生物反硝化—树脂吸附去除农药生化尾水总氮实验研究

宋均轲, 司徒瑜霞, 贺 伟

(南京环保产业创新中心有限公司，江苏 南京 211102)

某农药企业主要生产菊酯类农药及中间体，厂内建有污水厂1 座，各产品生产废水在调节池混合后，经MBR+A/O+生物滤池处理满足园区纳管标准后，进入园区污水处理厂。园区原有纳管监管指标主要为化学需氧量(COD,COD≤500 mg/L)和氨氮(氨氮≤45 mg/L)，近年来，国家和各个地区陆续颁布了更为严格的污水排放标准，除传统指标COD和氨氮外，新增总氮(TN)指标的考核[1]。因此，对尾水进行脱总氮提标有着重要的现实意义。

生物脱氮是水污染处理中脱氮最为经济和有效的处置方法[2]。现有污水经过好氧处理后，氨氮等转换为硝态氮，总氮成分主要以硝态氮形式存在。同时考虑到原有系统改造难度大，拟在生物滤池出水后端增加生物反硝化脱总氮处理单元，通过反硝化细菌作用实现总氮去除。农药污水生物毒性强，考虑到冬季水温低，出水总氮指标波动较大，反硝化脱总氮单元后增加树脂吸附单元。

1 实验及检测方法

1.1 废水来源及水质

污水来源取自原有生物滤池出水，废水指标见表1，总氮主要由硝态氮形式存在。

表1 废水指标汇总(mg/L)

1.2 实验方法

生物滤池出水进入生物反硝化单元，反应器内设置搅拌机搅动，控制设定的溶解氧和污泥浓度，评估原有碳源直接反硝化脱总氮可行性，探究最佳停留时间及碳氮比。反硝化处理单元出水进入树脂吸附系统，评估单位树脂处理水量及系统稳定性。

1.3 测量方法

化学需氧量(COD)采用《水质化学需氧量的测定 重铬酸盐法》(HJ 828—2017)中的方法进行测定；总氮(TN)依据《水质总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(HJ636—2012)中的方法测定；硝态氮采用《工业循环冷却水及锅炉水中氟、氯、磷酸根、亚硝酸根、硝酸根和硫酸根的测定离子色谱法》(GB/T 14642—2009)中的方法进行测定；氨氮(NH3-N)依据《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535—2009)中的方法测定。

2 结果与分析

2.1 反硝化系统优化参数研究

(1)原有碳源反硝化脱总氮可行性分析。反应器内搅拌机缓慢搅拌，溶解氧为0.2～0.5 mg/L，MLSS为3 500 mg/L，不投加碳源，在不同的反应时间取水监测总氮，数据如图1所示。

图1 未投加碳源出水总氮随时间变化图

根据图1可知，当原水未加碳源时，总氮去除能力弱。延长反应时间，总氮去除能力增加幅度小，去除能力最高稳定在20%～25%，出水总氮≥40 mg/L。反硝化细菌主要以有机碳源为电子供体，在缺氧环境下将亚硝酸氮和硝酸氮还原成氮气，碳源种类及浓度影响着反硝化效果，水体中有充足的碳源才能让反硝化过程顺利进行[3]，因此利用原水中碳源无法实现高效脱氮。

(2)碳氮比优化研究。反应器内缓慢搅拌，反应溶解氧为0.2～0.5 mg/L，MLSS为3 500 mg/L，反应时间控制为12 h，反应器内投加反硝化常用的碳源甲醇[4]，投加碳源与总氮比值分别控制在2、3、4、5、6、7、10，出水总氮数据如图2所示。

图2 碳氮比对总氮去除的影响

根据图2可知，碳氮比的增加，有助于出水总氮去除。碳氮比3∶1时，总氮去除率为仅为44.6%，随着碳氮比增加，当碳氮比为5∶1时，总氮去除率已经达到70%，出水总氮达到稳定在20 mg/L；之后随着碳氮比的增加，总氮去除率趋于稳定。考虑到经济性，建议碳氮比控制为5∶1。

(3)停留时间优化研究。反应器内缓慢搅拌，反应溶解氧为0.2～0.5 mg/L，MLSS为3 500 mg/L，碳氮比控制在5∶1，控制反应停留时间分别为2、4、6、8、10、12、18、24、36 h，出水总氮数据如图3所示。

图3 停留时间对总氮去除的影响

随着反应停留时间的增加，出水总氮呈现下降趋势。当停留时间为12 h，总氮去除率达到75.4%，总氮稳定在20 mg/L 左右；随着停留时间的增加，出水总氮降低趋势减缓，当停留时间为24 h时，总氮去除率为80%，出水总氮最低可至13.4 mg/L。停留时间增加会带来构筑物容积和占地面积的增加，建议停留时间选取12 h。

2.2 树脂吸附系统稳定性研究

反硝化系统出水进入树脂吸附系统，树脂为流动态，装填树脂体积占比为5%，反应温度为35 ℃，反应时间为0.5 h。针对单位容积树脂对应处理水量(BV)的处理效果进行研究，具体数据如图4所示。

图4 总氮浓度随处理水量的变化

根据图4所示，树脂吸附能有效去除污水中的总氮。随着处理水量的增加，出水总氮浓度呈上升趋势，当处理能力为50 BV时，出水总氮低于10 mg/L，当处理能力为200 BV时，出水总氮为14.5 mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—2002)》中一级A中总氮指标要求。

3 结论

利用生物反硝化与树脂吸附组合工艺对某公司生物滤池出水进行脱总氮研究。实验发现，原水中的有机物无法作为反硝化脱氮优质碳源；外加甲醇作为碳源，当反应时间为12 h，溶解氧为0.2～0.5 mg/L，MLSS为3 500 mg/L，碳氮比为5∶1时，总氮去除率达80%以上，出水总氮≤20 mg/L；树脂吸附处理能力为200 BV时，出水总氮低于15 mg/L。