前置反硝化生物濾池處理化工企業生化尾水
某化工企業主要生產殺菌劑、除草劑、中間體等農化品，產生的廢水氮含量較高，經廠區污水廠現有預處理—生化工藝處理后，仍未達到當地GB 31571—2015的直接排放標準要求，生化出水COD較低，但硝態氮濃度較高。
污水脫氮方法主要有物理化學法與生物脫氮法。生物法能耗較低、化學試劑投入較少，在污水處理中特別是大、中型污水處理廠廣泛應用。曝氣生物濾池集生物氧化和截留懸浮固體于一體，同時填充載體材料對水流可起到強制紊流的作用，強化微生物和污染物的富集與傳質，實現污水污染物的高效去除。
前置反硝化生物濾池結合了A/O工藝和曝氣生物濾池工藝的特點，具有良好的脫氮效果，被廣泛用于尾水的深度處理中。實驗室純水設備該工藝不但出水穩定、投加碳源量少、節約藥劑成本，同時流程相對簡單，省去中間沉淀池，節約建筑成本。
很多研究者對前置反硝化生物濾池脫氮效率的影響因素進行分析。研究表明硝化液回流比、碳氮比及水力負荷直接影響系統的脫氮效果。
筆者針對某化工企業生化尾水硝態氮濃度高、COD低的特點，提出采用前置反硝化生物濾池工藝，兩端濾池均用聚氨酯為填料，探討停留時間、回流比及碳氮比等參數對該生化出水脫氮效果的影響，并進行小試調試，為實際工程應用提供參考。
1 實驗部分
1.1 實驗裝置
實驗裝置由2個濾池串聯而成，前端為缺氧生物濾池，后端為好氧生物濾池，水流方向均為升流。污水由缺氧生物濾池底部進入，從上端溢流堰自流至好氧生物濾池底部，隨后從好氧生物濾池頂部溢流堰排出，出水部分回流至缺氧池。缺氧池和好氧池柱體高45 cm，直徑10 cm，柱體采用有機玻璃制成，容積均為3.5 L，兩濾池均填充聚氨酯輕質填料。缺氧池溶解氧控制在0.5 mg/L以下，好氧池隔板處設有1個曝氣口，通過氣體流量計控制池內溶解氧為2~4 mg/L。前置反硝化生物濾池實驗裝置如圖 1所示。
1.2 實驗用水
模擬配水：用自來水進行配水，氨氮由氯化銨配制，硝酸鹽氮由硝酸鈉配制，COD由甲醇配制，加入少量稀鹽酸或碳酸鈉溶液調節配水pH至7~8。
實際廢水：取自安徽某化工企業污水站生化出水，污水站生化段原有工藝為厭氧—兼氧—好氧，實驗室純水設備原有廢水處理工藝啟動后污水站出水水質為COD≤80 mg/L、TN 110~160 mg/L，其中硝酸鹽氮占比在90%以上，pH為6.5~7.0。可以看出該污水TN超標較嚴重（排放標準≤15 mg/L）。由于前置反硝化脫氮過程中碳源明顯不足，因此實驗過程投加少量甲醇作為外加碳源，并加入少量碳酸鈉調節廢水pH至7~8。
1.3 實驗方案
實驗分為3個階段。第1階段以模擬配水為實驗用水，進行裝置掛膜啟動。
好氧生物濾池啟動：首先向反應器內加入500 mL活性污泥，進水水質COD為80 mg/L，NH3-N為30 mg/L，控制DO為2~4 mg/L，HRT為12 h，出水COD去除率穩定在70%，氨氮去除率穩定在90%以上，說明好氧生物濾池掛膜成功。
缺氧生物濾池啟動：首先向反應器內加入500 mL活性污泥，進水COD為400 mg/L，NO3--N為100 mg/L，控制DO＜0.5 mg/L，pH在7~8，HRT為12 h，出水COD去除率穩定在90%以上，TN去除率穩定在80%以上，說明缺氧生物濾池掛膜成功。
好氧生物濾池和缺氧生物濾池均掛膜成功后，組裝前置反硝化生物濾池反應器（見圖 1），控制硝化液回流比為1:1，HRT為12 h，定期監測進出水水質，水質穩定后則認為前置反硝化生物濾池啟動成功。
第2階段以實際廢水為實驗用水，考察運行參數對前置反硝化生物濾池工藝處理性能的影響。分別進行不同水力停留時間、硝化液回流比、碳氮比實驗。每次調節運行參數后運行3~5 d，穩定后開始采樣測試，連續采樣15 d，結束后進行下一參數實驗。
第3階段，實際廢水于前置反硝化生物濾池系統中，在最佳運行參數條件下小試運行。
1.4 分析方法
DO采用hqd-ldo型溶解氧測定儀（美國哈希公司）測定；pH采用pHS-3C pH計（雷磁公司）測定；COD采用HJ 828—2017《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》測定；NO3--N采用HJ/T 346—2007《水質硝酸鹽氮的測定紫外分光光度法》測定；NH4+-N采用HJ 535—2009《水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法》測定；TN采用HJ 636—2012《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》測定。
2 結果與討論
考察運行參數對前置反硝化生物濾池工藝處理性能的影響時，實驗用水為某化工廠生化尾水，缺少足夠的營養源，因此根據水樣COD和TN，按一定比例投加甲醇補充碳源（1 g甲醇=1.5 g COD），并加入少量碳酸鈉調節廢水pH至7~8，配制好后進行實驗。
2.1 水力停留時間（HRT）
水力停留時間是生物濾池的重要工藝參數，直接影響污水在濾池內與生物膜的反應接觸時間，進而決定對污水的處理效果。投加甲醇控制m（COD）:m（TN）=4，控制回流比為100%，調節HRT依次為8、6、5 h，每次調節參數后運行3~5 d，穩定后開始采樣測試，連續采樣15 d，考察HRT對前置反硝化生物濾池處理生化尾水脫氮效果的影響，結果見圖 2。
由圖 2可見，隨著HRT的減小，COD去除率總體呈下降趨勢，但仍能保持在85%以上，TN去除率總體也呈下降趨勢，HRT為8 h和6 h時去除率相差不大，均在90%左右，但HRT縮短至5 h時TN去除率下降明顯，為78.9%。
TN主要通過缺氧池的反硝化作用去除，水力停留時間縮短后，有機物尚未被完全降解便被水流帶走，使得異養反硝化菌對碳源的利用率不足，TN去除效果降低。綜合考慮土建成本及處理效果，HRT設為6 h較佳。
2.2 回流比
投加甲醇控制m（COD）:m（TN）=4，控制HRT為6 h，調節回流比依次為50%、100%、200%，實驗室純水設備考察回流比對前置反硝化生物濾池脫氮效果的影響，結果見圖 3。
由圖 3可以看出，隨著回流比從1:2提高至2:1，系統對COD的去除率先增大后減小，其中回流比為100%時系統對COD的去除率可達到88.5%；系統對硝酸鹽氮及TN的去除效果也表現為先增加后減小，其中回流比為100%時，TN去除率達到89.5%。
上述結果表明，適當的硝化液回流比對COD及TN的去除有利，馬秋瑩等和李汝琪等的研究也得到相似結論。回流比從50%提高至100%，稀釋了缺氧反硝化生物濾池的進水濃度，同時進入反硝化池的硝酸鹽和亞硝酸鹽增加，促使反硝化菌利用更多的有機物進行脫氮，COD和TN去除率均得以提高；但當回流比提高至200%時，一方面產生較大的水力負荷，縮短了污水在系統中的停留時間，加大濾層的過流速度和水力剪切，使生物膜容易脫落而被水流帶出，另一方面導致回流液攜帶至缺氧反硝化生物濾池的DO增加，進而使反硝化反應受到抑制，因此COD和TN去除效果均下降。在前置反硝化生物濾池運行中，選擇回流比為100%較佳。
2.3 碳氮比
控制HRT為6 h，回流比為100%，通過投加甲醇補充碳源，調節碳氮比分別為3、4、5，考察碳氮比對前置反硝化生物濾池脫氮效果的影響，結果見圖 4。
由圖 4可以看出，碳氮比由3提高至5，COD、NO3--N及TN的去除率總體呈上升趨勢；碳氮比從3升至4，去除率提高較為明顯，碳氮比從4提高至5時，去除率提高趨勢趨于平緩。
當進水有機物濃度較低時，對于反硝化生物濾池，碳源會成為限制因素，COD和TN去除效果較差。而逐步提高碳氮比會有效提升去除效果。但碳氮比過高時進水中的有機物濃度高，即使COD去除效果好，出水COD也會相應提高，且增加藥劑成本。綜合考慮污水處理效果及運行成本，選用碳氮比為4較佳。
2.4 實際廢水運行效果
該化工廠生化尾水pH為6.5~7，COD約為50 mg/L，NO3--N約為100 mg/L，TN約為110 mg/L。將前置反硝化生物濾池裝置HRT設為6 h，回流比100%，同時根據廢水COD及TN投加甲醇，控制碳氮比為4，補加少許碳酸鈉控制pH為7~8，運行30 d，具體運行效果見圖 5。
從運行效果來看，實驗室純水設備前置反硝化生物濾池的運行效果穩定，COD去除率在85%~92%，TN去除率在87%~93%，出水COD穩定在80 mg/L以下，TN可穩定在15 mg/L以下，達到當地排放標準要求。
（1）研究了前置反硝化生物濾池的停留時間、回流比及碳氮比等參數對某化工企業生化尾水脫氮效果的影響。隨著HRT從8 h縮短至5 h，COD及TN去除率總體呈下降趨勢；適當增加硝化液回流比有利于提高系統脫氮效率，隨著回流比由50%提高至200%，系統對COD及TN的去除率表現為先增大后減小；隨著碳氮比由3提高至5，COD、NO3--N及TN去除率總體呈上升趨勢。
（2）綜合考慮污水處理效果、投資及運行成本，設置HRT為6 h，回流比為100%，同時根據廢水COD及TN情況投加甲醇，控制碳氮比為4，補加少許碳酸鈉控制pH7~8，運行30 d。從運行效果來看，采用前置反硝化生物濾池處理某化工廠生化尾水，取得良好的脫氮效果，出水COD可穩定在80 mg/L以下，TN可穩定在15 mg/L以下，已達到當地排放標準要求。純水設備，實驗室純水設備，蘭州去離子水設備，蘭州水處理設備，超純水設備，醫用GMP純化水設備。銀川純水設備。
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