劉金武

（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

1 污水處理現(xiàn)狀

某石化公司化肥裝置污水處理單元，為上世紀(jì)80年代從國(guó)外引進(jìn)的大化肥裝置配套而建，設(shè)計(jì)能力為50 m3/h，原設(shè)計(jì)采用“調(diào)節(jié)池—初沉池—曝氣池—二沉池”處理工藝。該裝置已運(yùn)行近30年，設(shè)備老化腐蝕嚴(yán)重，初沉池和調(diào)節(jié)池技術(shù)改造作為污水回用裝置的調(diào)節(jié)池，現(xiàn)在只剩下一個(gè)曝氣池和沉淀池進(jìn)行簡(jiǎn)單的生化處理，勉強(qiáng)達(dá)標(biāo)后排入市政污水處理廠。

隨著政府對(duì)環(huán)保指標(biāo)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，外排污水中NH3-N含量從60 mg/L 降到30 mg/L，為了保證達(dá)標(biāo)排放，決定對(duì)原有污水處理設(shè)施拆除，新建一座具有生物脫氮功能的處理裝置，處理化肥裝置排出的含氨氮生產(chǎn)廢水和生活污水。

2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

2.1 設(shè)計(jì)水量及裝置規(guī)模

根據(jù)化肥裝置各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，確定進(jìn)入新建污水處理裝置的污水量為生產(chǎn)污水21.6 m3/h，生活污水40.0 m3/h，總水量61.6 m3/h?？紤]異常工況下的排水情況，設(shè)計(jì)規(guī)模按70 m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

根據(jù)近三年全廠排水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并參考目前國(guó)內(nèi)同類廠家的實(shí)際運(yùn)行情況，確定氨氮設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)為150 mg/L，COD設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)為500 mg/L，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，綜合確定進(jìn)水水質(zhì)，見(jiàn)表1。

2.3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

新建污水處理裝置的出水作為污水回用裝置的進(jìn)水，經(jīng)處理后水質(zhì)參考《煉油化工企業(yè)污水回用管理導(dǎo)則》的要求，滿足初級(jí)再生水用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的水質(zhì)要求。主要出水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 新建污水處理裝置設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) mg/L

表2 新建污水處理裝置設(shè)計(jì)出水水質(zhì) mg/L

2.4 工藝及技術(shù)路線選擇

2.4.1 污水水質(zhì)分析

各單元進(jìn)入污水處理裝置的污水屬于可生化性較好的污水，含有醇類等物質(zhì)，無(wú)氰化物，且氨氮濃度相對(duì)較高。根據(jù)循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水情況，要求污水處理裝置的出水氨氮在5 mg/L以內(nèi)。因此，工藝選擇的主要環(huán)?？刂浦笜?biāo)為COD、氨氮及懸浮物。污水水質(zhì)情況如下：

1）BOD5/CODcr（B/C）≈ 0.5，污水可生化性良好，適合采用生物方法去除有機(jī)物。B/C指標(biāo)體現(xiàn)了污水的可生化程度，是決定工藝主體參數(shù)的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為B/C＞0.4可生化性較好，B/C＜0.4較難生化，B/C＜0.2不易生化。

2）CODcr/TKN（C/N）≈ 2.5，污水脫氮碳源不足，需要額外投加碳源。C/N指標(biāo)反映反硝化過(guò)程碳源是否充足，是決定反硝化程度的主要指標(biāo)，從理論上講，C/N≥2.86就能進(jìn)行脫氮，但考慮到硝酸鹽氮攜帶的溶解氧會(huì)消耗一部分碳源等因素，一般認(rèn)為C/N≥3.6才能進(jìn)行有效脫氮。

3）污水中存在一定濃度的堿度，根據(jù)生物脫氮機(jī)理，硝化過(guò)程需要消耗大量的堿度，而反硝化過(guò)程會(huì)釋放一定量的堿度，但整個(gè)硝化反硝化過(guò)程對(duì)堿度的需求量仍較大。根據(jù)氨氮濃度和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，原水中的堿度尚不足以滿足污水整個(gè)生物脫氮的需求，需要在硝化段投加一定量的堿度。

4）CN-≤0.5mg/L，無(wú)需特殊處理。

5）生物處理對(duì)C、N、P的基本比例要求大致為100∶5∶1，由于污水中基本不含P（除了少量的生活污水），因此需要額外投加營(yíng)養(yǎng)鹽以滿足微生物的需要。

通過(guò)上述分析，該工程污水可生化性良好，適宜采用生化處理工藝，但需額外投加碳源、堿度及P營(yíng)養(yǎng)鹽，以保證脫氮碳源及微生物生長(zhǎng)的需要。

2.4.2 主體生化工藝選擇

針對(duì)化肥裝置污水氨氮濃度高的特點(diǎn)，污水處理應(yīng)采用高效生化脫氮工藝，通過(guò)營(yíng)造適應(yīng)高營(yíng)養(yǎng)物環(huán)境的微生物生態(tài)群落，并強(qiáng)化硝化自養(yǎng)菌和反硝化異養(yǎng)菌的生理活性，依賴這些微生物的酶促降解作用，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

所有的生物脫氮工藝都包括缺氧和好氧兩個(gè)不同過(guò)程的交替和循環(huán)，目前處理化工污水的常用生化工藝有SBR創(chuàng)新工藝及A/O工藝，兩種工藝的實(shí)質(zhì)均是“缺氧—好氧”的工藝原理。

1）A/O工藝

通常所說(shuō)的A/O工藝為連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)排水的缺氧反應(yīng)池與好氧反應(yīng)池分別獨(dú)立的活性污泥系統(tǒng)或接觸氧化系統(tǒng)。其特征是缺氧池與好氧池分別設(shè)置（空間分隔），相互隔離互不干涉，通常缺氧池設(shè)置在好氧池前，稱為“前置反硝化工藝”。為達(dá)到反硝化的目的，A/O脫氮工藝需要大量好氧池出水回流至缺氧池前端。簡(jiǎn)要工藝過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 A/O處理工藝流程

由圖1可知，要提高A級(jí)池反硝化脫氮效率，回流液提供的硝態(tài)氮越多越好。提高硝態(tài)氮量有兩種方法，一是增加回流比，二是提高硝態(tài)氮濃度。提高回流比有可能造成A級(jí)池的富氧化，破壞反硝化環(huán)境，降低反硝化率，同時(shí)也增加了動(dòng)力消耗。O級(jí)池排至沉淀池和回流至A級(jí)池的水質(zhì)相同，提高硝態(tài)氮濃度則意味著出水含氮（主要為硝態(tài)氮）升高，直接導(dǎo)致出水指標(biāo)超標(biāo)。因此，A/O工藝脫氮有限度，脫氮效率通常不超過(guò)85%。新建污水處理裝置污水要求脫氮效率達(dá)到97%以上，顯然，采用一級(jí)A/O工藝無(wú)法保證達(dá)標(biāo)排放。

從目前運(yùn)行的工程實(shí)例來(lái)看，傳統(tǒng)A/O工藝通常成功應(yīng)用于低濃度含氨氮污水的處理，如生活污水、城市污水處理廠等，應(yīng)用于氨氮濃度超出100 mg/L污水時(shí)的成功先例不多，且投資較高，突出的問(wèn)題是一級(jí)A/O工藝氨氮去除率難以達(dá)到85%，同時(shí)系統(tǒng)不太穩(wěn)定，在出現(xiàn)硝態(tài)氮累積時(shí)易造成污泥體系各菌群的比例失調(diào)。

2）SBR工藝

SBR工藝是近年發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的序批式活性污泥法，該工藝具有良好的脫氮處理功能。在SBR處理工藝中，硝化和反硝化在同一池內(nèi)進(jìn)行，不需要好氧污水的回流，因此理論上脫氮效率可無(wú)限接近于100%。SBR工藝運(yùn)行方式十分靈活，通過(guò)控制供氧量使運(yùn)行環(huán)境在缺氧和好氧之間不斷變換，這時(shí)可以將SBR工藝看成多個(gè)A/O工藝的串聯(lián)組合體，所以能夠保證很高的脫氮效果。

一般的周期安排方式為：

進(jìn)水階段：污水進(jìn)入SBR池的階段，通常為一個(gè)運(yùn)行周期的開(kāi)始。

曝氣階段：通過(guò)曝氣系統(tǒng)向SBR池供給氧氣，微生物利用體內(nèi)生物酶降解有機(jī)污染，同時(shí)污水中的NH3-N通過(guò)微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3-N。

攪拌階段：停止曝氣而繼續(xù)攪拌，使泥水充分混合，水中溶解氧逐漸降低。同時(shí)通過(guò)投加甲醇等外部碳源，為微生物反硝化反應(yīng)提供易降解基質(zhì)，NO3-N轉(zhuǎn)化為N2等氣態(tài)物質(zhì)而脫離水相，污水中總氮含量降低。

沉淀階段：停止攪拌，也不曝氣，混合液逐漸轉(zhuǎn)入靜止沉淀狀態(tài)，泥水分層分離。

潷水階段：沉淀結(jié)束后，置于反應(yīng)池末端的潷水器開(kāi)始工作，自上而下逐漸排出上清液。

閑置階段：閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段，通常為一個(gè)運(yùn)行周期的結(jié)束。池底污泥的降解活性在此階段得到恢復(fù)。SBR池設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。工藝流程見(jiàn)圖2。

表3 SBR池設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 污水處理廠SBR工藝流程

3 運(yùn)行效果

新建污水處理裝置于2016年5月工程中交，進(jìn)行活性污泥培養(yǎng)與馴化試運(yùn)行，至8月整個(gè)裝置基本趨于正常，并投入自動(dòng)運(yùn)行。2016年8月至2017年12月以來(lái)各月平均運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3、4。

從SBR池進(jìn)出口的NH3-N和COD監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，NH3-N和COD的去除率平均在93%和88%，超過(guò)了原始設(shè)計(jì)的90%和84%。

4 存在問(wèn)題和解決措施

圖3 污水處理廠SBR工藝氨氮進(jìn)出情況

圖4 污水處理廠SBR工藝COD處理情況

1）試運(yùn)行初期，曝氣頭有部分脫落和破損，造成曝氣系統(tǒng)不均勻，影響了SBR池的處理效果。

2）鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)曝氣風(fēng)機(jī)噪音超標(biāo)，為了壓縮工程投資，采購(gòu)的曝氣風(fēng)機(jī)噪音超標(biāo)達(dá)到90分貝以上，經(jīng)過(guò)和廠家溝通，加了隔音罩，基本控制到正常范圍內(nèi)。

3）潷水器在試運(yùn)行期間出現(xiàn)過(guò)電機(jī)燒損，程序控制器故障，起降不到正常液位的情況，經(jīng)過(guò)更換電機(jī)和程控器內(nèi)備件，問(wèn)題得到了解決。

4）2017年2月出現(xiàn)過(guò)NH3-N和COD處理效果下降的情況，經(jīng)過(guò)查找，發(fā)現(xiàn)給SBR池加藥的管線（PVC材質(zhì)）和蒸汽伴熱管線在地溝內(nèi)靠的太近，被烤薄變形泄漏，移位到安全距離，加藥正常后處理效果得以恢復(fù)。

5）由于化肥裝置生產(chǎn)的特殊性，加上裝置已運(yùn)行了近30年，許多設(shè)備和管線存在老化腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)常有漏氨和漏甲醇等有機(jī)物的情況發(fā)生，造成調(diào)節(jié)罐出水NH3-N和COD超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，解決措施有：①加強(qiáng)主裝置工藝指標(biāo)控制，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整；②裝置內(nèi)的廢水收集池人工分析從每天一次調(diào)整到一班一次。發(fā)現(xiàn)超標(biāo)及時(shí)切入事故應(yīng)急池，防止對(duì)污水處理系統(tǒng)造成沖擊。

5 結(jié)論

SBR工藝在處理化肥裝置高氨氮污水方面應(yīng)用效果較好，NH3-N和COD的去除率分別達(dá)到了93%和88%，目前當(dāng)?shù)卣谖鬯馀诺目偟矫孢€未正式監(jiān)測(cè)，下一步將對(duì)SBR池的總氮去除效率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以更好地評(píng)價(jià)SBR工藝在化肥裝置污水處理中的應(yīng)用。