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,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,處理后的水進入廠區(qū)回用或外排。隨著武鋼節(jié)水減排工作的推進,北湖排口已實現(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)港廢水排口排入長江。
武漢市環(huán)保局在工業(yè)港廢水排口設有氨氮濃度和排水量在線監(jiān)測裝置,2019 年初開始,工業(yè)港廢水排口無法滿足廢水氨氮濃度達標排放、氨氮總量受控的環(huán)保要求。排口來水氨氮總量高,現(xiàn)有工藝無氨氮削減能力,但工業(yè)港污水處理站及上游均無氨氮處理工藝,導致總排口氨氮達標排放及排放總量受控均很困難,存在較大環(huán)保風險。
工業(yè)廢水去除氨氮有多種方法,但能真正應用于工業(yè)廢水處理的方法,必須具有應用簡便、處理性能穩(wěn)定可靠、適應廢水水質(zhì),以及經(jīng)濟實用等特點。按脫除氨氮的作用機理,一般可分為物理法、化學法和生物法。物理法主要包括反滲透法、蒸餾等,化學法主要包括吹脫法、汽提法和離子交換樹脂法等,生物法脫氮可分為生物膜法和懸浮生物法。
國內(nèi)外尚無廢水排口脫氮處理的研究報道。鑒于國內(nèi)冶金含中低濃度氨氮廢水的排放達標一直是個難題,項目開發(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)港水站出水為對象,通過一系列小試、中試研究,探索低濃度無機氨氮廢水處理方法。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)場試驗成功。為了現(xiàn)場成功應用且降低投資成本和運行成本,調(diào)整并優(yōu)化工業(yè)港水站水處理工藝及管網(wǎng)運行壓力,利用現(xiàn)有工藝設備做相應的技術改造,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,改造方案實施完成后,最終在工業(yè)港污水處理站成功應用。
2.1 源頭減排技術管理措施
采取措施降低高爐煤氣洗滌水排污水量,杜絕焦爐煤氣洗滌水進入系統(tǒng)。
2.1.1 加強排水稽查,嚴禁焦爐煤氣、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;焦爐煤氣、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)外來水,避免其排入煤氣洗滌系統(tǒng)。加強用水管理,合理控制高爐煤氣水封補充,停用TRT液位浮標沖洗水,減少U形水封補充水和脫水機沖洗水,降低煤氣系統(tǒng)直流用水量。
2.1.3 嚴禁高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)低電導排污。督促煉鐵廠恢復5#、8#高爐煤氣干法除塵。高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)電導率控制上限由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,就可以通過化學反應將水中的氨氮轉(zhuǎn)化成氮氣[1][2]。
相關反應機理可用下列反應式表示:
總反應式為:
2.2.1 次氯酸鈉法去除高爐煤洗水中氨氮的試驗
5#TRT煤氣水封水,配制低濃度氨氮廢水,做降低氨氮試驗,測得源水的氨氮為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,測氨氮含量,pH值。試驗數(shù)據(jù)見表1。
表1 2019年3月19日5#TRT煤氣水封水降氨氮試驗
從表1 可知,氨氮濃度為3.706 mg/L 和8.117 mg/L 時,氨氮去除率均可以達到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)場試驗
試驗方案: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行次氯酸投加,在氧化反應池中發(fā)生氧化脫氮反應,最后出水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后排放至工業(yè)港,中試期間對廢水的進水、出水pH 和氨氮進行監(jiān)測分析,為了測算次氯酸鈉的投加量,次氯酸鈉的有效氯含量進行監(jiān)測,現(xiàn)場試驗工藝見圖1。
圖1 次氯酸鈉氧化法脫氮中試試驗工藝路線
中試試驗數(shù)據(jù)見表2。
表2 次氯酸鈉氧化法脫氮中試試驗數(shù)據(jù)
對上述數(shù)據(jù)進行分析:
從圖2可知,在中試試驗初期,廢水出水氨氮較高,氨氮去除率較低,但在中試實驗后期,即3 月15日所取樣監(jiān)測情況來看,廢水中氨氮濃度得到明顯降低,最高脫除率達到95%以上。
圖2 次氯酸鈉氧化法脫氮中試試驗中氨氮脫除率
由此可見,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)實施。各高爐煤氣洗滌水源頭減量管理和技術措施實施后,排污水量降低,運行成本降低。
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
工業(yè)港污水處理站出水做降低氨氮試驗,參數(shù)見表3。測得原水的氨氮為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
工業(yè)港次氯酸鈉氧化法試驗,氨氮去除率達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)場試驗
試驗方案:武鋼龍角湖方溝中污水通過粗格柵,由潛水泵提升到高位水池,通過重力流到細格柵、曝氣沉砂池、高密度沉淀池,投加絮凝劑、石灰、助凝劑進行沉淀,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 型濾池過濾,濾后水進入清水池,最后由回用水泵將水送入回用水管網(wǎng)或達標排放。試驗工藝見圖3。
圖3 工業(yè)港現(xiàn)場試驗工藝簡圖
現(xiàn)場試驗時,源水流量9 888 m3/h,經(jīng)計算,現(xiàn)場加藥裝置能力不能滿足試驗要求,采取措施調(diào)節(jié)12 線進水量,即增加1 線進水量,降低2 線進水量,提高2 線加藥量,在2#線做試驗,氨氮濃度達標,去除率達80%以上。試驗數(shù)據(jù)見表4。
表4 工業(yè)港氨氮現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)
上述實驗證明,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,易實施。
2.3 次氯酸鈉氧化法氨氮治理現(xiàn)場應用
工業(yè)港污水處理站現(xiàn)場試驗成功后,調(diào)整并優(yōu)化工業(yè)港水站水處理工藝,做相應的技術改造,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;增加次氯酸鈉儲罐和投加泵、管道;二干線增設至1#調(diào)節(jié)池泄流管道和調(diào)節(jié)閥,轉(zhuǎn)輸外排水。具體工藝及變化見圖4。改造方案完成后,按照現(xiàn)場試驗方案制定了工業(yè)港氨氮治理調(diào)試方案,于2019 年9 月2 日正式實施,實施后效果明顯,達到各項預期目標。
圖4 工業(yè)港氨氮治理工藝簡圖
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2 臺回用水泵運行,變頻器基本滿頻后,干線壓力依然偏低,可增開1 臺回用水泵運行,同步調(diào)整變頻泵頻率;當3臺回用水泵運行,變頻泵基本滿頻后,干線壓力依然偏低,可減小二干線電動調(diào)節(jié)閥開度,必要時可以全關。
2.3.1.2 干線壓力高調(diào)整
當3臺回用水泵運行,變頻器實際頻率較低時,干線壓力依然偏高,可停開1臺回用水泵運行,同步調(diào)整變頻泵頻率;當2臺回用水泵運行,變頻泵低頻運行時,干線壓力依然偏高,可增開二干線電動調(diào)節(jié)閥開度,但不能超過30%。
2.3.1.3 清水池液位調(diào)整
清水池液位優(yōu)先通過二干線電動調(diào)節(jié)閥開度調(diào)整。在干線壓力正常,但清水池液位低,可降低電動調(diào)節(jié)閥開度,反之,則增加開度。
2.3.1.4 提升液位調(diào)整
提升液位通過提升泵頻率調(diào)整。當提升泵低頻運行,且提升液位仍較低時,可減少1臺提升泵運行;反之,增開提升泵,但最大提升量控制在10 500 m3/h以內(nèi)。
2.3.2 水量、水質(zhì)控制措施
工業(yè)港水站增加過濾器反洗水收集池,緩沖水量波動。
調(diào)整水源系統(tǒng)運行方式,減少非常規(guī)排水量,控制回用水電導值,減少工業(yè)港排口廢水量。
調(diào)整管網(wǎng)系統(tǒng)運行方式,關閉20#水站泄水閥,進一步降低工業(yè)港排口廢水量;利用變頻器動態(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。
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、運行成本低、效果好、無二次污染等明顯優(yōu)勢。
3.2 工藝方案僅對工業(yè)港水站外排水進行氨氮削減,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。
本研究采用針對性強,效果好;實施快,投資少的技術措施;技術措施與管理措施并舉,源頭減排與末端治理結(jié)合;環(huán)保達標與水質(zhì)保產(chǎn)兼顧,實現(xiàn)了工業(yè)港排口氨氮排放濃度穩(wěn)定達標(≤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(≤80 t),實現(xiàn)工業(yè)港排口非雨期廢水無翻壩(攔截閘)。目前處理效果好,達到預期目標。在實施過程中,根據(jù)進水氨氮檢測結(jié)果,確定次氯酸鈉的投加量,在保證氨氮濃度總量達標的情況下,降低運行成本。