張飛飛，張 猛，陳 煒

(陜西長青能源化工有限公司， 陜西寶雞 721405)

1 概述

陜西長青能源化工有限公司60萬t/a甲醇項目，配置污水處理系統(tǒng)，設(shè)計最大處理水量為200 m3/h，來水氨氮質(zhì)量濃度為270～350 mg/L，COD值為700～1 100 mg/L。該污水處理系統(tǒng)采用序批式活性污泥法[1]和曝氣生物濾池，即SBR+BAF工藝，通過生化反應(yīng)完成污水降解。自2013年5月投產(chǎn)以來，污水處理負(fù)荷一直穩(wěn)定在180 m3/h以上，產(chǎn)水氨氮質(zhì)量濃度小于1 mg/L，COD值小于50 mg/L，但是，硝酸氮質(zhì)量濃度最高時達(dá)到600 mg/L，總氮質(zhì)量濃度長期在100 mg/L以上。

2 污水處理工藝流程及原理

2.1 工藝流程簡述

生產(chǎn)廢水和生活污水通過地管、機(jī)械格柵機(jī)自流至地下集水池，再通過集水池提升泵送至均質(zhì)調(diào)節(jié)池。水煤漿加壓氣化工段送來的廢水體積流量約為110 m3/h，通過冷卻塔降溫后直接進(jìn)均質(zhì)調(diào)節(jié)池。各路廢水在調(diào)節(jié)池均質(zhì)后，由調(diào)節(jié)池提升泵送至氣浮裝置，在氣浮前設(shè)有管道混合器，投加聚合氯化鋁(PAC)、碳酸鈉和磷酸鈉，氣浮出水分別自流至4個SBR反應(yīng)池。單個SBR反應(yīng)池容積為6000 m3，配有1臺風(fēng)量為120 m3/min的離心風(fēng)機(jī)、4臺體積流量為1 200 m3/h的循環(huán)泵，正常生產(chǎn)時循環(huán)泵3用1備。SBR反應(yīng)池出水通過泵送進(jìn)曝氣生物濾池進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步去除水中有機(jī)物和氨氮。曝氣生物濾池產(chǎn)水進(jìn)入混凝沉淀池，除去水中殘余懸浮物后，出水經(jīng)過濾器過濾后送至回用水站。工藝流程見圖1。

PAM—聚丙烯酰胺。

2.2 SBR工藝原理

SBR工藝?yán)煤醚?、厭氧微生物分解COD和NH3-N。

好氧曝氣時，在好氧微生物及亞硝酸菌、硝酸菌的作用下，發(fā)生如下反應(yīng)[1]。

有機(jī)物分解：

(1)

硝化反應(yīng)：

(2)

(3)

在反硝化階段厭氧攪拌時，發(fā)生如下脫氮反應(yīng)：

(4)

(5)

SBR反應(yīng)池是污水處理部分的主體單元，按預(yù)先設(shè)定的程序自動運行，每個反應(yīng)周期為8 h，1 d共計3個周期。其中，進(jìn)水為2 h、反應(yīng)為6 h(與進(jìn)水重疊)、沉淀為1 h、排水為1 h。反應(yīng)階段好氧與厭氧交替運行，硝化和反硝化在同一構(gòu)筑物中完成，提高反應(yīng)效率，增強(qiáng)脫氮效果。4座SBR反應(yīng)池，每座池內(nèi)設(shè)有9臺蝶式射流曝氣器。在好氧反應(yīng)階段，曝氣器上部進(jìn)氣、下部進(jìn)水，氣與水混合后由噴嘴噴射而出，在SBR反應(yīng)池內(nèi)完成對污水的充氧并確保污水的完全混合。由于原進(jìn)水中堿度和碳源較少，不能完全滿足生化反應(yīng)需要，因此在進(jìn)水階段要投加碳酸鈉，以補(bǔ)充硝化反應(yīng)所需堿度；厭氧反應(yīng)時停止曝氣，只開啟循環(huán)泵，對污水進(jìn)行攪拌，通過投加甲醇來補(bǔ)充反硝化所需碳源，強(qiáng)化反硝化反應(yīng)效果。

3 污水產(chǎn)水總氮高的原因分析

自運行以來，污水處理產(chǎn)水氨氮低、總氮高。針對此問題分析其中的原因。

污水處理系統(tǒng)自運行以來，為了確保出水COD指標(biāo)正常，需要投加少量碳源。若碳源投加量不足，導(dǎo)致SBR反應(yīng)池厭氧反應(yīng)不徹底，產(chǎn)水硝酸根質(zhì)量濃度為500 mg/L，是總氮高的主要原因。

之前環(huán)保對總氮沒有嚴(yán)格要求，氨氮質(zhì)量濃度要求小于12 mg/L，污水處理負(fù)荷較重。為了盡可能處理水質(zhì)，SBR反應(yīng)池單個周期(8 h)內(nèi)，有5 h都在好氧曝氣(與進(jìn)水重疊)。而厭氧反應(yīng)、沉淀、排水各1 h，反應(yīng)時間不夠，導(dǎo)致厭氧反應(yīng)不徹底，是總氮較高的另一原因。

4 提標(biāo)運行與優(yōu)化調(diào)整措施

要加強(qiáng)生化系統(tǒng)的反硝化反應(yīng)，就意味必須提高反硝化效率或者要延長反硝化反應(yīng)時間。在實際生產(chǎn)中，延長反硝化時間就必須要縮短好氧反應(yīng)時間，這就會影響污水處理負(fù)荷。因此，要提高反硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)效率，應(yīng)做以下調(diào)整。

4.1 適當(dāng)提高污泥濃度，控制溶解氧，提高污泥活性，降低pH值

污水處理脫氮的核心就在于活性污泥(硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)的培養(yǎng)，影響活性污泥的主要因素有污泥濃度、溶解氧(DO)、進(jìn)水溫度、pH值、生物營養(yǎng)比[2]。經(jīng)不斷摸索調(diào)整、試驗后發(fā)現(xiàn)，SBR反應(yīng)池污泥質(zhì)量濃度為3～4 g/L、好氧DO為2～4 mg/L、厭氧DO為0.5 mg/L以下、SBR反應(yīng)池溫度為28～35 ℃、pH為7～7.5時，有利好氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌生長，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)效率最佳，污水系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

4.2 調(diào)整SBR反應(yīng)池運行程序

SBR反應(yīng)池內(nèi)好氧反應(yīng)中利用微生物分解水中有機(jī)物和氨氮，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸氮；厭氧反應(yīng)中，硝酸氮和有機(jī)物在微生物的作用下分解成CO2、N2和水。只有好氧反應(yīng)和厭氧反應(yīng)進(jìn)行徹底，才能形成完整的脫氮過程。為了降低硝酸氮含量，將SBR反應(yīng)池運行程序改為先厭氧、后好氧、再厭氧。先厭氧是為了利用進(jìn)水的COD和外加碳源反應(yīng)池內(nèi)上周期未降解的硝酸根，進(jìn)水部分COD被前置厭氧反應(yīng)后，減輕了好氧階段的反應(yīng)負(fù)荷，縮短好氧反應(yīng)時間，提高好氧反應(yīng)的效率。后置厭氧是為了通過外加碳源(甲醇)來反應(yīng)本周期所產(chǎn)生的硝酸根。通過改變程序，提高了反應(yīng)效率和硝酸氮的降解率。

4.3 調(diào)整厭氧、好氧反應(yīng)時間和碳源投加量

在厭氧反應(yīng)階段，當(dāng)DO小于0.5 mg/L時投加甲醇，補(bǔ)充反硝化所需碳源，根據(jù)池內(nèi)硝酸根和進(jìn)水負(fù)荷情況，及時調(diào)整系統(tǒng)前置和后置厭氧反應(yīng)時間和甲醇投加量。前置厭氧反應(yīng)時，若甲醇投加過量，好氧反應(yīng)時間會變長，影響污水處理水質(zhì)；前置厭氧時，若甲醇投加量不足，后置厭氧反應(yīng)時間就應(yīng)適當(dāng)延長并增加甲醇量。后置厭氧反應(yīng)時，甲醇投加量不足，反硝化反應(yīng)進(jìn)行不徹底，出水總氮超標(biāo)；若甲醇投加過量，則影響出水COD指標(biāo)。所以，及時調(diào)整污水處理好氧、厭氧反應(yīng)時間和甲醇投加量，可提高污水處理的反應(yīng)效率，是控制好總氮的關(guān)鍵[3]。

4.4 增加碳源投加點

SBR反應(yīng)池正常運行時，循環(huán)泵3開1備。甲醇投加點只有1個進(jìn)水口，厭氧反應(yīng)時開3臺循環(huán)泵。按循環(huán)泵滿負(fù)荷為1 200 m3/h計算，池內(nèi)水循環(huán)一遍需要約90 min時間。甲醇投加點改為3個后，SBR反應(yīng)池內(nèi)的碳源更加均勻，厭氧反應(yīng)效率提高了3倍，縮短了厭氧反應(yīng)時間，提高了反硝化反應(yīng)效率[4]。

4.5 縮短SBR反應(yīng)池排水時間

根據(jù)SBR反應(yīng)池運行實際情況，35 min可以完成排水。因此，將排水時間改為40 min，以增加SBR反應(yīng)池反應(yīng)時間，保證SBR反應(yīng)池處理效率。

5 調(diào)整前后的部分?jǐn)?shù)據(jù)對比

調(diào)整前SBR反應(yīng)池進(jìn)水和出水的水質(zhì)見表1，調(diào)整后SBR池進(jìn)水和出水的水質(zhì)見表2。

表1 調(diào)整前SBR池進(jìn)水和出水水質(zhì)

表2 調(diào)整后SBR反應(yīng)池進(jìn)水和出水水質(zhì)

通過調(diào)整后，污水處理的進(jìn)水水質(zhì)與之前相比基本無變化，但出水水質(zhì)中，硝酸氮含量降低了90%，污水處理產(chǎn)水的總氮質(zhì)量濃度控制在15 mg/L以下，滿足了環(huán)保排放要求。

6 結(jié)語

長青能化污水處理脫氮項目調(diào)整優(yōu)化，沒有增加額外的設(shè)備，污水處理運行成本幾乎沒有增加，但調(diào)整效果非常好，達(dá)到降氮的目的，環(huán)保和社會效益明顯。該項目的成功應(yīng)用對類似企業(yè)污水處理系統(tǒng)脫氮具有一定借鑒和示范作用。