废水脱氮技术主要包括生物脱氮技术、化学沉淀法、吹脱法、离子交换法等，其中生物脱氮技术具有避免二次污染、能耗低等特征，被广泛应用到合成氨废水处理过程中。但从目前合成氨废水处理情况来看，虽然我国政府部门针对废水处理进行各种研究， 并取得不错的成就，但很多处理技术仍然在理论阶段，并未被应用到实践生产中。 因此， 为避免合成氨工业废水给生态环境带来严重影响， 目前急需针对目前情况开发出高效的生物脱氮技术。 基于此， 文章利用硝化反硝化/生物接触氧化工艺来解决合成氨废水问题，整个废水规格为 2400m3/d， 该处理技术具有耐冲击负荷能力强、运行效果稳定等特征，能确保处理后的废水质量达到《合成氨工业水污染物排放标准》，避免合成氨废水给企业经济效益带来严重影响。
关键词：
合成氨废水；硝化反硝化；生物接触氧化
引 言
近年来，国内合成氨企业数量大规模增加，已成功突破一千家， 其中大型合成氨企业占据其中的百分之二十，中小企业占据总数量的百分之八十。 同时，在生产合成氨过程中会产生大量的废水， 并根据有关人员统计发现，每生产 1t 合成氨会产生大概六十至八十立方的废水。并且该废水其中所蕴含的成分过于复杂化，不仅拥有丰富浓度的有机物，还含有高浓度氨氮，这属于严重的工业废水， 一旦企业管理人员对其的重视程度不足，不经过专业处理就直接将废水排出，会提升水体中的元素内涵， 很容易给周围环境带来严重污染。
含氮废水处理技术主要分为两种类型： 第一种是物理化学方法，如化学沉淀法、离子交换法等；另一种是生物脱氮技术。 但由于物化法处理技术成本较高， 且在处理过程中很容易出现二次污染， 所以我国最常用生物脱氮技术。 目前， 我国传统生物脱氮技术主要包括爆气生物滤池、氧化沟法等，其具有稳定性强、占地面积小、投资简单等特征。 例如：在河南某化工企业是采用硝化反硝化/生物接触氧化联合工艺来处理合成氨废水，在经过一段时间的处理，发现对氨氮和有机物具有显著效果， 确保企业氨氮和出水有机物都达到行业正常标准。
1 合成氨工业废水治理现状
1.1 合成氨废水来源
目前，我国很多合成氨生产原料是以煤炭为主体，占据整个生产原料的百分之七十六。 煤制合成氨工艺主要包括压缩、脱硫、造气、变换、合成等环节。即是，先将无烟煤经过空气交融，从而形成半水煤气，再利用煤洗系统进行除尘降温，从而放置在煤气柜中进行存储，然后采用专业工具进行加压， 加压后的物质使用干法和湿法开始脱硫， 脱硫后的焦化干起经过压缩后进行工序。 从某方面来看，该工序是将催化剂作为基础，将原料气体转换为 CO2、H2 等气体，再经过碳化工序确保这些气体的含量在百分之三范围内。 而混合气体通过吸收塔进行脱碳处理，除掉其中的 CO2 气体，最终送到合成工序中形成液氨产品。
1.2 合成氨废水特征
工业生产和水具有直接联系， 其被应用在整个工业生产过程中，给日常生产提供源源不断的资源。为确保水资源的整洁性， 工业生产中所有的废水都要进行及时处理，才能被排放在既定场所。 近年来，这种处理方式被广泛应用在化工生产行业中， 本文通过分析合成氨工业生产工艺， 发现合成氨工业生产废水具有多样化特征：首先，缺特征。 合成氨废水严重缺乏使用废水处理微生物所使用的营养物质， 如 P、C 等元素，其作为微生物新陈代谢的基本物质， 缺失情况通常出现在活性污泥法处理合成氨废水领域。 针对碳源缺乏情况，工作人员要按照制作过程中所采用的工艺来选择，如果是利用液氨洗涤工序来净化原材料， 会出现废水中的碳源严重不足，会给微生物生长带来严重影响；如果利用醇烷化技术来净化原料气， 很容易导致废水中有机物含量严重超标，甚至出现特殊微生物生长情况，从而给合成氨废水处理带来负面影响；其次，高特征。
当合成氨在生产过程中，经历过高温过程，会自动排放大量设备冷却水，导致合成氨废水水温逐渐提升，甚至有些水温达到 60℃，而活性污泥微生物最适合生长的温度为 30℃，在这种高温条件下进行生长，很容易限制微生物自身活性因子。 在正常情况下，合成氨废水要经过冷却工序后，才能被放在生物反应器中进行处理，并且由于合成氨废水中最重要的污染物，是由于在合成工序中所排放的废稀氨，这是导致合成氨废水无法被处理的重要因素。
2 合成氨废水处理技术研究
重污染化工行业有一半左右的废水排放量全部是来源于合成氨工业，其具有高水温、低 CODCr 等特征，其中存在大量污染物，如硫化物、氰化物、挥发酚等污染物，很容易给周围生态环境带来严重影响。 尤其通过排放大量氨氮物质，很容易导致水资源会出现营养化，给受纳水体水质和水植物繁殖带来阻碍，从而给生态环境带来巨大压力， 严重阻碍生态文明建设工作。
针对该问题，我国政府部门在 20 世纪初期，就相继制定各种相关法律，如《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国环境保护法》等，能进一步推动合成氨工业生产技术的优化，避免我国出现大规模水资源污染问题。 随着我国政府部门不断加强对地方水资源环境要求，让很多研究人员不断改善合成氨工业废水处理技术，创新出各种处理方法，如离子交换法、生物法、吹脱法等。 首先，生物法。 生物法自身具有便于运行管理、处理成本低、能耗少等特征，主要利用 OD 工艺、SBR 工艺、VIP 工艺来处理合成氨工业废水。 同时，工作人员正在不断研究新型工艺，如硝化反硝化工艺、自氧脱氮工艺等；其次，吹脱法。 其是利用传质速度理论和气液相平衡理论，将空气和废水相互结合，让气液能进行充分混合，让废水中的溶解性气体和易挥发气体全部从液体向气体方向转变，从而处理废水中的污染物质。吹脱设备主要分为吹脱池和吹脱塔两种类型，但由于吹脱池所需面积较大，在日常应用过程中常用塔式吹脱法，其是采用逆向流为主要方式，即是让废水从上往下进行流动，气体从下往上流动，让气体和废水在塔中进行相互融合，能有效净化水资源。
3 生物脱氮新技术—短程硝化反硝化
3.1 氨化过程
废水中的微生物具有降解化合物的作用，摄取自身运行所需要的小分子物质， 从而形成氨氮的过程。在正常情况下，含氮化合物主要来源于微生物、动植物排泄物，如尿酸、核酸、蛋白质等，目前，很多微生物对含氮化合物具有较强氨化能力。 首先，蛋白质氨化，蛋白质主要是由氨基酸构成，其中分子量所占比例较高，无法被直接应用到微生物细胞中， 只能经过白酶作用下被分解为氨基酸后， 才能实现脱氨基氧化作用。 目前，我国氨基酸脱氨方式主要有还原脱氨、氧化脱氨、水解脱氨等类型， 其中氧化脱氨是让有氧微生物在有氧环境下，将氨基酸分为氨元素和酮基酸元素；还原脱氨是将厌氧菌在厌氧环境中， 将氨基酸分解为脂肪酸和氨元素；水解脱氨是利用微生物为主体，将氨基酸分为羧酸；其次，尿素氨化。 尿素被广泛应用在印染废水和生活污水中，能当作氮源被应用在废水生物处理中，其能被很多微生物利用分解为氨，如尿小球菌、尿素芽孢杆菌等；最后，核酸分解。 核酸分解是指在脱氧核糖酸梅作用下，工作人员将核酸分解为嘌呤的过程。
3.2 硝化过程
基于有氧环境中，工作人员可利用多样化方式，将氨氮转为硝酸盐氮， 这整个过程被人们统称为硝化过程。 站在整体角度来看，可将整个过程分为两个环节，一是在亚硝酸细菌作用下， 工作人员将氨氮转变为压缩酸盐氮；二是在硝酸细菌环境下，利用特殊手段将亚硝酸盐氮变成硝酸盐氮。 两种细菌的特性指标如表 1所示。
3.3 反硝化过程
反硝化过程主要是在厌氧环境中进行， 工作人员通过利用反硝化细菌， 将硝酸盐和亚硝酸盐全部转换为气态氮， 整个过程被成为反硝化。 其中反硝化细菌主要分为异养型和自养型两种类型， 当处于有氧空间时，反硝化细菌会产生有氧呼吸，会自动分解其中的有机物，并形成最终电子受体；而在严重缺氧情况下，可采用碳源作为主要电子供体， 硝酸盐和亚硝酸盐作为电子载体，从而实现整个脱氮过程。 因此，整个反硝化过程有四个基本步骤：
在生物脱氮过程中， 反硝化工艺是在缺氧环境中进行，在传统生物脱氮过程中，硝化过程和反硝化过程存在一定矛盾，一方面，硝化过程需要在有氧环境下进行，而反硝化过程要在缺氧环境下实施；另一方面，硝化细菌属于自养型细菌， 反硝化细菌不仅具有自氧型细菌，还具有大量异养菌，在整个硝化过程中，一旦有机物浓度超过行业标准， 很容易让异养反硝化细菌在有机物利用中占据重要位置， 从而限制自氧型硝化菌进行不断繁殖， 直接影响到整个硝化的处理效果。 而反硝化过程中需要大量有机碳源作为电子载体， 所以在反硝化过程中，要投入大量碳源，来提升废水中有机物的整体数量， 从而帮助其从原本的化合态氮向氮气方向转变。
4 实验材料和方法
4.1 实验装置和设备
本次实验是利用 SBR 反应器为主要设备，反应器池体部分是利用钢板进行制作， 内部使用防腐手段进行处理，让废水经过栅格除掉杂质后，能直接流到调节池中， 从而科学调节水质和水量。 而在调节池中的废水，有部分是经过潜污泵流到反应器中，其他废水被进行回流， 通过利用液体流量计来准确控制反应器的进水流量。 同时，在整个曝气工作完成后，要及时启动搅拌装置实现缺氧反硝化工作，在搅拌时添加甲醇，确保其在反硝化过程中获得自身所需要的碳源， 从而达到生物脱氮的目的。 等到所有工序全部完毕后， 要将废水静置一段时间，再利用滗水器将其排到出水池，在进行相关处理后， 再利用潜水泵将其运输到废水处理调节池。
4.2 试验接种污泥和用水
本次实验中所使用的 SBR 反应器接种污泥是来自化工厂污水处理站，污水颜色呈现黄褐色，其具有较强的沉降性能，规格为 2500mg/l。通过利用显微镜能准确观测到活性污泥中拥有各种原生动物细菌， 其细菌结构非常紧密（如图 1 所示）。
实验中所选择的废水来自工业污水处理站， 是工厂提出生产中所排出的污水。 该化工厂主要生产合成氨。废水主要来源于合成氨生产过程中所形成的废水，如甲醇精馏废水、 含油废水、 压缩工序所排放的废水等，这些废水数量过于庞大，且其中结构非常复杂，废水中含有大量难降解有机物和高浓度氨氮， 很容易给周围生态环境带来严重影响。
4.3 试验检测项目和分析方法
本试验项目主要包括 CODCr、NH4+-N 、DO 等，所有项目检测流程全部根据《水和废水监测分析方法》来实施，具体检测项目和分析方法如表 2 所示。
5 实时控制策略及实际运行效果
5.1 实验方案和条件
生物脱氮硝化反硝化过程中， 是将硝化过程全部控制在亚硝化阶段， 主要是利用亚硝酸细菌和硝酸细菌生长环境不同， 可利用多样化手段来限制硝酸细菌增长，有利于提升亚硝酸细菌的作用，从而将 NH4+-N转变为 NO2--N，从而达到脱氮的目的。 由于亚硝酸细菌受到自身 成长环 境的影响 ， 其 很容易 被氧 化为NO3--N 且受到亚硝酸细菌活跃度影响，其很难在短时间内恢复到最初水平。 因此，本文在实验过程中，主要选择 pH 值和 DO 值作为主要研究对象， 通过观察两者在相互融合过程中，其合成氨废水硝化反硝化变化情况，从而构建健全的影响因素反馈机制，进而达到控制硝化反硝化稳定性的作用。
5.2 实验结果分析
在硝化反硝化过程中， 其中 pH 值和 DO 值随着三氮转换的相关性（如图 2 所示）。
从图 2 可知，溶解氧在反应中的变化呈现出升降升降平的趋势。 在曝气初始阶段，系统中 DO 浓度会逐渐增加，等到其上升到半小时后会逐渐降低；在其曝气半小时到两小时过程中，其 DO 值会不断降低，等到两小时后其下降速度会逐渐增加；当其曝气时间达到六小时，DO 浓度上升时间全部结束，但由于接下来不会出现任何曝气流程， 其 DO 浓度会呈现直线下降的趋势，并一直保持在最低水平。同时，在整个反应过程中，pH 值变化曲线出现凹形，从曝气开始阶段一直到曝气六个小时后，其 pH 值含量会不断降低，而当其曝气时间超过六个小时后，pH 值会出现整体上升的趋势，直到反硝化搅拌时间达到三个小时，其曲线才逐渐平行。另外， 从三氮变化曲线能看出，NH4+-N 气体浓度从曝气开始阶段就呈现下降趋势，在曝气时间达到六小时后，其在反应器中根本无法检测到相关气体，从而可以代表该气体被完全降解。
结语
综上所述，随着社会经济不断发展，我国政府部门愈发重视废水处理技术，针对废水处理颁布各种政策，给废水处理效率带来积极影响。 而合成氨废水作为废水中的重要环节，其一旦出现任何问题，很容易给周围生态环境带来严重影响。 但从我国目前合成氨废水处理情况来看，由于受到各种外在因素影响，其废水处理效果仍然无法达到预期水平。 基于此， 本文利用硝化反硝化/生物接触氧化工艺来解决合成氨废水问题，该处理技术具有耐冲击负荷能力强、 运行效果稳定等特征，能确保处理后的废水质量达到《合成氨工业水污染物排放标准》，避免合成氨废水给企业经济效益带来严重影响。
原标题：硝化反硝化生物接触氧化工艺处理合成氨废水
原作者：陈 娟
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