某煤化工/合成氨企业污水处理装置原有设计为2套装置并联运行。一套A/O装置，处理水量80m3/h，进水COD400mg/L，氨氮140mg/L;另一套EM-BAF装置，处理水量180m3/h，进水COD200mg/L，氨氮150mg/L。实际已改为A/O+EM-BAF串联方式运行。
随着生产装置负荷与排放标准提高，污水处理难度加大。煤气化装置特有的含高浓度煤灰污水，易堵塞设备、填料，需要用A/O法进行预处理。改用串联工艺后，出水COD、氨氮能够达到GB31571—2015排放标准，但总氮不能稳定达标。拟将EM-BAF装置改进为具备反硝化单元的O/A/O方式，提高总氮去除率。
1、生化处理装置现状
1.1 工艺流程
煤化工/合成氨污水处理装置采用传统的A/O+EM-BAF工艺，其中EM-BAF分为平行4组9级，设计处理水量180m3/h，水力停留时间14h，采用全好氧方式运行，出水水质满足GB8978—1996一级标准要求。原工艺及改造流程示意图如图1。
1.2 存在的问题
高浓度的污水经A/O装置处理后与BAF装置低浓度的来水混合进入调节池进行均质均量，经泵送入混凝沉淀池进行化学除磷沉淀，含磷污泥排入污泥浓缩池后送往压滤，上清液自流进入EM-BAF池，EM-BAF池采用全好氧方式运行，处理流程中未设缺氧生物段，反硝化功能较弱，无法有效去除硝氮。
2、实验部分
2.1 进水水质与出水标准
根据装置排放污水的实际情况，结合GB31571—2015要求，设计处理污水量为50~180L/h。本次研究设计进、出水水质如表1所示。
2.2 处理工艺的选择
本次研究主要目的是为EM-BAF工艺提标改造提供依据，在现有装置上实现COD、氨氮、总氮达标排放。在分析现有污水处理工艺的基础上，确定采用一级硝化、二级反硝化、三级好氧串联EM-BAF工艺，提高装置的总氮脱除效果。
2.3 EM-BAF工艺技术原理
工程菌-曝气生物滤池(EM-BAF)是在改进、优化传统曝气生物滤池工艺的基础上发展而来，通过应用级配填料、工程菌等新技术，克服了曝气生物滤池工艺的技术瓶颈，解决了曝气生物滤池中布水布气不均的问题，提高了传质效率和容积负荷率，提高对难降解污染物的去除效率，工艺流程简单，运行管理方便。
EM-BAF工艺使用的级配聚氨酯类填料能够减少滤床的水头损失，填料表面的活性基团可以加快生物膜形成，提高生物膜总量。根据污染源类型和主要污染物种类，可以有针对性地使用不同的工程菌产品。该技术具有以下方面的优势。
(1)对可生化性差的污水处理效果独特。级配填料对工程菌的固定作用提高了生化池内的有效细菌浓度，提高了难降解有机物的去除率。
(2)工艺操作灵活，可以通过控制各级的Do实现好氧、兼氧环境，实现COD、氨氮和总氮同步高效率脱除。
(3)工艺流程简单，多级生物膜反应器串联，无需单设硝化池、反硝化池、二沉池及回流泵等设施。由于级配填料优异的性能，排泥时仅需气反冲。
(4)出水水质稳定，对进水水质波动具有较强的适应能力。
(5)自动化程度高，运行管理方便。
2.4 实验方案
2.4.1 O/A/O EM-BAF工艺流程及设备
本次研究工艺流程如图2所示。EM-BAF反应器由三个生化反应器串联组成，第一个反应器中为好氧环境，实现进水氨氮的硝化和COD的脱除。第二个反应器中为兼氧环境，Do≤0.5mg/L，实现硝态氮的去除。第三个反应器为好氧环境，实现溢出碳源的脱除。
第一级和第三级反应器底部设有曝气管。第一级反应器投加碳酸钠平衡硝化反应消耗的碱度。第二级反应器投加甲醇作为外加碳源。EM-BAF反应器需要定期进行气水反冲排泥，产生的反冲洗排水排入污泥浓缩池。
实验装置设备的主要参数见表2。
2.4.2 碳源种类与投加量
反硝化常用的碳源有甲醇、工业葡萄糖、乙酸钠等物质。甲醇作为反硝化碳源最大的优势是投加量少，药剂费用低，但甲醇为有毒、易燃、易爆物质，储存与使用管理要求高。由于该企业有甲醇资源和相应的管理措施，本实验选择甲醇作为反硝化碳源。
反硝化甲醇的投加量已有理论计算公式。将甲醇折合为COD后，一般要求COD∶TN=(4~5)∶1，本次实验运行期内，甲醇投加量约为COD∶TN=(3.5~4.5)∶1。经过8月份实验设备的工况优化，确定甲醇的投加量为COD∶TN=4∶1，完全可以保证出水总氮达标排放。
2.5 处理效果
2.5.1 实验装置处理出水数据
实验工艺装置经过约2个月的调试运行，进出水水质、水量、生物挂膜均达到设计要求，运行工况基本稳定。在此基础上，利用10d的时间进行效果验证，具体运行数据见表3。验证期间，实验设备进水流量为180L/h，单级EM-BAF填料接触时间均为3.3h。
2.5.2 主要污染物去除效果分析
图3为氨氮去除效果分析，进水氨氮为18.5~50.5mg/L，平均值28.6mg/L，一级出水氨氮1.6mg/L，总出水氨氮0.37mg/L，氨氮平均去除率为98.7%。
图4为COD去除效果分析，进水COD为35.1~91.9mg/L，平均值49.0mg/L，一级出水COD为30.5mg/L，总出水COD为25.5mg/L。
图5为总氮去除效果分析，进水总氮在71.3~44.5mg/L的范围内波动，平均值58.2mg/L，二级出水总氮为7.7mg/L，出水总氮为3.4mg/L，总氮的去除率为94.4%。
2.5.3 总氮容积负荷
图6为验证期间EM-BAF的总氮负荷变化趋势。由于实验工艺中总氮的去除是由第二级EM-BAF单池完成，实际的总氮负荷也是第二级的总氮负荷。图6数据表明验证期间第二级的总氮负荷在0.32~0.48kg/(m3·d)，平均总氮负荷为0.40kg/(m3·d)。
3、工程应用建议
现有装置单池填料量约为75m3，设单组进水流量为50m3/h，进水总氮为120mg/L，出水总氮为30mg/L，以其中的四级作为反硝化，单组四级填料总体积300m3，则总氮去除负荷为0.36kg/(m3·d)。总氮去除负荷在本次实验的结论范围内。
1)将现有EM-BAF池改造为O/A/O工艺，9级按3-4-2分配给O1-A-O2。
2)完善混凝沉淀除磷和悬浮物工艺设施，保证EM-BAF单元对悬浮物的要求。
3)在填料支架上方增设反冲排泥槽、反冲排泥管、反冲排泥阀;更换池底排泥阀;增加反冲进气管、反冲进气阀;增加布水槽、布水管，将各级水流方向由上下折流改为下向上流。通过DCS实现自动化反冲。
4)更换池内填料，补充工程菌。增设甲醇投加系统，新增补碱装置。
4、结论
1)实验表明将普通EM-BAF工艺改为O/A/O EM-BAF工艺，处理煤气化/合成氨废水是合理可行的，本工艺对氨氮去除率高达98.7%，总氮去除率高达94.4%，总氮去除负荷为0.40kg/(m3·d)，出水COD、氨氮、总氮、悬浮物均达到GB31571—2015排放标准要求。
2)采用EM-BAF多级串联，通过调整各级反应器的曝气量，灵活控制兼氧、好氧环境;在各个功能单元分别接种反硝化菌、硝化菌，补充碳源和碱度，实现氨氮、总氮、COD的同步去除。(来源：中国石化巴陵石化分公司，北京天灏柯润环境科技有限公司)