2009-03-12 翟智高
《第十六屆全國尿素廠年會》** 2023年
作者：翟智高
摘要:將迴圈水處理與治理氨氮汙染相結合，用含氨廢水作補充水，發揮lhe聚合物絡合絮狀物不易結垢、流動性好、功能多樣、不用殺菌等特性，利用冷卻塔附著微生物細菌形成亞硝化泥垢，培育出厭氧氨氧化所需要的亞硝化絮狀物載體。在相對密閉的迴圈水積水沉澱池和各種管道中，補充含氨廢水中的氨與亞硝化絮狀物載體實現厭氧氨氧化反應，達到反覆迴圈脫除氨氮而不須排放含氨廢水並使之資源化的目的。
是治理化肥氨氮汙染和迴圈經濟的創新技術。
隨著我國化肥工業的快速發展，排放廢水所含氨氮等有害物，使地表水體富營養化的加重，對氨氮的處理成了亟待解決的問題。雖然處理廢氨水已有高效的蒸汽水解裝置，但裝置造價高，一台氨水解裝置價值高達數百萬元，水解處理廢氨水耗電耗蒸汽多，處理一噸廢氨水綜合費用在5元以上，尤其是對那些低濃度含氨廢水處理來說就很不經濟。
在水資源短缺，水價日益**，環境保護越來越嚴格的情況下，各類含氨氮廢水和生活汙水淨化水，已被視為重要的水資源。含氨氮廢水雖然應是重要的水資源，但做為迴圈水的補充水存在很嚴重的問題。傳統的化肥含氨氮汙水脫氮技術，主要為生物硝化-反硝化工藝，根據傳統生物脫氮機理，微生物必須處於好氧和缺氧的交替環境中進行硝化和反硝化反應，才能順利完成脫氮的過程。
由於要消耗大量的溶解氧和有機碳源，導致該工藝的裝置投資和執行費用均較高，而要實現「達標排放」很不容易。
首先，目前迴圈水的主要處理方法是磷系配方技術，不能使用高鹼度高ph值的化肥含氨汙水，一旦有含氨的水進入，有機磷藥劑就失去作用，迴圈水系統將會快速結垢。用有機磷系藥劑處理水，有氨漏入尚會加速結垢，更不要說用含氨廢水做為迴圈水的補充水了。
再者，氨與磷都是營養物質，有機磷處理的迴圈水再補入含氨汙水，會使微生物粘泥繁殖加劇，殺菌劑用量增加，置換水頻率加大，不利於節水和環保，執行成本增高。
化肥廠迴圈水系統使用我國獨創的水處理新產品天然龍牌lhe聚合物，利用含氨廢水作補充水，實現水閉路迴圈執行；無廢水汙染物排放，有效防止了對環境的汙染，社會效益和經濟效益顯著。該新技術為氨氮廢水資源化開闢了新途徑。
新技術的特點是：迴圈水不用磷系配方技術，改用lhe聚合物多功能節水型水質穩定劑，利用低濃度含氨廢水和尿素解析廢液作補充水。lhe聚合物藥劑與ca2+、mg2+和nh4+相互作用，形成聚合羥基羧酸鈣鎂銨絡合絮狀物，在相對密閉的積水沉澱池，絡合絮狀物轉化成泥垢靜置沉澱，迴圈水在執行中始終保持自身淨化的穩定狀態；lhe聚合物解決了冷卻水結垢、腐蝕、含氨廢水汙染環境和抑制菌藻滋生等問題；
迴圈水中大量lhe聚合物與鈣鎂銨絡合形成的絮狀物，不斷反覆迴圈流動，冷卻塔密集的填料空間是好氧曝氣氧化的良好環境條件，使尿素解析廢液中的尿素加快分解，有利於銨絡合絮狀物與氨的混合物的亞硝化反應。冷卻塔下的積水池和澄清沉澱池，水的相對靜置厭氧環境，有益於補充的含氨廢水中的氨與亞硝化絡合絮狀物厭氧氨氧化反應。雖然厭氧氨氧化的反應速度比較慢，但一般積水池和澄清沉澱池容積都很大，迴圈水又是不斷的反覆迴圈流動，有利於硝化和反硝化過程，能實現氨氮得到高效脫除。
lhe聚合物處理迴圈水，被世界經濟評價中心評定為「世界華人重大科技成果」，聯合國技術資訊促進系統tips授予「發明創新科技之星獎」。
氨的亞硝化與厭氧氨氧化反應機理：
過去，反硝化被認為是只有厭氧條件下才能完成，難以確認使用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為最終電子受體，不過這種限制只是對專性厭氧反硝化菌起作用。隨著生物脫氮生物學方面的研究和發展，沒有嚴格厭氧的活性汙泥仍然能有良好的脫氮現象，特別是化肥迴圈水補充含氨廢水，氨被好氧反硝化菌分解，在迴圈水執行中直接轉化成氮氣產物：
8nh4++6o2-→4n2+12h2o+8h+
好氧條件下，氧化氮和氧化亞氮產生速率，依賴於亞硝酸鹽濃度，反硝化的初始基質可能是亞硝酸鹽或硝酸鹽。氨氧化為亞硝酸鹽產生2個電子，亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽也產生2個電子，完全的亞硝酸鹽還原需要3個電子，而完全的硝酸鹽還原需要5個電子。所以亞硝酸鹽為反硝化的初始基質。
好氧反硝化是與硝化相伴發生的。氨氧化菌完成氧化還原反應為：
nh3++o2→no2↑+3h++2e-
lhe聚合物絮狀物具有很強的吸附氨氮的能力，實際成為厭氧氨氧化脫氮的微細膠體活性物，在迴圈水流動中不易沉澱，作為吸附催化媒介體，促使迴圈水中厭氧氨氧化生物反應是可行的，能夠增加離子交換、電子交換速度，提高氨氮去除率。
亞硝化過程，是由冷卻塔填料上和lhe聚合物與鈣鎂銨絡合形成的絮狀物上附著的好氧微生物完成的，微生物很快將氨氮轉化為亞硝酸鹽。這一脫氨氮過程，是在相對密閉的迴圈水積水沉澱池和各種管道中進行，由於具有厭氧氨氧化良好的反應環境，池內和管道內lhe聚合聚合物與ca2+、mg2+相互作用形成聚合羥基羧酸鈣鎂銨絡合物，促進氨氮加快分解。
含氨廢水作補充水，氨作為電子供體，迴圈水中的氨被分解產生的亞硝酸鹽是電子受體， lhe聚合物為絡合催化媒介，促進脫氮過程，反應產物是氮氣：厭氧氨氧化是在密閉的迴圈水管道與沉澱池缺氧環境條件下，補充的廢氨直接作為電子供體，以亞硝酸鹽（no2-）為電子受體，直接把氨氧化成氮氣（n2↑）；
nh4++no2-→n2↑+2h2o
好氧條件也能把氨氮轉化為硝酸鹽：
nh4++2o2-→no3-+h2o+2h+
氨氮脫除過程也會發生在硝化階段，硝酸鹽轉化成氮氣：
3no3-+5nh4+→4n2↑+9h2o+2h+
經過在化肥行業長達十多年的實踐執行結果表明，由於lhe聚合物的多功能特性，又不用任何殺菌劑，充分發揮現有迴圈水系統的作用。
這種將迴圈水處理與治理氨氮汙染相結合，用含氨廢水作補充水，發揮lhe聚合物絡合絮狀物不易結垢、流動性好、功能多樣、不用殺菌等特性，達到反覆迴圈脫除氨氮而不須排放含氨廢水並使之資源化的目的，是治理化肥氨氮汙染和迴圈經濟的創新技術。
綜合考慮現有化肥廠迴圈水系統條件，迴圈水流速應提高到不小於0.9m/s，有利於高濃度懸浮絮狀物的流動，也不易在換熱管內沉積。還需要加高密閉的迴圈水積水沉澱池、旁流濾池、斜管沉澱池等出水口的高度，使靜置水容量盡量增多，提高厭氧氨氧化反應的去除效率，以有效保證閉路執行時產生泥垢的及時沉澱分離出去。
厭氧氨氧化生物反應，還應注意冷卻塔填料上生物膜的培育，不能使用任何種類的殺菌劑。初始階段，水中的氨氮濃度要由低到高逐步新增，隨著反應的逐漸進行，水中的氨氮濃度消除率逐漸穩定平衡，亞硝態氮濃度逐漸穩定，這有利於硝態氮的反硝化作用和厭氧氨氧化生物反應的進行，也有益於厭氧氨氧化微生物生物膜成熟的發育。lhe聚合物有抑制微生物過量繁殖的作用，不需要使用任何殺菌滅藻劑，不會有大量微生物粘泥產生。
只補充損失的水，高倍濃縮下去，會使迴圈水中可溶性鹽積累。可溶性鹽類過高會抑制厭氧氨氧化微生物的活性，使同步硝化反硝化效率降低。應定期抽取可溶性鹽過高的迴圈水，經淨化、脫鹽處理，再重新回用，實現迴圈利用水資源，不向環境排汙的「零排放」。
化肥迴圈水保持有恆定的水溫和流速，無須特別的操作控制，就具有有效的淨化氨氮的能力。冷卻塔完全滿足了氨氮氧化過程中需要大量的氧氣，節省了曝氣費用開支。更大的優點是既節省了傳統生物反硝化的複雜設施。
我國已有很多氮肥企業採用了這種lhe聚合物技術，例如四川眉山金象、重慶萬利來、重慶三靈、湖北雙強、山東濰坊海化盛興、山東諸城良丰、貴州遵義鴻鵠等眾多化工公司，利用lhe聚合物使廢氨水回用作迴圈水的補充水，解決了傳統生物脫氮技術處理化肥氨氮廢水投資大、成本高的難題，在達到迴圈水正常防止結垢和腐蝕執行中，又實現真正意義上的同步去除氨氮，有效地解決了化肥含氨氮廢水汙染問題。達到了低能耗、低成本、汙水資源化、節約用水，保護環境、迴圈利用等綜合效果。
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