生物氮在制浆废水厌氧系统中应用探讨 - 新闻资讯 - 破乳剂|COD去除剂|乳化液|含油|煤化工废水处理|济南乾来环保

摘要：制浆废水具有 COD 浓度高，B/C 比在 40%～50%的特点，适合运用厌氧微生物进行降解处理，而厌氧微生物的生长繁殖需要按一定的比例摄取氮、碳、磷及其他微量元素。如处理废水缺乏适当氮素营养，则难以保证微生物的生长繁殖，使得降解效率降低。通过聚焦制浆废水厌氧处理系统，分别投加传统尿素和新型生物氮，通过比较其用量、COD 去除率、厌氧颗粒污泥表观形态及出水碱度和挥发酸等指标差异，发现生物氮可有效提高营养吸收效率和微生物活性，在降低使用成本的基础上还能迅速提高降解效率，对厌氧系统具有明显的促进作用，应大力推广到制浆废水厌氧处理系统中。

关键词：微生物；生物氮；COD；微量元素；造纸废水

近年来，节约用水是每一个行业必须面对的问题。制浆造纸行业作为用水大户，始终将节约用水放在节能降耗的首位。然而减少吨纸和吨浆的用水量，使得造浆造纸废水排放的污染负荷急速增加。同时，纸浆废水 COD（化学需氧量）浓度高，B/C 比（BOD 与 COD 的比值）在 40%～45%之间，适合采用高效、节能的厌氧微生物处理系统进行处理。微生物的生长繁殖需要摄取一定的比例碳、氮、磷以及其他微量元素。如果水中氮营养缺乏，就需要补加适量的营养，以保证微生物生长繁殖的需要。传统方法是投加尿素或氮盐，投加量多、劳动强度大，氮元素利用率低，COD 降解率低。如何提高厌氧系统 COD 降解率，增强厌氧颗粒污泥活性，提高氮元素利用效率是近几年污水处理系统发展的方向。

生物氮是针对制浆造纸废水缺氮而研发的一种新型生物氮源，是以分子级的有机质作为载体，利用分子渗透技术以提升氮源的利用效率。生物氮的存在形式为速效氮和缓释氮，相比传统化学或农业氮源的易损失性，具有次级代谢产物毒性大，微生物吸收利用效率低，用量大，需用专用溶解罐，操作条件恶劣等缺点，作为污水生化体系中氮源的补充剂，更利于微生物对氮素的利用。该产品中含有维生素、微量元素、活性酶、天然荷尔蒙等多种活性物质，更易于微生物吸收、利用和消耗。已有研究发现，长期使用生物氮能够改善活性颗粒污泥性状沉降性和微生物活性，更有利于提高营养吸收效率，从而提高 COD 降解率，降低好氧系统及深度处理的污染物负荷，以降低污水处理的综合成本。此外，对缺氮废水，只需传统氮素 20%～33.3%的用量，即能有效降低污水处理氮素的费用。

本研究项目采用生物氮替代尿素作为污水处理系统的营养补充剂进行中试，通过检测污水处理系统中使用生物氮前后好氧和厌氧系统中 COD 含量，厌氧颗粒污泥色泽和颗粒度及厌氧出水碱度和挥发酸进行对比，并对其经济使用效应进行评价。

通常废水中的 COD 指标是废水中的总COD，包括溶解性有机物和非溶解性有机物，其中溶解性有机物用 SCOD 表述，污水生物降解主要针对废水中的 SCOD，所以研究生物氮促进微生物对有机物的降解跟踪其生化系统的 SCOD 变化，同时辅助分析系统的 COD 数据。

1 材料和方法

1.1 实验材料

生物氮：含有效氮＞ 20%，外观黄褐色液体；主要成分：多种生物可直接代谢氮源、多种维生素、其他微量元素；pH 值 5.8～9.0；密度 1.08～1.40 kg/L。

1.2 中试方案

1.2.1 生物氮投加工艺流程

投加工艺: 用计量泵将专业公司生产的生物氮液体投加到污水预酸化池内，生物氮混入高浓度污水中，污水进入 IC 厌氧微生物处理系统，生物氮被甲烷菌、硝化菌、硫化菌等微生物吸收参与生化反应，为微生物生长提供氮源，提高微生物活性，促进微生物生长，微生物进而消化分解污水中 COD、BOD 等污染物，转化成高热值的甲烷气体和有商品价值的厌氧颗粒污泥[4]，COD 去除率达到 73%。生物氮投加工艺流程图见图 1。

1.2.2 检测方案

通过检测酸化池内 SCOD、IC 出水 SCOD、好氧进水平均 SCOD、二沉出水平均 SCOD 的变化趋势，分析厌氧系统 SCOD 和好氧系统 SCOD降解变化；通过对比使用生物氮前后厌氧反应器中颗粒污泥表观形态、出水碱度和挥发酸的变化，比较厌氧微生物作用活性及效率。2 组数据进行对比分析试用效果。

2 过程跟踪

2.1 数据收集期

原系统营养源尿素的补充系统运行情况跟踪，在 2021 年 11 月 5 日—11 月 16 日全面收集系统运行数据，其包括：厌氧进出水的 SCOD指标跟踪和记录，厌氧污泥状态记录，好氧污泥性能记录，二沉池出水 SCOD 指标的检测记录。

2.2 调试期

调试期为 2021 年 11 月 17 日—11 月 20 日，生物氮每天补充 180 kg，是尿素投加量的 30%。在此过程中详细跟踪厌氧和好氧系统的运行状况，包括其对厌氧进出水的 SCOD 指标跟踪和记录，厌氧污泥状态记录，好氧污泥性能记录，二沉池出水 SCOD 指标的检测记录。

2.3 维持期

维持期的数据跟踪期，其时间为 2021 年 11月 21 日—11 月 27 日：时间为 7 天，生物氮每天投加 150 kg，是尿素投加量的 25%。在此过程中跟踪系统的厌氧进出水的 SCOD 指标跟踪和记录，厌氧污泥状态记录，好氧污泥性能记录，二沉池出水 SCOD 指标的检测记录。

3 研究结果

3.1 使用生物氮前后对 SCOD 去除的影响
通过上述过程跟踪，对使用生物氮前后对SCOD 含量和去除率的影响进行比较，比较结果见表 1、图 2、图 3。由图 2 可知，使用生物氮前后，厌氧系统（IC）和好氧系统的 SCOD 具有很大的差异。

在使用传统营养氮素时，二次沉淀池中的SCOD 的含量范围为 250～350 mg/L；在使用增效氮素后，二次沉淀池中的 SCOD 的含量明显下降，其含量范围为 200 ～ 300 mg/L，并且SCOD 的含量在 11 月 23 日出现最低值之后能够持续在比较低的含量水平。推测其原因可能由于生物氮促进了微生物对氮的吸收，提高了氮的利用效率及微生物的活性，从而使得 SCOD的去除效率得到明显的提高。

3.2 生化系统微生物降解 SCOD 的去除率趋势

由图 3 可知，使用生物氮前后，厌氧系统（IC）和好氧系统的 COD 去除率具有明显差异。由表 1 可知，使用原系统营养剂尿素，厌氧系统中 SCOD 平均去除率为 70.3%，好氧系统中 SCOD 平均去除率为 71.89%；而使用多小增效氮后，厌氧系统中 SCOD 平均去除率为73.6% ，好氧系统中 SCOD 平均去除率为77.03%。因此，研究发现使用生物氮作氮源厌氧系统 SCOD 相比使用尿素作氮源厌氧系统SCOD 去除率提高 3.3%，好氧系统 SCOD 去除率提高 5.14%。不同氮源使用期间污水处理系统 SCOD 数据变化对比见表 2。在使用传统氮素营养剂-氮素时，好氧系统进水和二次沉出水的平均 SCOD 的含量分别为 1 053 mg/L 和 296 mg/L；在使用新型的生物氮之后，好氧系统进水和二次沉出水的平均SCOD 的含量分别为 1 183 mg/L 和 271.5 mg/L。因此，使用生物氮后，好氧系统进水 SCOD 提高了12.3%，二次沉出水降低了 8.28%。

3.3 厌氧颗粒污泥色泽和颗粒度有所提高

通过对比使用多项增效氮前后厌氧反应器中颗粒污泥的变化见图 4。发现使用多项增效氮后颗粒污泥色泽发亮，颗粒度有所提高。

3.4 厌氧出水碱度和挥发酸变化

不同氮素营养剂使用期间出水碱度和挥发酸的含量见表 3。在使用传统氮素营养剂-氮素时，碱度的最大检测值、最小检测值及平均值分别为 70.1 meq/L、60.8 meq/L 和 64.8 meq/L，挥发酸的最大检测值、最小检测值及平均值分别为 3.5 meq/L、2.4 meq/L 和 2.9 meq/L；在使用新型的生物氮之后，碱度的最大检测值、最小检测值及平均值分别为 68.9 meq/L、59.2 meq/L和 62.3 meq/L，挥发酸的最大检测值、最小检测值及平均值分别为 2.9 meq/L、 1.8 meq/L 和2.4 meq/L。使用生物氮期间厌氧系统出水碱度和挥发酸相比使用尿素期间碱度降低2.5 meq/L，挥发酸降低 0.5 meq/L。研究结果说明了厌氧微生物活性提高。

4 结论

（1）生物氮可代替尿素作为厌氧微生物系统中的氮元素，使用生物氮能有效增亮颗粒污泥色泽，提高颗粒度，即提高微生物活性，进而增强污水处理生化系统微生物降解 SCOD 的效率，稳定厌氧系统运行。

（ 2）使用生物氮可节约纸浆污水处理成本，主要体现在 2 方面：使用生物氮相比使用尿素能够直接节约尿素费用，可节约费用 78 000元/a；二沉池出水 COD 降低后，后续化学混凝处理成本将降低，化学污泥产量将减少，污泥处理、处置费用也将减少，这些间接费用也相当可观。

（3）使用生物氮节省了特种设备电动葫芦的维修、保养、年检等费用，减少特种操作工的培训、管理。

（4）此外，使用生物氮还能降低了职工的劳动强度。因此，生物氮在造纸废水厌氧系统中具有积极作用，应大力推广到造纸废水的处理过程中。

原标题：生物氮在制浆废水厌氧系统中应用探讨

原作者：蒋成东，舒孝喜，范金龙，苏智，常广新，郑江营，马盛楠

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