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)
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。
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。
2.1 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)。
3.1 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。
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。