I-BAF工藝在高濃度氨氮廢水處理中應用
范達茂
摘要：綜述了高濃度氨氮廢水的排入水體后的危害，并從脫氮機理上闡述了新型高效的生物脫氮工藝(I-BAF工藝)在高濃度氨氮廢水處理中的優勢及其存在的問題。
關鍵詞：高濃度氨氮廢水 固定化微生物曝氣生物濾池 硝化 反硝化
1引言
近年來，隨著化肥、石油化工等行業的迅速發展壯大，由此而產生的高氨氮廢水也成為行業發展制約因素之一；據報道,2001年我國海域發生赤潮高達77次，氨氮是污染的重要原因之一，并且被氧化生成的硝酸鹽和亞硝酸鹽還會影響水生生物甚至人類的健康。特 別是高濃度氨氮廢水造成的污染。因此，經濟有效的控制高濃度氨氮廢水污染也成為當前環保工作者研究的重要課題，得到了業內人士的高度重視。目前，處理氨氮 廢水的物理、化學法等常規技術根本不能經濟有效的治理目的，存在處理效果差，運行費用高的問題。生物處理法中，一般采用的A/O法、A2/O 法、SBR序批處理法等對脫氮具有一定效果的工藝技術，一般處理的廢水氨氮含量不能超過300mg/L，同時，為了實現脫氮的目的，必須補充相應的碳源來 配合實現氨氮的脫除，使運行費用有很大的增加，是一般企業根本無法承受。高濃度氨氮廢水來源多，排放量大，采用經濟有效的技術實現處理要求迫在眉睫。
2 I-BAF工藝生物脫氮
近 年來，隨著生物工程技術的發展，特別是定向分離和培育的特性微生物工程技術的飛速進步，使傳統脫氮理論受到挑戰，并在實際高氨氮廢水的處理項目中被打破。 由此發展的新工藝固定化微生物曝氣生物濾池（簡稱I-BAF）：是在固定化微生物技術（IM）基礎上，結合曝氣生物濾池（BAF）發展而成的污水處理新裝 置，生物脫氮理論上有了很多進展，新的脫氮理論在實踐上得到了很好的驗證，如： ①亞硝酸硝化/反硝化工藝。該工藝可以節省25％硝化曝氣量，節省40％的反硝化碳源，節省50％反硝化反應器容積。 ②厭氧氨氧化。一些微生物能夠以硝酸鹽、二氧化碳和氧氣為氧化劑將氨氧化為氮氣。③好氧反硝化。在好氧條件下，某些好氧反硝化菌能夠通過氨氮的生物作用形 成氧化氮和氧化亞氮等氣態產物。④同時硝化/反硝化工藝（SND）。好氧環境和缺氧環境同時存在的一個反應器中，由于許多新的氮生物化學菌族被鑒定出來， 在菌膠團作用下，硝化/反硝化同時進行，從而實現了低碳源條件下的高效脫氮。
2.1 亞硝酸化反硝化工藝
生物硝化反硝化是應用最廣泛的脫氮方式。由于氨氮氧化過程中需要大量的氧氣，曝氣費用成為這種脫氮方式的主要開支。亞硝酸化反硝化（將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進行反硝化），不僅可以節省氨氧化需氧量而且可以節省反硝化所需炭源。Ruiza等[1]用 合成廢水（模擬含高濃度氨氮的工業廢水）試驗確定實現亞硝酸鹽積累的最佳條件。要想實現亞硝酸鹽積累，pH不是一個關鍵的控制參數，因為pH在 6.45～8.95時，全部硝化生成硝酸鹽，在pH<6.45或pH>8.95時發生硝化受抑，氨氮積累。當DO＝0.7 mg/L時，可以實現65％的氨氮以亞硝酸鹽的形式積累并且氨氮轉化率在98％以上。DO<0.5 mg/L時發生氨氮積累，DO>1.7 mg/L時全部硝化生成硝酸鹽?！ ?/font>
劉超翔等[2]短 程硝化反硝化處理焦化廢水的中試結果表明，進水COD、氨氮、TN 和酚的濃度分別為1201.6、510.4、540.1、110.4 mg/L時，出水COD、氨氮、TN和酚的平均濃度分別為197.1、14.2、181.5、0.4 mg/L，相應的去除率分別為83.6%、97.2%、66.4%、99.6%。與常規生物脫氮工藝相比，該工藝氨氮負荷高，在較低的C/N值條件下可使 TN去除率提高。
2.2 厭氧氨氧化
厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽為電子受體直接被氧化成氮氣的過程。厭氧氨氧化的生化反應式為：
NH4++NO2－→N2↑+2H2O
厭氧氨氧化菌是專性厭氧自養菌，因而非常適合處理含NO2－、低C/N的氨氮廢水。與傳統工藝相比，基于厭氧氨氧化的脫氮方式工藝流程簡單，不需要外加有機炭源，防止二次污染，又很好的應用前景。厭氧氨氧化的應用主要有兩種：全程自養脫氮工藝和與中溫亞硝化結合，構成中溫亞硝化-厭氧氨氧化聯合工藝。
全程自養脫氮工藝是在限氧的條件下，利用完全自養性微生物將氨氮和亞硝酸鹽同時去除的一種方法，從反應形式上看，它是全程自養脫氮和厭氧氨氧化工藝的結合，在同一個反應器中進行。
2.3 好氧反硝化
傳 統脫氮理論認為，反硝化菌為兼性厭氧菌，其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為最終電子受體在缺氧條件下以硝酸根為最終電子受體。所以若進行反硝化反應，必須在缺 氧環境下。近年來，好氧反硝化現象不斷被發現和報道，逐漸受到人們的關注。一些好氧反硝化菌已經被分離出來，有些可以同時進行好氧反硝化和異養硝化（如 Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5）。這樣就可以在同一個反應器中實現真正意義上的同步硝化反硝化，簡化了工 藝流程，節省了能量。
賈劍暉等[3]用序批式反應器處理氨氮廢水，試驗結果驗證了好氧反硝化的存在，好氧反硝化脫氮能力隨混合液溶解氧濃度的提高而降低，當溶解氧濃度為0.5 mg/L時，總氮去除率可達到66.0%。
在反硝化過程中會產生N2O是一種溫室氣體，產生新的污染，其相關機制研究還不夠深入，許多工藝仍在實驗室階段，需要進一步研究才能有效地應用于實際工程中。另外，還有諸如全程自養脫氮工藝、同步硝化反硝化等工藝仍處在試驗研究階段，都有很好的應用前景。
3I-BAF工藝的優勢
在大幅度提高生物脫氮效率的生物學基礎上，效率的提高并不意味著成本的上升。在這種前提下，固定化微生物-曝氣生物濾池工藝（I-BAF）處理高氨氮廢水的工藝技術應運而生，該技術在處理高氨氮廢水方面有獨特的技術及經濟優勢：
（1）I－BAF 技術打破和超越了常規硝化/反硝化生物治理氨氮廢水的理論基礎。由于采用了特殊生物工程技術分離和培養的專用菌族（噬氮菌菌族），配合滿足噬氮菌處理高氨 氮廢水的生物環境需要的載體，在I-BAF池中同時存在著硝化/反硝化、亞硝酸硝化/反硝化工藝、同時硝化/反硝化、好氧反硝化、厭氧氨氧化等生物反應歷 程，能夠發揮出最高效的脫氮效率。
（2） 設備投資小，運行費用低、運行管理簡單。由于能夠更加高效的去除高氨氮，同時在低有機物、高氨氮的特性廢水處理過程中，補充碳源極少，本處理工藝產生的污 泥量極少，無需增加高額的污泥處置投資和費用，在長期的水處理設施運行中，微生物和載體一經投入無需補加，固定化微生物技術對進水的抗波動能力強，現場操 作簡便，更加容易實現自動化控制，所以，I-BAF工藝技術處理高氨氮廢水表現出了強大的技術經濟優勢。
（3） I-BAF工藝技術可以實行模塊式應用和管理，針對不同的處理要求，可以增加或減少處理單元，改變處理后出水指標，在增加相應的處理模塊的情況下，可以對 出水進行更深度的處理，使其達到回用指標要求，用于生產工藝、循環冷卻水、綠地或沖洗等使用，節約大量補充用水，為企業節省大量的排污費的同時，可以節約 大量的用水費用。
目前，I-BAF工藝技術已經運用在浙江利園皮革廠、浙江恒昌皮革及深圳龍崗垃圾填埋廠等產生高濃度氨氮廢水的企業，并取得了非常明顯的效果，至此，I-BAF工藝技術處理高氨氮廢水的研究取得了廣泛和有效的理論基礎和工程實踐效果。
4 小 結
?。?）I-BAF在運行過程中出現了明顯的NO2-積累現象，而出水連續檢測和在反應器內不同部位取樣分析均未發現NO3--N的相應增加，與此同時對TN去除率卻較高，說明NH3-N被氧化為NO2--N后并沒有進一步被氧化為NO3--N，而是直接被反硝化去除，表現出顯著的亞硝酸硝化反硝化特征。
（2）有關I-BAF亞硝酸硝化反硝化的機理、作用因子及其影響規律的研究尚需進一步深入，同時在工程運行事反應器出水的NH3-N和NO2--N濃度還比較高，因此有關如何提高脫氮效能、反應器結構和運行條件的優化研究將具有更重要的工程意義和應用價值。
（3）本技術不僅承載污染負荷高，抗沖擊力強，運行穩定，而且加藥量少，運行費用低，出水水質好。
參考文獻
[1]Ruiza G，Jeisonb D，Chamya R. Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of wastewater with high ammonia concentration.Water Research，2003，37：1371～1377
[2]劉超翔，胡洪營，彭黨聰，等.短程硝化反硝化工藝處理焦化高氨廢水.中國給水排水，2003，19（8）：11
[3]賈劍暉.氨氮廢水處理過程中的好氧反硝化研究.南平師專學報，2004，（2）：10～20