焦化污水處理總氮提標(biāo)改造探索

楊智偉 鄒正 胡火金 李斌(方大特鋼科技股份有限公司，江西 南昌 330012)

提要：利用現(xiàn)有污水生化處理系統(tǒng)構(gòu)筑物，改變運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)后置反硝化功能；摸索總結(jié)出適應(yīng)現(xiàn)有OAO污水處理工藝的降低總氮的運(yùn)行參數(shù)及控制措施，實(shí)現(xiàn)焦化污水全因子達(dá)標(biāo)排放，可為其他焦化污水處理總氮提標(biāo)改造提供借鑒。

1 概況

XX公司焦化廠污水處理設(shè)施始建于1991年，采用傳統(tǒng)的活性污泥AO處理工藝。 2004年，改為高效微生物OAO處理工藝，設(shè)計(jì)處理水量65t/h(COD入口濃度按3000mg/L設(shè)計(jì))，實(shí)際處理水量30t/h(COD入口濃度約5000mg/L)。2017年，為了提高污水處理系統(tǒng)抗沖擊能力，便于設(shè)備檢修維護(hù)，新增了一個(gè)處理能力20t/h(COD入口濃度按5000mg/L)的生化處理系列，最終形成3個(gè)系列并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)。項(xiàng)目投運(yùn)后，污水處理系統(tǒng)出水除總氮指標(biāo)外其他指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)焦化廢水全因子達(dá)標(biāo)，我們進(jìn)行了一系列總氮提標(biāo)改造探索與實(shí)踐。

2 焦化廢水處理工藝及改造

焦化廢水處理原有生化工藝是OAO高效微生物生化處理，后進(jìn)行深度處理(芬頓工藝)，達(dá)標(biāo)排放。生化處理后的出水指標(biāo)COD<300mg/L、總氰<0.2mg/L、氨氮<10mg/L；深度處理出水指標(biāo)COD<80mg/L、總氰<0.1mg/L、氨氮<5mg/L。原有污水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

2019年初，通過(guò)對(duì)生化系統(tǒng)改造，將三個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的生化系列改造成1+2模式串聯(lián)運(yùn)行。將新建C系列作為一級(jí)生化處理，將原來(lái)的AB系列并聯(lián)作為后置反硝化系統(tǒng)，同時(shí)調(diào)整一級(jí)生化系統(tǒng)操作參數(shù)，并在反硝化池投加碳源，提高回流比等一系列措施，最終實(shí)現(xiàn)了總氮＜20mg/L的改造目標(biāo)。

3 研究工作內(nèi)容及結(jié)果

對(duì)于焦化廢水總氮達(dá)標(biāo)處理工藝的研究工作經(jīng)歷了三個(gè)階段。

3.1 第一階段，研究樹(shù)脂對(duì)總氮的去除作用

實(shí)驗(yàn)條件：樹(shù)脂床層高度850mm，廢水通過(guò)樹(shù)脂床層速度0.0158m3/h。時(shí)間：2018年8月31～9月3日。

總氮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 總氮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，樹(shù)脂對(duì)總氮的去除效率很高，達(dá)到95.98%，最佳反應(yīng)時(shí)間約5～10min，且出水水質(zhì)清澈。

按廢水量35m3/h計(jì)算，需要樹(shù)脂材料2.217m3，按一開(kāi)一備一反洗設(shè)置，需要3個(gè)吸附罐，樹(shù)脂費(fèi)用按100元/L計(jì)算，樹(shù)脂材料費(fèi)用約66.51萬(wàn)元，再加上管道、設(shè)備，反洗裝置等，設(shè)施改造費(fèi)用約130萬(wàn)元。

由于實(shí)驗(yàn)樹(shù)脂購(gòu)入量較少，樹(shù)脂的再生周期、使用壽命未實(shí)驗(yàn)取得數(shù)據(jù)，樹(shù)脂再生廢水的處理、樹(shù)脂廢棄物的處置等都是需要研究解決的問(wèn)題。因此，該研究存在運(yùn)行費(fèi)用、廢棄物處置、再生廢水處理等不確定因素，未深入開(kāi)展下去。

3.2 第二階段，高效反硝化生物濾池對(duì)總氮去除的研究

焦化廢水的總氮主要由硝態(tài)氮組成，通過(guò)反硝化菌厭氧條件下將水體中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)換成氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)焦化廢水總氮去除目的。

3.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

采用高效反硝化中試設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。高效反硝化設(shè)備內(nèi)部有兩個(gè)分區(qū)，主反應(yīng)區(qū)有效容積0.2m3，BAF區(qū)有效容積0.12m3。接種污泥為高效反硝化菌。系統(tǒng)外加碳源促使微生物進(jìn)行反硝化。

3.2.2 廢水水質(zhì)

圖1 污水處理工藝流程圖

來(lái)水為焦化廢水經(jīng)生化處理后的二沉池B出水，水質(zhì)情況：pH7.8～8.8、COD120～160mg/L、鹽度3～4g/L、硝態(tài)氮130～170mg/L、總氮130～180mg/L、溫度25～30℃。

3.2.3 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

硝態(tài)氮濃度下降100mg/L左右；脫氮效率大于1.5kgN/m3/d。

3.2.4 試驗(yàn)結(jié)果

中試半個(gè)月，進(jìn)出水硝氮、總氮、反應(yīng)負(fù)荷變化為。

圖2 進(jìn)出水硝氮變化

圖3 中試進(jìn)出水總氮變化

圖4 主反應(yīng)區(qū)總氮負(fù)荷變化

如圖2-3所示，進(jìn)水總氮濃度在130～180mg/L，經(jīng)高效脫氮中試設(shè)備處理后出水總氮基本下降100mg/L左右，在第3天達(dá)到高峰，總氮即到達(dá)20mg/L以下。圖4所示，設(shè)備在啟動(dòng)后，其容積負(fù)荷穩(wěn)步增長(zhǎng)，總氮負(fù)荷穩(wěn)定在1.5kgN/m3/d以上。

3.2.5 試驗(yàn)結(jié)論

進(jìn)水總氮在130～180mg/L左右，高效生物濾池在穩(wěn)定1.5kgN/m3/d以上的負(fù)荷情況下，總氮到達(dá)20mg/L以下。反硝化反應(yīng)對(duì)PH較敏感，設(shè)備脫氮用乙酸做碳源時(shí)，需要調(diào)節(jié)PH值。

3.2.6 經(jīng)濟(jì)性分析

(1)運(yùn)行費(fèi)用核算。進(jìn)水硝態(tài)氮為150mg/L左右，全部去除完，其噸水處理成本約為：藥劑費(fèi)用：4.05元/噸水；反沖洗：0.0118元/噸水；電耗：0.183元/噸水；污泥處置費(fèi)：0.84元/噸水。合計(jì)：5.0848元/噸水。

(2)按照處理量35m3/h計(jì)算，需要新增高效反硝化生物濾池設(shè)備10臺(tái)，費(fèi)用大約800萬(wàn)元，同時(shí)需投入乙醇、乙酸鈉等作為碳源，藥劑費(fèi)用124萬(wàn)元。采用反硝化生物濾池做到總氮達(dá)標(biāo)需新增10臺(tái)設(shè)備，同時(shí)要加入大量藥劑，很不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)這種處理模式推論，我們認(rèn)為利用現(xiàn)有水處理構(gòu)筑物代替高效反硝化生物設(shè)備同樣能達(dá)到脫氮目的，沒(méi)有必要額外增加設(shè)備。

3.3 第三階段，研究利用現(xiàn)有水處理構(gòu)筑物脫氮

焦化廢水經(jīng)過(guò)生化處理后，氨氮類物質(zhì)完全轉(zhuǎn)化為硝酸鹽類物質(zhì)，必須通過(guò)缺氧的工藝進(jìn)行去除，而一級(jí)缺氧系統(tǒng)受HRT、回流比、反應(yīng)方式、碳源的限制，幾乎不可能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須通過(guò)新增缺氧工藝的方式進(jìn)行處理。為此，我們利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，將現(xiàn)有AB系列變?yōu)楹笾梅聪趸?，改造后的工藝流程如圖5所示。

3.3.1 營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)研究

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(碳源)可以是甲醇，乙酸，乙酸鈉或葡萄糖、淀粉等。碳源分子中碳原子個(gè)數(shù)越少，生化反應(yīng)利用效果越好。甲醇有毒安全隱患大、氣味大；葡萄糖和淀粉利用率低，容易造成COD偏高。因此，碳源選擇乙酸+乙酸鈉混合溶液，兼顧對(duì)生化池的Ph值調(diào)節(jié)作用。營(yíng)養(yǎng)元素C、N、P配比，理論上按照乙酸：硝態(tài)氮：磷=135:30:1設(shè)計(jì)，考慮到實(shí)際反硝化菌占80%以上，故實(shí)際乙酸：硝態(tài)氮：磷=147:30:1為宜。

3.3.2 工作內(nèi)容

(1)原水預(yù)處理后接入生化C系列進(jìn)行一級(jí)生化處理，出水經(jīng)中間槽平均分配至AB系列，這樣可以增加后置反硝化池水力停留時(shí)間，降低一級(jí)生化池參數(shù)控制難度。

(2)改造內(nèi)容。對(duì)C系列進(jìn)水管道、泵進(jìn)行改造，增加C系列處理量；從調(diào)節(jié)池進(jìn)水管接一個(gè)水管至兼氧C池，采取多點(diǎn)進(jìn)水，增加兼氧C池碳源；增加中間槽至A、B系列兼氧池的管道。

(3)生化系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)控制如表2所示。

表2 生化系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)控制表

①好氧C池上清液回流比按100%控制(按好氧池進(jìn)水量計(jì)算)；②污泥回流比按150%～200%左右控制(按處理水量計(jì)算)；③好氧A、B池上清液回流停止；④反硝化段總水力停留時(shí)間180h。

經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)及增加碳源投加量，2019年5月12日開(kāi)始，總氮下降，7月達(dá)標(biāo)，至今總氮一直維持在20mg/L以下，最低達(dá)到7.5mg/L。

脫色出水總氮指標(biāo)情況如表3所示。

圖5 改造后工藝示意圖

表3 脫色出水總氮指標(biāo)情況

3.3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

本改造項(xiàng)目?jī)H增加了提升泵，用電費(fèi)用有部分增加，另增加提供微生物營(yíng)養(yǎng)物的藥劑費(fèi)用等。脫總氮項(xiàng)目成本如表4所示。

表4 脫總氮項(xiàng)目成本

因此，該脫總氮項(xiàng)目每年運(yùn)行費(fèi)用約158.9064萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

本次總氮提標(biāo)改造是我司自主開(kāi)展的一次探索研究，在不增加水處理設(shè)施的前提下，利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，通過(guò)一系列改造，改變運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)后置反硝化功能，脫色出水總氮穩(wěn)定在20mg/L以下；摸索總結(jié)出適應(yīng)OAO焦化污水處理工藝的去除總氮的運(yùn)行參數(shù)及控制措施，實(shí)現(xiàn)焦化污水排放全因子達(dá)標(biāo)，為其他焦化污水處理工藝總氮提標(biāo)改造提供借鑒。