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        高效生物脫氮-氣浮-BAF-反硝化深床濾池工藝處理低碳氮比廢水工程實(shí)例

        2021-07-07 08:49:34廖燕杜麟黃超胡賽
        工業(yè)用水與廢水 2021年3期
        關(guān)鍵詞:單臺(tái)濾池硝化

        廖燕,杜麟,黃超,胡賽

        (1.浙江水美環(huán)保工程有限公司,杭州 310012;2.杭州金田工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司,杭州 311202)

        不銹鋼加工生產(chǎn)過(guò)程中需用硝酸和氫氟酸的混酸進(jìn)行酸洗,硝酸用量大,造成排水總氮濃度(硝酸根)高,超標(biāo)嚴(yán)重[1-2]。因此,如何實(shí)現(xiàn)廢水中硝酸根的去除是不銹鋼生產(chǎn)廢水處理的主要問(wèn)題之一。目前,從水中去除硝酸鹽的方法有:化學(xué)脫氮[3-6]、 反 滲 透[7]、 電滲 析[8]、 離子交換[9]、 生 物 脫氮等[10]。生物脫氮具有運(yùn)行成本低,對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)[10],因此,本工程采用高效生物脫氮-氣?。瑽AF-反硝化深床濾池組合工藝對(duì)低碳氮比不銹鋼生產(chǎn)廢水進(jìn)行深度處理,解決廢水總氮無(wú)法達(dá)標(biāo)排放的問(wèn)題。

        1 工程概況

        某不銹鋼生產(chǎn)園區(qū)污水處理廠主要接納不銹鋼生產(chǎn)廢水,廢水經(jīng)酸洗廢水調(diào)節(jié)池-一級(jí)反應(yīng)沉淀池-氧化池-二級(jí)反應(yīng)沉淀池-pH回調(diào)池-砂濾池的工藝處理后,大部分重金屬離子及其他污染物已去除,均能滿(mǎn)足GB 13456—2012《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表2標(biāo)準(zhǔn),但總氮(硝酸根)無(wú)法有效去除,因此需要新增深度處理系統(tǒng),使其達(dá)標(biāo)排放。

        2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

        本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為800 m3/d。不銹鋼生產(chǎn)園區(qū)廢水經(jīng)園區(qū)污水處理廠現(xiàn)有工藝處理后,除總氮指標(biāo)外,其余出水水質(zhì)指標(biāo)均能滿(mǎn)足GB 13456—2012中表2標(biāo)準(zhǔn),因此,本深度處理工程重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)為總氮,設(shè)計(jì)進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度為1 200 mg/L,出水總氮質(zhì)量濃度要求為不超過(guò)15 mg/L。

        3 廢水處理工藝

        3.1 廢水處理工藝的選擇

        目前,去除硝酸鹽的常用方法有化學(xué)脫氮、反滲透、電滲析、離子交換、生物脫氮等?;瘜W(xué)脫氮會(huì)形成大量污泥和氨氮,處理復(fù)雜且存在二次污染[3-6]。反滲透會(huì)產(chǎn)生大量高鹽水,導(dǎo)致二次處理費(fèi)用高、總能耗大,不適用于工業(yè)廢水處理[7]。電滲析在去除硝酸鹽過(guò)程中操作復(fù)雜[8]。離子交換法因離子樹(shù)脂交換容量一定,易發(fā)生硝酸根泄漏,故僅適用于處理硝酸鹽濃度較低的廢水,且須再生處理,增加運(yùn)行成本、造成二次污染[9]。生物脫氮利用反硝化微生物將廢水中硝酸根轉(zhuǎn)化為氮?dú)?,具有運(yùn)行成本低,對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)[10]。因此,針對(duì)該廢水特點(diǎn),采用高效生物脫氮-氣浮-BAF-反硝化深床濾池組合工藝進(jìn)行深度處理。

        3.2 廢水處理工藝流程

        本工程深度處理工藝流程如圖1所示。

        圖1 處理工藝流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

        園區(qū)污水處理廠出水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)水池,調(diào)節(jié)水池設(shè)置加酸裝置及甲醇投加裝置,一方面調(diào)節(jié)pH值至6左右,解決反硝化產(chǎn)堿度引起出水pH偏高的問(wèn)題[11];另一方面補(bǔ)充碳源,為后續(xù)反硝化提供充足碳源。池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)混勻水質(zhì)。

        調(diào)節(jié)水池出水泵提至高效生物脫氮反應(yīng)器,利用高效脫氮顆粒污泥的反硝化作用去除NO3--N[12]。反應(yīng)器采用兩級(jí)串聯(lián),外設(shè)保溫層,同時(shí)對(duì)進(jìn)水pH值、ORP、溫度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)時(shí)控制進(jìn)水流量和循環(huán)流量,保證脫氮效果。針對(duì)傳統(tǒng)反硝化工藝的不足,通過(guò)培育脫氮顆粒污泥和研制高效生物脫氮反硝化罐,開(kāi)發(fā)了高效脫氮工藝。該工藝具有以下特點(diǎn):①容積負(fù)荷高,最高容積負(fù)荷達(dá)到10 kg[NO3--N]/(m3·d),是傳統(tǒng)反硝化工藝(0.5 kg[NO3--N]/(m3·d)的幾十倍,總氮去除率高達(dá)98%;②耐濃度沖擊負(fù)荷高,最高進(jìn)水NO3--N質(zhì)量濃度可達(dá)2 000 mg/L,約為傳統(tǒng)反硝化工藝(不超過(guò)300 mg/L)的好幾倍;③反應(yīng)器體積小,占地面積少,工程投資?。虎苓\(yùn)行費(fèi)用低,利用自身產(chǎn)氣進(jìn)行自攪拌;⑤經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良,菌體以顆粒污泥形態(tài)存在,可大大強(qiáng)化泥水分離效果,減少工程設(shè)備。

        經(jīng)過(guò)兩級(jí)高效生物脫氮反應(yīng)器處理后,出水自流到中間水池,起到調(diào)節(jié)水量和均勻水質(zhì)的作用。池內(nèi)設(shè)置不銹鋼潛水?dāng)嚢杵鞣乐刮勰喑两怠3貎?nèi)設(shè)置2臺(tái)潛水提升泵,把水提升到氣浮裝置。

        氣浮裝置中通過(guò)投加PAC、PAM形成絮體,利用溶氣產(chǎn)生的微氣泡吸附絮體,使絮體浮出水面,采用刮渣機(jī)把浮渣刮出水面,浮渣自流到污泥池,清澈的水流到緩沖池。

        緩沖池內(nèi)設(shè)置2臺(tái)提升泵,將廢水提升到BAF,在BAF池內(nèi)進(jìn)一步降解氨氮和有機(jī)物,氨氮變成硝態(tài)氮,有機(jī)物變成水和二氧化碳[13]。

        由于水中還殘留一定量的硝酸鹽,為保證總氮達(dá)標(biāo)排放,設(shè)置一套反硝化深床濾池,該濾池既有反硝化脫氮功能,又有過(guò)濾除磷功能[14],可保證出水SS、總氮和總磷達(dá)標(biāo)。

        4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

        (1)調(diào)節(jié)水池。1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸為23.90 m×8.50 m×5.50 m,有效容積為1 016 m3,HRT為30 h。設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái),單臺(tái)功率為2.5 k W;潛水排污泵2臺(tái),1用1備,單臺(tái)流量為25 m3/h,揚(yáng)程為30 m,功率為4 k W。

        (2)高效生物脫氮反應(yīng)器。設(shè)置2級(jí),每級(jí)2個(gè)。采用鋼制防腐,玻璃棉保溫,外包鍍鋅彩鋼板。第一級(jí)單個(gè)設(shè)計(jì)尺寸為φ2.80 m×15.00 m,有效容積為89 m3,總HRT為5.2 h;第二級(jí)設(shè)計(jì)尺寸為φ2.80 m×12.00 m,有效容積為71 m3,總HRT為4.2 h。運(yùn)行溫度均為15~35℃,DO質(zhì)量濃度均控制在0.5 mg/L以下,容積負(fù)荷為3 kg[NO3--N]/(m3·d)。設(shè)循環(huán)水泵4臺(tái),單臺(tái)流量為110 m3/h,揚(yáng)程為10 m,功率為5.5 k W;氣水分離器4臺(tái),單臺(tái)尺寸為φ1.20 m×1.00 m。

        (3)氣浮裝置。1套,鋼制防腐結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)尺寸為6.50 m×2.50 m×2.50 m,處理水量為50 m3/h,溶氣壓力為0.5 MPa,回流比為70%,混合絮凝時(shí)間為30 min,接觸室停留時(shí)間為2.0 min,分離室表面負(fù)荷為5.4 m3/(m2·h)。設(shè)桁車(chē)式刮渣機(jī)4臺(tái),單臺(tái)寬度為2.48 m,功率為1.1 k W;溶氣水泵2臺(tái),1用1備,單臺(tái)流量為25 m3/h,揚(yáng)程為50 m,功率為7.5 k W;溶氣罐1套,鋼制防腐,溶氣能力為30 m3/h,壓力為0.5 MPa;PAC、PAM加藥裝置各1套,加藥量分別為250 mg/L和5 mg/L,單套含2.0 m3不銹鋼溶解池,3.0 m3不銹鋼溶液池,機(jī)械攪拌機(jī)2臺(tái),單臺(tái)功率為0.75 k W,計(jì)量泵2臺(tái),1用1備,單臺(tái)流量為120 L/h,揚(yáng)程為50 m,功率為0.25 k W。

        (4)BAF。3座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單座尺寸為5.80 m×3.00 m×7.00 m,有效容積為113 m3,總HRT為10.2 h。有機(jī)負(fù)荷為1 kg[COD]/(m3·d),硝化負(fù)荷為0.3 kg[NH3-N]/(m3·d),氣洗強(qiáng)度為20 L/(m2·s),水洗強(qiáng)度為5 L/(m2·s)。設(shè)濾板54塊,單塊尺寸為960 mm×960 mm×102 mm;專(zhuān)用長(zhǎng)柄濾頭1 890只;濾料105 m3,采用4~6 mm球形多孔生物陶粒濾料,裝填高度為2.0 m;承托層26 m3,采用4~32 mm卵石,裝填高度為0.50 m;曝氣器1 305只,采用1 mm單孔膜曝氣器;曝氣羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái),2用1備,單臺(tái)流量為4.65 m3/min,壓力為68.6 kPa,功率為11 k W;反洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)(與反硝化深床濾池共用),2用1備,單臺(tái)流量為13 m3/min,壓力為68.6 kPa,功率為30 k W;反洗泵2臺(tái)(與反硝化深床濾池共用),1用1備,單臺(tái)流量為250 m3/h,揚(yáng)程為11 m,功率為15 k W。

        (5)反硝化深床濾池。3座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單座設(shè)計(jì)尺寸為5.80 m×2.90 m×6.00 m,有效容積為92 m3,總HRT為8.3 h??偟?fù)荷為0.15 kg[NO3--N]/(m3·d),氣洗強(qiáng)度為92 m3/(m2·h),水洗強(qiáng)度為15 m3/(m2·h)。設(shè)濾磚500塊,單塊尺寸為550 mm×190 mm×200 mm;濾料101 m3,采用2~4 mm石英砂,裝填高度為2.0 m;承托層26 m3,采用4~32 mm卵石,裝填高度為0.50 m;反沖洗風(fēng)機(jī)和反沖洗水泵與BAF的共用。

        5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

        (1)深度處理工程前端設(shè)置調(diào)節(jié)水池,可通過(guò)調(diào)節(jié)pH值和投加碳源,優(yōu)化高效生物脫氮反應(yīng)器的運(yùn)行條件,提高生物反硝化效果。

        (2)采用高效生物脫氮反應(yīng)器處理高氮廢水,具有容積負(fù)荷高,耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),減少占地面積,節(jié)省工程投資,運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

        (3)BAF具有較高的生物濃度和有機(jī)負(fù)荷,抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),氧的傳輸效率高,易掛膜,啟動(dòng)快,脫氮效果好,適合低碳氮比廢水的深度處理。

        (4)反硝化深床濾池既有反硝化脫氮功能,又有過(guò)濾除磷功能,作為深度處理尾端處理單元,可確保出水指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

        6 工程運(yùn)行效果

        系統(tǒng)調(diào)試完成后投入運(yùn)行,對(duì)深度處理系統(tǒng)各單元進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明,采用高效生物脫氮反應(yīng)器-氣?。瑽AF-反硝化深床濾池工藝,能使原有系統(tǒng)出水總氮的質(zhì)量濃度降至15 mg/L以下,達(dá)到GB 13456—2012中表2標(biāo)準(zhǔn)。各單元處理情況如表1所示。

        表1 各單元處理情況Tab.1 TN removal by different treatment units

        由表1可知,高效生物脫氮反應(yīng)器和BAF+反硝化深床濾池能大幅度去除廢水中的總氮,去除率分別可達(dá)95%和75%。高效生物脫氮反應(yīng)器采用串聯(lián)模式運(yùn)行,外部采取保溫措施,通過(guò)培育脫氮顆粒污泥強(qiáng)化反硝化細(xì)菌的反硝化作用,大大提高總氮去除率,反應(yīng)器容積負(fù)荷高,最高容積負(fù)荷達(dá)到10 kg[NO3--N]/(m3·d),是傳統(tǒng)反硝化工藝(0.5 kg[NO3--N]/(m3·d))的幾十倍,總氮去除率高達(dá)97%[15-16]。高效生物脫氮反應(yīng)器后殘余的總氮經(jīng)過(guò)BAF和反硝化深床濾池的綜合作用得以進(jìn)一步的去除,保證出水總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

        7 投資及運(yùn)行成本

        該工程總投資約980萬(wàn)元。運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)和藥劑費(fèi),其中電費(fèi)為2.62元/m3,藥劑費(fèi)(含PAC、PAM、次氯酸鈉和甲醇)為15元/m3,不計(jì)人工及其他成本的直接運(yùn)行費(fèi)用為17.62元/m3。

        8 結(jié)語(yǔ)

        采用高效生物脫氮反應(yīng)器-氣?。瑽AF-反硝化深床濾池工藝對(duì)不銹鋼生產(chǎn)廢水進(jìn)行深度處理,可以將原水中的總氮質(zhì)量濃度由1 200 mg/L降低至15 mg/L,出水水質(zhì)滿(mǎn)足GB 13456—2012中表2標(biāo)準(zhǔn),該組合工藝脫氮效率高、運(yùn)行穩(wěn)定,解決了廢水總氮無(wú)法達(dá)標(biāo)排放的問(wèn)題。

        在運(yùn)行費(fèi)用方面,碳源(甲醇)占比很大,成本為14.4元/m3。碳源投加量大是低COD、高硝酸鹽氮廢水處理的最大瓶頸,有待后期進(jìn)一步研究。

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