生物膜法脱氨技术在合成丁苯橡胶工业废水中的应用

孙海盛 戴继红

摘 要：生物膜法脱氮技术在工业废水处理中被广泛应用，是废水处理技术领域中比较成熟的一门技术。采用生物膜法脱氮技术对合成丁苯橡胶工业废水进行处理，本文主要考察废水温度、PH、溶解氧以及污泥浓度对去除氨氮的影响，确定了在应用过程中的以上影响因素的适用范围，以便提高处理效果。

关键词：生物膜法；脱氨氮；合成丁苯橡胶工业废水；影响因素

某合成丁苯橡胶生产企业生产能力为23万吨/年，其废水处理工艺为污水预处理+生化处理两个基本单元组成。随着地方政府对工业废水排放要求不断提高，山东省从2012年开始执行氨氮不大于5？mg/L的废水排放标准，排放标准非常严格。因为生物膜法脱氮技术较为成熟，因此用生物膜法去除废水中的氨氮在工艺上容易找到突破口。

1 生物脱氮技术的基本原理

合成丁苯橡胶工业废水中存在着有机氮、氨氮、氨水、硝态氮等形式的氮，而其中以有机氮和氨氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被氨化菌氧化分解，而后经硝化过程转化变为NO3-N和NO2-N，最后通过反硝化作用使硝态氮转化成氮气，而逸入大气。由此可见，有机氮进行生物脱氮可分为氨化-硝化-反硝化三个步骤，生物脱氮的关键在于硝化和反硝化。

反应过程如下：

①氨化反应以氨基酸为例：RCHNH2COOH+O2→ROOH+CO2+ NH3 （1）

②硝化反应：NH4++1.86O2+1.98HCO3-→0.021C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3-+1.88H2CO3 （2）

从上式可知，1毫克氨氮氧化为硝态氮要消耗7.07毫克碱（以CaCO3），并消耗4.25毫克氧[1]。在不考虑硝化反应过程中硝化菌的增殖，其反应可简化为

NH4++O2→NO3-+2H++H2O （3）

按此式计算，氧的消耗量为4.57毫克，碱度消耗量为7.14毫克。

一般认为反硝化反应在偏酸性条件下进行，对溶解氧也有比较苛刻的条件，要求溶解氧小于0.5mg/L才能进行硝化反应。

2 合成丁苯橡胶工业废水处理工艺

2.1 原处理工艺

2012年以前由于执行地方排放标准对氨氮的要求不算太高，只要不大于15mg/L就可进行排放。其合成丁苯橡胶废水处理工艺流程为：丁苯装置出水→丁苯污水预处理→生化处理→达标后排海。其中生化处理包括：厌氧酸化阶段→生化曝气阶段→沉降→接触氧化池→沉降→排海。因丁苯预处理出水氨氮一般在30～40mg/L之间，经过生化处理后很容易达到排放标准。

2.2 现在处理工艺

从2012年开始严格执行5mg/l的地方排放标准，继续利用原来的生化处理工艺将很难实现达标排放。对接触氧化阶段进行功能调整，实现生物法去除氨氮的功能。工艺流程为：厌氧酸化阶段→生化曝气阶段→沉降→加碱混合→MBBR硝化阶段→沉降→达标排海。正常的硝化污泥培养、驯化时间较长，为了节约时间，从某炼油厂引进硝化污泥直接进行驯化，大大节省了驯化时间。

3 硝化反应影响因素

3.1 温度

在生物硝化系统中，硝化细菌对温度的变化较为敏感，一般温度在5～35℃的范围内，硝化细菌能够正常新陈代谢。当温度低于15℃的时候，硝化细菌的处理能力有明显下降；低于10℃时硝化细菌只能维持生命基本特征；温度越高硝化细菌的处理能力越强，当然温度过高硝化细菌将会大量死亡，在工程实际应用过程中将温度最好控制在30～35℃。

3.2 PH

硝化细菌不但对温度变化敏感，对PH值的变化也非常敏感，最佳PH值应控制在8.0～8.5范围之内，在这样的条件下硝化细菌的硝化速度最快，耗碱的速度也是最快。因为硝化反应是产酸的过程（如（3）反应式），要保证硝化细菌的生长环境必须外加液碱维持在碱性环境中。当废水PH值低于7时 不及时加碱时，硝化细菌的反应速度将会降低；PH低于6时硝化细菌会很快死亡；当废水PH值大于9以上硝化细菌的反应速度同样会降低，但是回复到8.0～8.5时很快反应就会回复。（注氨氮浓度单位：mg/L）

4 反硝化反应影响因素

由于反硝化作用产生的调节为厌氧或缺氧状态，即溶解氧在0.3～0.5mg/L之间[2]，硝态氮、亚硝态氮及其它氮氧化物才能作为电子受体被还原为氮气，而现在硝化反应后端继续进行鼓风曝气使溶解氧大于2mg/L以上，所以说本工艺处理丁苯橡胶废水只是进行了硝化反应没有进行反硝化反应。

5 结语

在近两年的实际应用过程中，来水水量保持基本稳定的条件下，温度控制在30℃到35℃之間，硝化细菌长势良好。通过调整曝气量，控制溶解氧在2mg/l到5mg/l之间，污泥感观同比溶解氧大于5mg/l以上要结实，并容易沉降，出水悬浮物较低。通过对PH值的考察，当PH≤6时，硝化细菌会很快死亡；当PH≥9时，硝化反应速度降低，但PH回复到8.0—8.5之间时速度反应又恢复，可以说明当PH≥9时硝化反应受到抑制。污泥浓度在生物脱氨氮技术中起到比较重要作用，污泥浓度的高低与系统抗冲击能力大小有一定对应关系，当污泥浓缩在2mg/L时受来水水质影响较大，例如：COD较高或氨氮较高时，出水水质相应较高；当污泥浓度在4mg/L左右时，系统出水受来水水质影响不大，说明当污泥浓度在4mg/L左右时硝化系统既能够去除COD又能去除氨氮。

参考文献：

[1]唐受印，等.水处理工程师手册[M].化学工业出版社，2000.

[2]耿安朝，等.废水生物处理发展与实践[M].东北大学出版社，1997.