工业废水实现深度脱氨氮处理
2017-07-25
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来源：[互联网]
抚顺石油化工研究院开发的石化废水脱氨氮生物制剂及脱氮成套技术达到国际先进水平
[中国石化报2017-07-24]
朱峰
在今年集团公司科技表彰大会上，抚顺石油化工研究院开发的石化废水脱氨氮生物制剂及脱氮成套技术开发和应用获得技术发明一等奖。该技术可用于石化行业含氨氮废水的达标处理、深度处理和提标改造，解决回用处理过程中的脱氮问题，整体技术达到国际先进水平。
随着废水排放标准的日益严格，国家、行业和地方相继出台了严格的氨氮及总氮控制标准，特别是2015年底新颁布的《石油炼制工业污染物排放标准》和《石油化学工业污染物排放标准》，规定废水中氨氮不大于8毫克/升，总氮不大于40毫克/升。对环境承载能力弱、水环境容量小的特殊地区，废水中氨氮不大于5毫克/升，总氮不大于30毫克/升。
“石油和化学工业产生的含氨、铵盐、有机胺及其他含氮化合物的废水，经过环保处理或自然降解后，废水中的含氮化合物大部分转化为氨态氮或硝态氮。从含氮污染物的形态上来说，并没有实现真正的脱氮，特别是有些废水中的氨氮，采用传统的活性污泥法难以实现稳定的达标处理。项目组经过多年的技术攻关，开发出高效脱氨氮微生物制剂及成套脱氮技术，可以将氨氮在30至1000毫克/升范围内的多种废水，处理至氨氮小于5毫克/升。”项目负责人高会杰介绍。
从微生物入手，开发高效脱氨氮微生物富集技术
研究过程中，科研人员从自然界筛选具有高脱氮能力的优势菌种，根据微生物脱氨氮的路径，利用硝化过程中间产物作为激活因子配置生长促进剂，开发出高效脱氨氮微生物富集技术。
脱氨氮微生物（即硝化菌）属于自养菌，生长繁殖速度慢。如何从活性污泥中富集数量较多的硝化菌是技术的关键，如何利用所富集的硝化菌处理高浓度的含氨污水更是一项挑战。根据生产过程含氨废水的特点，科研人员采用共基质、变化基质浓度等多种方法，经过反复验证对比，发现逐渐提高基质浓度是最有效的手段。虽然硝化菌的群体效应大于单个菌株，但是真正解决氨氮污染物的高效去除问题，仍然需要相对较纯的具有硝化功能的一类微生物。科研人员经过反复探索，通过采用梯度稀释弯管纯化的方法并辅助基因测序、梯度变性凝胶电泳（DGGE）等分子生物学手段，成功获得了活菌数量(cfu)≥2亿/克(毫升)的硝化菌群。
以高效脱氮为目标，研制脱氨氮生物制剂
“我们可以把硝化菌当作小孩子。它需要培养习惯和不断磨练，才能具有适应不同环境的能力。”在谈到如何使硝化菌面对不同水质仍保持较强的处理能力时，项目负责人高会杰作了这样一个比喻。科研人员采用多种工业含氨废水对富集的菌群进行驯化，获得对本行业含氨废水有很强适应性和耐受性的微生物菌剂，从而确保脱氮处理的效果。
石化企业废水的水质存在波动。在遇到高pH、高COD（化学需氧量）、高盐等特殊情况时，如何让硝化菌能够经受住考验，一直是困扰生物脱氮研究领域的难题。
科研人员从微生物的代谢路径、代谢中间产物、起关键作用的生物酶等多个方面，进行了细致深入的研究，研制出特殊配方的生长促进剂。通过在长期的极端环境下进行定性驯化，最终获得了耐受基质氨氮高达1500毫克/升、耐受pH高达9.5、耐受亚硝酸盐浓度高达5000毫克/升、耐受盐浓度高达50000毫克/升的脱氨氮生物制剂。
脱氨氮生物制剂及脱氮成套技术实现工业应用
硝化菌对环境条件比较敏感。如何进行放大生产和工业应用，这个问题一直困扰着科研人员。
科研人员开发的菌剂放大培养技术，首次采用双重控制手段建立硝化细菌培养装置，实现了高效菌的扩大制备，解决了工业化应用的菌源问题。同时，采用分批投放菌剂的方法，开发出含氨废水处理装置开工快速启动新工艺，解决了装置开工启动慢的难题，使系统快速建立脱氮功能。生物脱氮成套技术具有适用性强、开工周期短、氨氮去除速率快、总氮脱除率高、耐受冲击性强和运行稳定等特点，能够将氨氮小于1000毫克/升的废水处理至氨氮不大于5毫克/升。
技术开发过程中，科研人员对催化剂、氮肥、腈纶和煤气化等生产过程产生的十多种工业含氮废水进行了适应性研究。针对不同水质通过调整操作参数、提前驯化菌种和不同的菌剂投加方式，实现菌剂与工艺的优化组合，保证系统的高效脱氮和稳定运行，解决了废水的氨氮和总氮达标排放问题。
项目组经过菌剂扩大生产和污水处理厂优化改造，成功实现了脱氮技术的工业应用，开工启动时间小于30天。装置运行结果表明，经处理后出水COD不大于50毫克/升、氨氮不大于5毫克/升、总氮不大于15毫克/升。该技术在开工时间、处理效率、耐冲击、恢复能力及运行稳定性等方面，均处于国内外先进水平。
在2014年6月香港举办的WREP国际会议上，与会专家对抚顺石油化工研究院开发的石化废水脱氨氮生物制剂及脱氮成套技术给予高度评价，对科研人员在处理基质浓度方面的突破表示关注。
截至目前，石化废水脱氨氮生物制剂及脱氮成套技术已申请中国发明专利超过100件，获得专利授权50余件，形成具有中国石化自主知识产权的石化废水脱氨氮生物制剂及脱氮成套技术，达到国际先进水平，为石油炼制和石油化工企业含氮废水的达标处理和提标改造，提供了经济可靠的技术保障。