工業(yè)港廢水排口氨氮處理技術(shù)研究與應(yīng)用

俞 琴，盧 俞，舒 純，陳 濤

（1武鋼有限能源環(huán)保部，湖北武漢 430081；2內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021）

引言

武鋼有限廠區(qū)有兩大廢水排口，北湖廢水排口和工業(yè)港廢水排口，廠區(qū)廢水經(jīng)北湖、工業(yè)港兩座污水處理站處理，處理后的水進(jìn)入廠區(qū)回用或外排。隨著武鋼節(jié)水減排工作的推進(jìn)，北湖排口已實(shí)現(xiàn)非雨期廢水零排放，武鋼廠區(qū)廢水經(jīng)工業(yè)港污水處理站處理后，經(jīng)工業(yè)港廢水排口排入長(zhǎng)江。

武漢市環(huán)保局在工業(yè)港廢水排口設(shè)有氨氮濃度和排水量在線監(jiān)測(cè)裝置，2019 年初開(kāi)始，工業(yè)港廢水排口無(wú)法滿(mǎn)足廢水氨氮濃度達(dá)標(biāo)排放、氨氮總量受控的環(huán)保要求。排口來(lái)水氨氮總量高，現(xiàn)有工藝無(wú)氨氮削減能力，但工業(yè)港污水處理站及上游均無(wú)氨氮處理工藝，導(dǎo)致總排口氨氮達(dá)標(biāo)排放及排放總量受控均很困難，存在較大環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

工業(yè)廢水去除氨氮有多種方法，但能真正應(yīng)用于工業(yè)廢水處理的方法，必須具有應(yīng)用簡(jiǎn)便、處理性能穩(wěn)定可靠、適應(yīng)廢水水質(zhì)，以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。按脫除氨氮的作用機(jī)理，一般可分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法主要包括反滲透法、蒸餾等，化學(xué)法主要包括吹脫法、汽提法和離子交換樹(shù)脂法等，生物法脫氮可分為生物膜法和懸浮生物法。

國(guó)內(nèi)外尚無(wú)廢水排口脫氮處理的研究報(bào)道。鑒于國(guó)內(nèi)冶金含中低濃度氨氮廢水的排放達(dá)標(biāo)一直是個(gè)難題，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)一種低濃度氨氮廢水的脫氮處理工藝。

1 研究總體思路

本研究以高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)排污水和工業(yè)港水站出水為對(duì)象，通過(guò)一系列小試、中試研究，探索低濃度無(wú)機(jī)氨氮廢水處理方法。創(chuàng)新了氨氮廢水處理工藝，在高爐煤洗水排污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功。為了現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用且降低投資成本和運(yùn)行成本，調(diào)整并優(yōu)化工業(yè)港水站水處理工藝及管網(wǎng)運(yùn)行壓力，利用現(xiàn)有工藝設(shè)備做相應(yīng)的技術(shù)改造，將1#調(diào)節(jié)池改為氨氮氧化池，利用虹吸裝置將其出水改至2#調(diào)節(jié)池等，改造方案實(shí)施完成后，最終在工業(yè)港污水處理站成功應(yīng)用。

2 技術(shù)方案

2.1 源頭減排技術(shù)管理措施

采取措施降低高爐煤氣洗滌水排污水量，杜絕焦?fàn)t煤氣洗滌水進(jìn)入系統(tǒng)。

2.1.1 加強(qiáng)排水稽查，嚴(yán)禁焦?fàn)t煤氣、焦混煤氣凝結(jié)水等高濃度氨氮廢水收集水池出現(xiàn)高液位溢流；焦?fàn)t煤氣、焦混煤氣冷凝水收集至焦化集中處理。

2.1.2 清理高爐煤氣洗滌系統(tǒng)外來(lái)水，避免其排入煤氣洗滌系統(tǒng)。加強(qiáng)用水管理，合理控制高爐煤氣水封補(bǔ)充，停用TRT液位浮標(biāo)沖洗水，減少U形水封補(bǔ)充水和脫水機(jī)沖洗水，降低煤氣系統(tǒng)直流用水量。

2.1.3 嚴(yán)禁高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)低電導(dǎo)排污。督促煉鐵廠恢復(fù)5#、8#高爐煤氣干法除塵。高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)電導(dǎo)率控制上限由10 000 μS/cm 提高至15 000 μS/cm，減少排污水量。瓦斯泥水站網(wǎng)帶沖洗水直流改循環(huán)。

2.2 氧化法去除高爐煤洗水中氨氮的試驗(yàn)研究

向高爐煤洗排污水中加入次氯酸鈉，次氯酸、次氯酸根離子與水中的氨氮反應(yīng)產(chǎn)生一氯化胺、二氯化胺、三氯化胺。由于三氯胺在pH 值＜5.5 條件下才能穩(wěn)定存在，而且在水中溶解度很低，由于高爐煤氣洗滌水pH 值＞7，因此高爐煤氣洗滌水中幾乎不存在三氯化胺。只要在高爐煤氣洗滌水中加入足夠量的次氯酸鈉劑量，就可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將水中的氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)鈁1][2]。

相關(guān)反應(yīng)機(jī)理可用下列反應(yīng)式表示：

總反應(yīng)式為：

2.2.1 次氯酸鈉法去除高爐煤洗水中氨氮的試驗(yàn)

5#TRT煤氣水封水，配制低濃度氨氮廢水，做降低氨氮試驗(yàn)，測(cè)得源水的氨氮為156.3 mg/L，pH 值7.88，分別取20 mL 稀釋到1 000 mL，50 mL 稀釋到1 000 mL，按一定比例投加次氯酸鈉，攪拌15 min，測(cè)氨氮含量，pH值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2019年3月19日5#TRT煤氣水封水降氨氮試驗(yàn)

從表1 可知，氨氮濃度為3.706 mg/L 和8.117 mg/L 時(shí)，氨氮去除率均可以達(dá)到99%以上，次氯酸鈉氧化法去除煤洗水中的氨氮可行。

2.2.2 5#水站次氯酸鈉氧化法去除氨氮現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：利用5#水站次氯酸鈉投加裝置，具體工藝為：高爐煤洗水排污水經(jīng)斜板沉淀池混凝沉淀工藝處理后，其出水經(jīng)pH調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)廢水pH至7～9 左右，再由次氯酸鈉投加罐進(jìn)行次氯酸投加，在氧化反應(yīng)池中發(fā)生氧化脫氮反應(yīng)，最后出水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后排放至工業(yè)港，中試期間對(duì)廢水的進(jìn)水、出水pH 和氨氮進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，為了測(cè)算次氯酸鈉的投加量，次氯酸鈉的有效氯含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝見(jiàn)圖1。

圖1 次氯酸鈉氧化法脫氮中試試驗(yàn)工藝路線

中試試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 次氯酸鈉氧化法脫氮中試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

從圖2可知，在中試試驗(yàn)初期，廢水出水氨氮較高，氨氮去除率較低，但在中試實(shí)驗(yàn)后期，即3 月15日所取樣監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，廢水中氨氮濃度得到明顯降低，最高脫除率達(dá)到95%以上。

圖2 次氯酸鈉氧化法脫氮中試試驗(yàn)中氨氮脫除率

由此可見(jiàn)，次氯酸鈉氧化法去除高爐煤氣洗滌水中的氨氮方法可行，去除率可達(dá)95%以上，為了降低處理成本，此工藝可在高爐煤氣洗滌工藝排污水系統(tǒng)實(shí)施。各高爐煤氣洗滌水源頭減量管理和技術(shù)措施實(shí)施后，排污水量降低，運(yùn)行成本降低。

2.2.3 工業(yè)港污水處理站次氯酸鈉氧化法去除氨氮試驗(yàn)

工業(yè)港污水處理站出水做降低氨氮試驗(yàn)，參數(shù)見(jiàn)表3。測(cè)得原水的氨氮為3.36 mg/L，pH 值8.37，次氯酸鈉的有效氯含量9.4%，按一定比例投加次氯酸鈉，攪拌15 min，測(cè)氨氮含量、pH值。

表3 2019年3月22日工業(yè)港出水降氨氮試驗(yàn)

工業(yè)港次氯酸鈉氧化法試驗(yàn)，氨氮去除率達(dá)85.8%，次氯酸鈉氧化法去除工業(yè)港出水氨氮是可行的。

2.2.4 工業(yè)港污水處理站次氯酸鈉氧化法去除氨氮現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：武鋼龍角湖方溝中污水通過(guò)粗格柵，由潛水泵提升到高位水池，通過(guò)重力流到細(xì)格柵、曝氣沉砂池、高密度沉淀池，投加絮凝劑、石灰、助凝劑進(jìn)行沉淀，澄清水投加一定濃度的次氯酸鈉，氧化法降低氨氮濃度后，流入V 型濾池過(guò)濾，濾后水進(jìn)入清水池，最后由回用水泵將水送入回用水管網(wǎng)或達(dá)標(biāo)排放。試驗(yàn)工藝見(jiàn)圖3。

圖3 工業(yè)港現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝簡(jiǎn)圖

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，源水流量9 888 m3/h，經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)加藥裝置能力不能滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，采取措施調(diào)節(jié)12 線進(jìn)水量，即增加1 線進(jìn)水量，降低2 線進(jìn)水量，提高2 線加藥量，在2#線做試驗(yàn)，氨氮濃度達(dá)標(biāo)，去除率達(dá)80%以上。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 工業(yè)港氨氮現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

上述實(shí)驗(yàn)證明，次氯酸鈉氧化法去除工業(yè)港排口低濃度氨氮方法是可行的，與傳統(tǒng)工藝相比，成本低，易實(shí)施。

2.3 次氯酸鈉氧化法氨氮治理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

工業(yè)港污水處理站現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功后，調(diào)整并優(yōu)化工業(yè)港水站水處理工藝，做相應(yīng)的技術(shù)改造，將1#調(diào)節(jié)池改為氨氮氧化池，增加次氯酸鈉投加管道，溢流口喇叭管側(cè)向開(kāi)口，增加溢流排水量；封堵1#沉砂池出水口，利用虹吸裝置將其出水改至2#調(diào)節(jié)池；清水池外排水由溢流直排改為泵送至1#調(diào)節(jié)池氧化后排放；增加次氯酸鈉儲(chǔ)罐和投加泵、管道；二干線增設(shè)至1#調(diào)節(jié)池泄流管道和調(diào)節(jié)閥，轉(zhuǎn)輸外排水。具體工藝及變化見(jiàn)圖4。改造方案完成后，按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案制定了工業(yè)港氨氮治理調(diào)試方案，于2019 年9 月2 日正式實(shí)施，實(shí)施后效果明顯，達(dá)到各項(xiàng)預(yù)期目標(biāo)。

圖4 工業(yè)港氨氮治理工藝簡(jiǎn)圖

2.3.1 工業(yè)港水站干線壓力調(diào)整措施

2.3.1.1 干線壓力低調(diào)整

干線壓力優(yōu)先使用變頻器調(diào)節(jié)，當(dāng)2 臺(tái)回用水泵運(yùn)行，變頻器基本滿(mǎn)頻后，干線壓力依然偏低，可增開(kāi)1 臺(tái)回用水泵運(yùn)行，同步調(diào)整變頻泵頻率；當(dāng)3臺(tái)回用水泵運(yùn)行，變頻泵基本滿(mǎn)頻后，干線壓力依然偏低，可減小二干線電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，必要時(shí)可以全關(guān)。

2.3.1.2 干線壓力高調(diào)整

當(dāng)3臺(tái)回用水泵運(yùn)行，變頻器實(shí)際頻率較低時(shí)，干線壓力依然偏高，可停開(kāi)1臺(tái)回用水泵運(yùn)行，同步調(diào)整變頻泵頻率；當(dāng)2臺(tái)回用水泵運(yùn)行，變頻泵低頻運(yùn)行時(shí)，干線壓力依然偏高，可增開(kāi)二干線電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，但不能超過(guò)30%。

2.3.1.3 清水池液位調(diào)整

清水池液位優(yōu)先通過(guò)二干線電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度調(diào)整。在干線壓力正常，但清水池液位低，可降低電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，反之，則增加開(kāi)度。

2.3.1.4 提升液位調(diào)整

提升液位通過(guò)提升泵頻率調(diào)整。當(dāng)提升泵低頻運(yùn)行，且提升液位仍較低時(shí)，可減少1臺(tái)提升泵運(yùn)行；反之，增開(kāi)提升泵，但最大提升量控制在10 500 m3/h以?xún)?nèi)。

2.3.2 水量、水質(zhì)控制措施

工業(yè)港水站增加過(guò)濾器反洗水收集池，緩沖水量波動(dòng)。

調(diào)整水源系統(tǒng)運(yùn)行方式，減少非常規(guī)排水量，控制回用水電導(dǎo)值，減少工業(yè)港排口廢水量。

調(diào)整管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式，關(guān)閉20#水站泄水閥，進(jìn)一步降低工業(yè)港排口廢水量；利用變頻器動(dòng)態(tài)調(diào)整工業(yè)港水站干線壓力，利用二干線調(diào)節(jié)閥動(dòng)態(tài)調(diào)整清水池水位，避免清水池溢流造成高低濃度氨氮廢水混排；調(diào)整北湖水站調(diào)節(jié)閥控制方式，減緩干線壓力、流量波動(dòng)。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 探索出次氯酸鈉氧化法氨氮處理工藝，與現(xiàn)有各種傳統(tǒng)氨氮廢水處理工藝相比，具有投資省、運(yùn)行成本低、效果好、無(wú)二次污染等明顯優(yōu)勢(shì)。

3.2 工藝方案僅對(duì)工業(yè)港水站外排水進(jìn)行氨氮削減，不僅可降低氨氮處理成本，還可避免次氯酸鈉對(duì)工業(yè)水管網(wǎng)的腐蝕，減少供水管網(wǎng)泄漏。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究采用針對(duì)性強(qiáng)，效果好；實(shí)施快，投資少的技術(shù)措施；技術(shù)措施與管理措施并舉，源頭減排與末端治理結(jié)合；環(huán)保達(dá)標(biāo)與水質(zhì)保產(chǎn)兼顧，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)港排口氨氮排放濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)(≤5 mg/L)。2019年工業(yè)港排口氨氮總量71.26 t，完成了公司年度氨氮排放總量控制目標(biāo)（≤80 t），實(shí)現(xiàn)工業(yè)港排口非雨期廢水無(wú)翻壩（攔截閘）。目前處理效果好，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)進(jìn)水氨氮檢測(cè)結(jié)果，確定次氯酸鈉的投加量，在保證氨氮濃度總量達(dá)標(biāo)的情況下，降低運(yùn)行成本。