摘要：化工厂废水脱氨氮既能防止水体富营养化，又能维护生态链稳定。为了改善脱氨氮工艺，研究引入了异氧硝化-好氧反硝化菌，并对其挂膜在移动床生物反应器上，以形成新的脱氨氮工艺。研究也设计了不同的水力停留时间，以寻求更优值。结果显示，新工艺在氨氮、总氮和化学需氧量上的去除率最大值分别为67.82%、68.98%和96.13%，皆优于经典工艺。当水力停留时间从10 h变为7 h时，去除率下降了21.23%，且出水总氮浓度出现了明显上升。研究设计的废水脱氨氮工艺有效降低了工厂废水氨氮含量，减少了工厂生产造成的环境污染，并为现实生活中的氨氮去除提供了工艺支持。

　　关键词：氨氮；废水；去除；HN-AD；挂膜

　　0引言

　　在当今工业快速发展的时代，化工产业作为国民经济的重要支柱，其为社会的进步和人们生活水平的提升作出了巨大贡献[1]。然而，化工厂在生产运营过程中会产生大量含有高浓度氨氮的废水，而这类废水若未经有效处理直接排放，将对地球生态环境和人类生命健康造成严重威胁[2]。因此，对化工厂废水进行氨氮去除便显得格外重要。目前常用的化工厂废水处理方法有吹脱法、化学沉淀法、生物接触氧化法和传统硝化反硝化工艺等。然而，这些方法也存在一定的不足，如物理法往往存在能耗高及二次污染等问题、化学沉淀法成本较高且可能造成新的污染，生物接触氧化法在高氨氮含量下的总氮去除效果不稳定、传统生物硝化反硝化工艺对运行条件要求苛刻等。为了提升化工厂废水中氨氮的去除效果，研究采用了异氧硝化-好氧反硝化菌（heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD），并将其挂膜在移动床生物反应器（moving bed biological reactor,MBBR）上，形成新的氨氮去除工艺，并确定了该工艺的最佳水力停留时间。

　　1试验材料及装置

　　为了提升化工厂废水中氨氮的去除效果，研究采用了MBBR技术，并引入了HN-AD菌，形成了新的HN-AD菌剂挂膜MBBR工艺。MBBR技术的优势是处理效率高，在氨氮去除中能够提供适宜的微生物生长环境。HN-AD菌具有代谢功能多样和生长速度较快的特征，能够对氨氮进行直接转化，并减少中间产物积累田。新工艺的流程主要涉及前期准备、挂膜启动、挂膜驯化和挂膜成熟4个阶段。

　　试验用水为模拟高氨氮化工厂废水，且该用水的主要包含了无水乙酸钠和硫酸铵。同时，在模拟废水中，化学需氧量（COD）为9 000 mg/L，且上下误差不超过1 000 mg/L。同时，该废水中氨氮的质量浓度和上下误差范围分别为700 mg/L和60 mg/L。HN-AD菌由贪铜菌、不动杆菌、苍白杆菌和粪产碱杆菌构成。此外，新工艺采用的填料为K1，生产公司为华新环境保护技术有限公司。生物接触氧化法工艺的填料为组合软性填料，包含了大塑料环和纤维束。

　　仪器设备上，试验采用了杭州陆恒生物科技有限公司LH-16A型号的COD消解仪和美国哈希公司DR1010型号的COD检测仪。此外，试验还采用了冷冻干燥机、pH计和溶氧仪等。在试验试剂上，除了过硫酸钾和重铬酸钾的纯度为优级纯，其他试剂的纯度皆为分析纯。

　　2试验内容及方法

　　为了明确新工艺在氨氮上的去除效果，研究选取了经典的生物接触氧化法来进行对比，并确定了新工艺的最佳水力停留时间。

　　在工艺对比试验中，生物接触氧化法和新工艺各自对应的反应器池体厚度均为10 mm，有效体积皆为100 L，且皆采用池体底部进气。此外，在工艺对比中，试验进行了挂膜验证分析，且BOC采用了活性污泥来进行挂膜，而研究设计的新工艺则使用HN-AD菌。两种工艺采用的化工厂废水是一致的，对比试验中水力停留时间设置为6 d，温度为29℃,且其上下误差不超过3℃。新MBBR中HN-AD菌的占比为12%。两种样品的液体样品需要通过0.45μm的过滤膜来进行处理。

　　在确定最佳水力停留时间研究中，设置了6种水力停留时间，分别为19、13、10、7、4、1h，该试验需要在MBBR挂膜成功之后进行，且需要将反应器池体的温度设置为26℃，上下误差不超过3℃。为了对试验效果进行量化，研究采用了快速消解法来对COD进行了测定，并通过国家标准法对氨氮和总氮进行了测定。

　　3工艺性能对比

　　为了对研究设计新工艺的性能进行分析，了解其对化工厂废水中氨氮的去除效果，研究进行了实验室小试。不同工艺在氨氮、总氮和COD上的去除效果对比如图1所示。

　　由图1-1可知，在氨氮的去除效果上，新工艺的最大值为67.82%，最小值为48.03%。同时，生物接触氧化法工艺的氨氮去除率最大值为36.27%，比67.82%小了31.58%。且生物接触氧化法工艺的氨氮去除率最小值为15.55%，和48.03%之间相差了32.48%。通过图1-2可以看出，在COD去除率上，两种工艺的最大值分别为96.13%和91.17%，两者相差了4.96%。同时，随着时间的增加，新工艺对应COD去除率的变化趋势是较为平缓的，上下波动不大，而生物接触氧化法工艺对应COD去除率的变化趋势是缓慢提升，且在140 d后才达到最大值。由图1-3可知，在总氮去除率上，新工艺的取值在20 d后便稳定在65%左右，而生物接触氧化法工艺的取值在100 d后才稳定在35%左右，性能明显低于新工艺。综上，新工艺对化工厂废水中氨氮的去除效果更好。不同水力停留时间下新工艺对COD和总氮的去除效果如图2所示。

　　通过图2-1可以看出，当水力停留时间为13 h时，新工艺对应的COD去除率明显大于其他5种情况的。且此时COD去除率的最大值为98.13%，最小值为83.15%。当水力停留时间为7、4、1 h时，新工艺对应的COD去除率皆出现了明显的下滑。当水力停留时间从10 h变为7 h时，进水COD值出现了垂直下降。而当水力停留时间从7 h变为4 h时，出水COD值出现了显著上升。由图2-2可知，在总氮的去除效果中，当水力停留时间从10 h变为7 h时，去除率出现了显著下降，幅度约为21.23%。同时，进水总氮也出现了明显下降，而出水总氮则出现了明显上升。因此，10 h是新工艺的最佳水力停留时间。新工艺挂膜启动时的效果如图3所示。

　　由图3-1可知，在COD去除中，随着时间的增加，COD的去除率是先减少后增加，并在20d的时候达到96.13%。这说明MBBR挂膜启动成功后具有较好的COD去除效果。同时，进水COD值在上升下降反复波动，而出水COD值是先上升后逐渐下降。当时间为17 d时，出水COD值为0.27 mg/L，符合相关排除标准。通过图3-2可以看出，在总氮去除中，在第4 d后，其去除率便开始提升，并在20 d时达到峰值66.23%。此外，进水总氮浓度和出水总氮质量浓度的最大值分别为121.52 mg/L和61.28 mg/L，最小值分别为110.17 mg/L和9.85 mg/L。综上，新工艺挂膜启动成功时，该工艺对COD和总氮的去除效果都出现了明显的提升，且出水COD和总氮浓度都出现了显著的下降。

　　4结论

　　为了提升化工厂废水中氨氮去除工艺的效果，研究结合了MBBR和HN-AD菌，形成了新的HN-AD菌剂挂膜MBBR工艺。通过试验研究发现，新工艺在氨氮上的去除率最大值和最小值分别为67.82%和48.03%，而生物接触氧化法工艺的最大值和最小值分别为36.27%和15.55%，显著低于新工艺的氨氮去除率。同时，在COD去除率上，生物接触氧化法工艺的最大值比新工艺的最大值低了4.96%。且新工艺的总氮去除率在20 d后便稳定在65%左右，而生物接触氧化法工艺的取值在100 d后才稳定在35%左右。这说明新工艺在氨氮上的去除效果显著优于经典生物接触氧化法工艺。当水力停留时间为10 h时，新工艺的COD和总氮去除率是较高的，且能保持较低的出水COD值和出水总氮浓度。在新工艺挂膜启动成功时，其对应的出水COD值和出水总氮质量浓度分别为0.23 mg/L和9.85 mg/L，皆符合相关污染物排放标准。

　参考文献

　　[1]卜培彦，张瑞娜，李溪清，等.去除废水中氨氮的吸附材料研究进展[J].应用化工，2023，52（12）：3423-3427.

　　[2]王兴刚，秦静雯，郑晓明，等.改性火山石对水中氨氮的去除效果分析[J].应用化学，2024，41（8）：1193-1201.

　　[3]刘欢，杨晨曦，秦树敏，等.C/N对HN-AD菌藻颗粒污泥体系处理农村污水的影响[J].中国环境科学，2024，44（3）：1296-1306.