè)計，并在此過程中，使用雙極SBR 工藝，對廢水進(jìn)行集中處理。 處理的核心是將水體中呈現(xiàn)異氧特性的聚磷菌，與呈現(xiàn)自養(yǎng)特性的硝化菌進(jìn)行分別控制。 結(jié)合菌群的生長規(guī)律，在啟動反應(yīng)裝置與結(jié)構(gòu)時，需要同時啟動雙級SBR，在反應(yīng)處理過程中，SBRI 的目的是通過控制裝置高速、低負(fù)荷運轉(zhuǎn)，對其中生命力較差的生命體進(jìn)行淘汰處理，因此，可選擇POAs 作為反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌群，從而實現(xiàn)對水體中有機物質(zhì)的祛除。 具體步驟如下：將收集的化工園區(qū)廢水作為原水（控制水體質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6～12mg/L 范圍內(nèi)），設(shè)置前端的進(jìn)水容量為單位時間內(nèi)2～3L，調(diào)試反應(yīng)器的沖水比例為1.0（即進(jìn)入10L，出水10L），按照一定比例將瞬時進(jìn)水進(jìn)行排泥處理，并及時調(diào)試機器在運轉(zhuǎn)過程中的攪拌時間與曝氣時間，確保1d 運轉(zhuǎn)2～3 次。此時，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)與出水水質(zhì)的檢測，便可以掌握設(shè)備的運行情況。 待其運行趨近于穩(wěn)定后，即可認(rèn)為完成對廢水反映處理器的啟動操作。

1.2 基于生物技術(shù)的厭氧釋磷運行參數(shù)控制

在明確生物除磷脫氮技術(shù)的運行機理后，在各個階段都需要對厭氧釋磷運行參數(shù)進(jìn)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(shù)分解存儲在細(xì)胞內(nèi)部的聚磷酸鹽，以此獲取到所需的能量物質(zhì)， 并將水當(dāng)中帶有揮發(fā)性的脂肪酸吸收，通過生物細(xì)胞內(nèi)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(shù)通過氧化的生物細(xì)胞內(nèi)部聚-β-羥基丁酸鹽獲取到能量可以為生物細(xì)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(jìn)一步轉(zhuǎn)換為聚磷酸鹽， 將其存儲在生物細(xì)胞當(dāng)中。 最后，在除磷階段，通過上一階段產(chǎn)生的剩余富磷污泥，將磷元素從整個廢水處理體系結(jié)構(gòu)當(dāng)中去除[2]。

廢水中磷的存在形態(tài)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(dá)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(xiàn)象，化工廢水生物除磷技術(shù)正是利用生物超量除磷原理而發(fā)展起來的。

由于利用生物除磷脫氮技術(shù)對磷元素進(jìn)行吸收式，其能量主要來自于好氧降解生物細(xì)胞當(dāng)中的有機物，并且好氧降解過程中活性污泥當(dāng)中的生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與DO 之間存在一定比例關(guān)系。 因此，進(jìn)一步推斷得出，在厭氧釋磷運行過程中， 控制參數(shù)主要為DO 和生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[3]。 根據(jù)實際化工園區(qū)廢水中主成分以及集中處理的需要，在進(jìn)行厭氧釋磷運行過程中，應(yīng)當(dāng)將生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5.45 ～7.25mg/L 范圍以內(nèi)。 對于DO 參數(shù)的控制，在進(jìn)入到好氧階段時，首先控制DO 以不超過0.25mg/L 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在平臺當(dāng)中出現(xiàn)， 并在平臺上持續(xù)時間約25～45min； 其次， 再將DO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)快速提升到5mg/L， 并在這一階段控制DO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升速度逐漸減緩；最后，在平臺上各個參數(shù)的變化曲線均隨著DO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的快速上升而逐漸變緩后，停止增加DO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，完成對DO 參數(shù)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(shù)的應(yīng)用后，厭氧釋磷運行參數(shù)控制的時段，在此基礎(chǔ)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(qū)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(xiàn)除磷效果[4]。 在現(xiàn)有廢水集中處理體系的基礎(chǔ)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(shù)后，當(dāng)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(dāng)中排放的磷約為12.3%～28.3%。 但在化工園區(qū)廢水集中處理的過程中，若出現(xiàn)活性廢水的生物超量， 則廢水當(dāng)中磷的去除率會更高[5]?；谶@一原理， 在進(jìn)行廢水集中處理的過程中，引入生物技術(shù)向廢水當(dāng)中人工添加微生物菌體，利用微生物菌體的生長作用，促進(jìn)磷的去除。

在好氧階段，完成對廢水的脫氮處理。 在化工園區(qū)的廢水當(dāng)中氮主要以有機氮化合物和氨氮兩種形式存在。 在傳統(tǒng)氨化、硝化和反硝化的基礎(chǔ)上， 引入生物技術(shù)對廢水進(jìn)行脫氮凈化處理。 在廢水處理中，將亞硝化和硝化反應(yīng)合并，消耗堿度[6]。 由于硝酸菌的世代期較長，封閉期內(nèi)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(qū)廢水進(jìn)行脫氮處理。 將上述兩個環(huán)節(jié)融合在SBR 廢水處理反應(yīng)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(yīng)處理后，將兩級容器當(dāng)中的廢水轉(zhuǎn)換，再次完成相同操作，以此實現(xiàn)對廢水的集中處理，確保除磷和脫氮同時進(jìn)行，達(dá)到凈化廢水的目的。

2 實例應(yīng)用分析

本文選擇以某化工園區(qū)的廢水作為實驗對象，以該化工園區(qū)的真實環(huán)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(shù)應(yīng)用到該化工園區(qū)當(dāng)中，并完成對其廢水的集中處理。已知該化工園區(qū)當(dāng)中的廢水成分主要包括（NH4）2SO4、KH2PO4和Na2CO3，上述三種成分對應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)入到雙級SBR 廢水處理反應(yīng)器當(dāng)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(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，如表1 所示。

表1 基于生物除磷脫氮技術(shù)廢水集中處理效果記錄表

從表1 中記錄內(nèi)容可以看出：在100min 廢水處理時間當(dāng)中，生物除磷脫氮技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)總磷去除率高達(dá)96.5%～98.2%， 而總氮去除率高達(dá)97.2%～99.4%， 均滿足化工園區(qū)廢水集中處理提出的總磷去除率和總氮去除率達(dá)到95%以上的凈化處理要求，實現(xiàn)對廢水的二次利用和合理排放。 同時，在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，隨著化工園區(qū)廢水當(dāng)中的污泥磷負(fù)荷的不斷增加，總磷的去除率會受到一定影響。 而當(dāng)廢水當(dāng)中含有硝酸鹽時，則對于生物除磷脫氮技術(shù)而言其除磷效果被抑制，使得回流廢水當(dāng)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(jìn)一步造成總磷去除率下降。 在發(fā)現(xiàn)這一問題時，通過及時調(diào)整生物除磷流程中磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和DO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制參數(shù)，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(dá)到良好的處理效果。 綜合上述應(yīng)用結(jié)果表明，在對化工園區(qū)廢水集中處理時，通過引入生物除磷脫氮技術(shù)可以實現(xiàn)更加良好的處理效果，可將該技術(shù)作為化工園區(qū)廢水集中處理工藝進(jìn)行推廣。

3 結(jié)束語

針對當(dāng)前現(xiàn)有廢水處理技術(shù)存在總除磷率和總除氮率低，并且無法實現(xiàn)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(shù)，并對其具體實施過程中的各項操作內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。 通過本文研究得出，在化工園區(qū)廢水集中處理時，引入生物除磷脫氮技術(shù)可以實現(xiàn)對廢水的凈化，使其達(dá)到可排放的標(biāo)準(zhǔn)，降低了廢水對周圍生態(tài)環(huán)境的威脅， 實現(xiàn)化工園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。 但由于研究能力有限，在進(jìn)行厭氧釋磷運行參數(shù)控制時， 無法針對三個階段的界限明確劃分， 因此在實際應(yīng)用中可能存在參數(shù)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(shù)在化工園區(qū)廢水集中處理中的實用性， 還將對其進(jìn)行更加深入研究。