COD 快速检测异常现象对生物脱氮指示作用的定性研究

2022-07-25王飞华

科学技术创新 2022年23期

王飞华

（浙江德慧环保科技有限公司，浙江杭州 310000）

常规生物脱氮是应用最为广泛的脱氮处理工艺，也是公认的运行要求高，容易受到冲击的处理工艺。在实际工程运行过程中发现在用比色法快速检测COD 的过程中出现干扰物质，其干扰程度氨氮降解能力存在相关性，可根据此干扰现象指导操作，以达到稳定运行的目的。

常规生物脱氮的原理分为三大部分：

①氨化反应：微生物粉剂有机氮化合物产生氨的过程称为氨化反应。在氨化微生物的作用下，有机氮化合物可以在好氧或厌氧条件下粉剂、转化为氨态氮，以氨基酸为例：

加氧脱氨基反应式：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

水解脱氨基反应式：RCHNH2COOH+H2O →RCHOHCOOH+NH3

②硝化反应：在好氧条件下，硝化细菌将氨态氮进一步分解、氧化为硝酸氮和亚硝酸氮。

亚硝化反应：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+

硝化反应：NO2-+0.5O2→NO3-

硝化反应：NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+

③反硝化反应：在缺氧条件下，脱氮菌利用硝酸盐中的结合氧，将硝酸氮和亚硝酸氮还原为气态氮的过程。

第一步：3NO3-+CH3OH→3NO2-+2H2O+CO2

第二步：2H++2NO2-+CH3OH→N2+3H2O+CO2

第三步：6H++6NO3-+5CH3OH→3N2+13H2O+5CO2即如图1 所示。

图1 生物脱氮原理图

1 本项研究基本情况

工程实例概述：医化企业临退役废水处理站，综合废水通过同一台泵阀门控制分别进入两套改良的SBR（MSBR）系统，各出水口废水汇合后，末端接深度处理及应急池，工艺流程如图2 所示。

图2 生化工艺流程简图

工艺流程简述：MSBR1、2、3 持续曝气，MSBR4 间歇曝气静置沉淀后排水。综合废水进入MSBR 工艺第一道之后，第二道的出口分别流向并列的第三道，并在第四道进行切换静置、排水，在第四道进行污泥回流。即出口1、3 排水时，对应的MSBR4 静置沉淀排水，出口2、4 对应的MSBR4 曝气不排水。反之，2、4 对应静置排水时1、3曝气不排水。因SBR 填料架老化散落，对污泥回流泵造成不同程度的堵塞，需经常清理。

系统生物脱氮功能持续数月一直稳定，期间保持持续排泥，忽然某日发生氨氮缓慢升高现象（进水等条件均未变）。在氨氮升高至一定程度后，利用COD 快速检测仪测定COD 出现浑浊干扰，通过对出水口1、2、3、4 的分别取样对比发现，氨氮越高干扰程度越严重。通过干扰呈现的时间和测定方法的对比可以排除此干扰现象非卤素原因。为了找出出现干扰的原因进行了以下实验。

2 对比实验

2.1 实验主要设备及COD 测定流程简述

实验设备1：江苏盛奥华6B-500 型COD 一体机及其配套材料。

实验设备2：江苏盛奥华6B-12 型（V9）COD 智能消解仪。

实验设备3：上海海恒氨氮测试仪。

快速法测定COD 流程简述：取水样3ml 至试管中，再加配好的C1 试剂1ml，再加浓硫酸5ml，加热消解10分钟，冷却后再加蒸馏水3ml，冷却后试样通过COD 一体机进行比色对数。若有卤素干扰，则在浓硫酸中配入C2 试剂。

2.2 对比实验1：排除卤素原因

2.2.1 浓硫酸中未加C2试剂，COD 测定全程无干扰。

2.2.2 浓硫酸中配入C2 试剂，一直到加热消解结束均无干扰，在冷却后再加蒸馏水时出现干扰，水样浑浊无法进行比色，如图3 所示。

图3 左样无C2，右样加C2

2.3 对比实验2：COD 干扰现象与氨氮降解能力相关

2.3.1 对进水一致的1、2、3、4 出水口进行测定对比，氨氮越高干扰程度越严重。

2.3.2 在运行过程中，当天测定COD 未出现干扰的出水口，当天氨氮呈下降趋势；出现轻微干扰时氨氮呈稳定趋势；出现严重干扰是氨氮呈上升趋势；氨氮降至30 以下时与COD 测定关系不明显。

图4 趋势关系图与实际数据关系不大，仅与氨氮升降趋势有关

2.4 对比实验3：COD 干扰现象的应用试验

2.4.1 实验室对MSBR4 含泥水样取上清液进行测定：COD 测定出现干扰，经厌氧24 小时后再测上清液干扰明显减少，氨氮值前后两天测定无区别（图5）。

图5 厌氧前后COD 测试对比

2.4.2 实际工程对在运行的风机减少1 台6 小时之后再恢复，第二天测定COD 和氨氮的对比：风机正常运行之前测定COD 出现严重干扰，第二天测定时COD 干扰减轻，氨氮呈下降趋势，第三天回到操作风机前的现象。

2.5 非实验工程现象验证

2.5.1 在持续数月氨氮稳定运行之前，MSBR 曝气系统曾经老化到无法运行状态，清洗、更换曝气头期间系统有至少一周处于缺氧状态。曝气系统恢复正常后出水氨氮持续数月维持在低于5mg/L 的状态。

2.5.2 实际工程中风机夜间跳闸关机，未及时发现，无法确定关机时间。此后氨氮下降趋势持续3 天左右趋于稳定。实际工程中因权限问题采取保守操作，通过停止排泥，增加污泥浓度的方式来实现目标，风机跳闸这个意外证实了工艺上解决办法的可行性。

2.5.3 图6 为常规测定水样，左侧浑浊的为出现干扰的出水水样，右侧透明的为进水水样包括各股稀废水、稀释后的高浓废水、进MSBR 的综合废水等。

图6 工程运行常规测定水样（出水氨氮升高时）

2.5.4 图7 为采取措施过程中氨氮得到控制时的COD 测定干扰现象，四个出水口氨氮降解能力不一致，干扰现象也不一致，1、4 轻微干扰氨氮在30 左右，2、3 无干扰，氨氮在10 左右，但是无一例外的干扰现象减轻了。

图7 氨氮得到控制时水样趋向透明

2.6 工程实例数据摘选（表1）。

表1

3 COD 测定干扰与氨氮降解能力出现相关原因猜测

通过实验及工程实例猜测：生物脱氮过程中产生微生物干扰物质，且逐步积累，当累积到一定程度后，微生物活性受到抑制，生物脱氮功能开始下降，随着干扰物质越积越多，生物脱氮功能越来越差。厌氧或缺氧可以消耗该干扰物质，根据脱氮的原理推测，此干扰物质极有可能为硝酸盐和亚硝酸盐，若此猜测为正解，则硝酸盐和亚硝酸无法及时反硝化除了抑制微生物活性，更大的可能为高浓度的硝酸盐和亚硝酸对硝化反应的正向反应进行抑制，硝化反应无法顺利进行，氨氮降解能力自然下降。