高氮(硝態(tài)氮)廢水處理高效生物脫氮工藝

　　隨著近年來(lái)人們對(duì)清潔能源的重視，太陽(yáng)能行業(yè)加速發(fā)展，尤以晶體硅太陽(yáng)能電池板發(fā)展最為成熟。在電池板制作過(guò)程中，會(huì)排出大量的含高氮(硝氮氮)廢水，需要進(jìn)行處理。高氮(硝態(tài)氮)廢水氮濃度高，處理難度大。基于我司對(duì)于含高氮廢水處理豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合光伏廠電池片廢水水質(zhì)特性，該工廠采用高效生物脫氮工藝對(duì)含氮(硝態(tài)氮)廢水進(jìn)行處理，經(jīng)處理后的出水濃度如總氮、SS等指標(biāo)滿足《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484-2013)中間接排放標(biāo)準(zhǔn)，即T-N≤40mg/L、SS≤140mg/L。

　　1、某光伏廠電池片廢水改造項(xiàng)目概況

　　江蘇省某光伏廠在生產(chǎn)中會(huì)排放約1500m3/d的含氮(硝態(tài)氮)廢水。其中濃氮廢液30m3/d(硝態(tài)氮濃度為48000mg/L)，稀氮廢水1470m3/d(硝態(tài)氮濃度為250mg/L)。原污水站采取濃氮廢液直接委外處理，稀氮廢水經(jīng)過(guò)除氟后排入下游污水廠的處理方式，污水處理費(fèi)用高達(dá)300萬(wàn)元/月。工廠為了減少污水處理費(fèi)用，于2019年8月進(jìn)行污水站升級(jí)改造，增加高效生物脫氮工藝系統(tǒng)，2019年11月開(kāi)始工藝調(diào)試，調(diào)試周期35d，最終出水達(dá)到《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484-2013)中間接排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.1 廢水水質(zhì)水量

　　濃、稀氮廢水經(jīng)過(guò)污水站含氟處理系統(tǒng)處理并混合后，水質(zhì)如表1所示。

　　1.2 工藝流程

　　廢水站的工藝流程

　　廢水進(jìn)入高效脫氮調(diào)配池。調(diào)配池分兩格，第一格內(nèi)設(shè)空氣攪拌系統(tǒng)，在均勻水質(zhì)水量的同時(shí)強(qiáng)制去除廢水中少量的雙氧水(過(guò)氧化氫)，第二格設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)。

　　在調(diào)配池內(nèi)投加甲醇，作為后續(xù)脫氮反應(yīng)的碳源。調(diào)配池內(nèi)設(shè)置自動(dòng)加溫裝置，控制池內(nèi)廢水溫度。調(diào)配池內(nèi)廢水pH高于8時(shí)，自動(dòng)投加H2SO4溶液，調(diào)整廢水pH。調(diào)配池出水經(jīng)過(guò)泵提升至高效脫氮反應(yīng)器，廢水從脫氮反應(yīng)器底部進(jìn)入，脫氮反應(yīng)器底部布有可均勻布水的布水管，布水管上開(kāi)有等間距但不同孔徑的布水孔，從而實(shí)現(xiàn)均勻布水的目的。均勻上升的廢水中總氮(硝態(tài)氮)在反應(yīng)器中與反硝化顆粒污泥充分接觸，在此過(guò)程中，反硝化顆粒污泥中反硝化菌利用投加的甲醇碳源將廢水中的總氮(硝態(tài)氮)吸收及降解，轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。氮?dú)?、泥、水混合液在裝置頂部的三相分離器中進(jìn)行固、液、氣的三項(xiàng)分離。高效脫氮反應(yīng)器出水設(shè)置在線總氮(硝態(tài)氮)測(cè)定儀，達(dá)標(biāo)水自動(dòng)排放，不達(dá)標(biāo)水自動(dòng)回流至調(diào)配池內(nèi)重新處理。脫氮反應(yīng)器的污泥定期排入污泥池。

　　2、主要構(gòu)筑物及設(shè)備

　　2.1 調(diào)配池

　　調(diào)配池1座，按1500m3/d進(jìn)水量設(shè)計(jì)。收集含氟處理出水，池內(nèi)投加必要的碳源及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。池體尺寸10.3m×7.4m×6.5m，有效水深6.0m，池體總有效容積458m3，有效停留時(shí)間7.30h，地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)進(jìn)行三布五油FRP防腐。

　　2.2 高效脫氮反應(yīng)器

　　高效脫氮反應(yīng)器2座，碳鋼防腐罐體，按1500m3/d進(jìn)水量設(shè)計(jì)。反應(yīng)器進(jìn)水同循環(huán)泵出水在反應(yīng)器外部匯合后進(jìn)入其底部配水系統(tǒng)，攪動(dòng)沉積在反應(yīng)器底部反硝化顆粒污泥，均勻布水的同時(shí)保證廢水同反硝化顆粒污泥充分接觸。高效脫氮菌種高比活性(1.5gNO3-N/gVSS.d以上)和反硝化細(xì)菌高濃度(15g/L以上)，使反應(yīng)器具有高效去除廢水中總氮的能力(硝態(tài)氮去除率達(dá)到97%以上)。單座反應(yīng)器尺寸準(zhǔn)6.5m×18m，兩座總有效容積1193m3，有效停留時(shí)間18h，容積負(fù)荷(TNUV)大于2.5kg?m-3?d-1。

　　2.3 藥劑配置及投加系統(tǒng)

　　(1)硫酸投加系統(tǒng)。使用40%的稀硫酸，投加量根據(jù)調(diào)配池進(jìn)水的pH自動(dòng)調(diào)整。

　　(2)營(yíng)養(yǎng)鹽投加系統(tǒng)。營(yíng)養(yǎng)鹽為液體，主要成分為鐵、鎳、P等微量元素。投加量為12kg/d。

　　(3)甲醇投加系統(tǒng)。使用濃度為99.99%的甲醇，投加量為3450kg/d。甲醇儲(chǔ)罐采用不銹鋼浮頂罐，容積8m3。甲醇投加系統(tǒng)考慮防爆要求。

　　2.4 自控檢測(cè)控制系統(tǒng)

　　為保證高效脫氮工藝處理效果，整個(gè)處理系統(tǒng)安裝了自控儀表及PLC自控系統(tǒng)。

　　(1)設(shè)置液位計(jì)持續(xù)監(jiān)測(cè)調(diào)配池液位，并與高效脫氮反應(yīng)器進(jìn)水管路上的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)連鎖。

　　(2)在線pH計(jì)連續(xù)檢測(cè)調(diào)配池內(nèi)pH，當(dāng)pH不在合適范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)控制硫酸投加泵的啟停來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)廢水pH。

　　(3)在線溫度計(jì)連續(xù)監(jiān)測(cè)調(diào)配池內(nèi)的廢水溫度，當(dāng)溫度不在合適范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)控制蒸汽管路上自動(dòng)閥門的啟停來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)廢水溫度。

　　(4)設(shè)有COD在線監(jiān)測(cè)儀、氟離子在線監(jiān)測(cè)儀、氨氮在線監(jiān)測(cè)儀、電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè)儀，當(dāng)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)關(guān)閉高效脫氮反應(yīng)器的進(jìn)水。

　　(5)設(shè)有總氮在線監(jiān)測(cè)儀，系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)高效脫氮反應(yīng)器進(jìn)水流量、進(jìn)水硝酸鹽氮(總氮減氨氮)計(jì)算所需的甲醇量，并由甲醇投加管路上的流量計(jì)控制甲醇投加泵的頻率，確保甲醇精確投加，既保證了總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，又避免了甲醇的浪費(fèi)。

　　3、主要設(shè)備和參數(shù)

　　該工藝主要設(shè)備和參數(shù)如表2所示。

　　4、工藝調(diào)試及運(yùn)行控制要點(diǎn)

　　4.1 污泥培養(yǎng)馴化

　　脫氮系統(tǒng)調(diào)試的主要工作是污泥馴化培養(yǎng)。脫氮反應(yīng)器內(nèi)初始啟動(dòng)的污泥，一部分為我公司自行培養(yǎng)的高效脫氮污泥(體積1t)，另外為厭氧顆粒污泥，體積為190t。兩種污泥混合一并投入2座高效脫氮反應(yīng)器，脫氮反應(yīng)器進(jìn)廢水至頂部出水堰板剛出水為止，開(kāi)啟脫氮反應(yīng)器的循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)，每4h監(jiān)測(cè)脫氮反應(yīng)器內(nèi)廢水的總氮(硝態(tài)氮)及COD濃度，并通過(guò)鏡檢，觀察污泥中微生物活性及數(shù)量。當(dāng)廢水的總氮(硝態(tài)氮)濃度小于34mg/L時(shí)，開(kāi)始小流量連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水量以保證出水總氮不超過(guò)34mg/L為宜。經(jīng)過(guò)35d的工藝調(diào)試，廢水中的總氮(硝態(tài)氮)去除效果穩(wěn)定，鏡檢發(fā)現(xiàn)大量紅色的顆粒污泥，其直徑集中分布在0.5~2mm(詳見(jiàn)圖2-高效脫氮顆粒污泥)。故認(rèn)為脫氮系統(tǒng)的污泥馴化成功。

　　4.2 運(yùn)行控制要點(diǎn)

　　(1)廢水溫度控制在25℃以上。溫度對(duì)脫氮反應(yīng)器運(yùn)行效果有較大影響，水溫低于20℃時(shí)，處理效果較差。此項(xiàng)目對(duì)脫氮反應(yīng)器進(jìn)行了保溫并設(shè)置了蒸汽加熱系統(tǒng)，能很好地將廢水水溫控制25℃~30℃之間。

　　(2)專屬營(yíng)養(yǎng)液的投加。廢水中微量元素的缺失，會(huì)影響高效反應(yīng)器的處理效果。我們針對(duì)此類廢水缺少的微量元素，專門配置了專屬的營(yíng)養(yǎng)液，按需加入脫氮反應(yīng)器內(nèi)。

　　(3)控制調(diào)配池內(nèi)廢水雙氧水濃度低于0.5mg/L。雙氧水濃度高于0.5mg/L時(shí)，會(huì)造成脫氮效率下降，脫氮菌種死亡。當(dāng)廢水中雙氧水濃度超標(biāo)時(shí)，加大調(diào)配池鼓風(fēng)機(jī)的曝氣量，并人工投加還原劑來(lái)降低雙氧水的值。

　　(4)控制廢水中鈣離子濃度低于600mg/L。調(diào)試初期，鈣離子的存在可以降低微生物的Zeta電位，減小微生物之間相互作用的力，促進(jìn)顆粒污泥的快速產(chǎn)生。但隨著鈣離子累計(jì)，高效脫氮污泥日℃鈣化，污泥活性逐漸降低，較高的鈣離子，會(huì)加劇污泥鈣化。反應(yīng)器進(jìn)水鈣離子濃度高于1000mg/L時(shí)，一般在3個(gè)月左右就要補(bǔ)充高效脫氮污泥，當(dāng)鈣離子濃度低于600mg/L時(shí)，污泥更換時(shí)間可以延長(zhǎng)到6個(gè)月或更長(zhǎng)。

　　4.3 運(yùn)行效果分析

　　系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束后，第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示廢水經(jīng)處理后，出水水質(zhì)優(yōu)于《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484-2013)中間接排放標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

　　由表3可知，高效脫氮反應(yīng)器對(duì)于廢水中的總氮(硝態(tài)氮)去除率非常高(97%)。脫氮反應(yīng)器底部經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的布水方式，可以確保脫氮反應(yīng)器均勻布水，大大提升裝置容積的利用效率，提高總氮的去除效率。

　　5、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

　　污水運(yùn)行費(fèi)用包含藥劑費(fèi)、電費(fèi)、蒸汽費(fèi)用。藥劑費(fèi)用為8.43元/m3(甲醇8.28元/m3廢水，營(yíng)養(yǎng)鹽0.15元/m3廢水)，電費(fèi)為0.17元/m3廢水，蒸汽費(fèi)用為0.48元/m3廢水，合計(jì)費(fèi)用9.09元/m3廢水。月運(yùn)行費(fèi)用約41萬(wàn)元，比改造前節(jié)約259萬(wàn)元/月。

　　6、結(jié)論

　　針對(duì)光伏電池片高氮(硝態(tài)氮)廢水，采用高效生物脫氮工藝，處理效果能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不但解決了達(dá)標(biāo)排放的環(huán)保要求，還大大節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用?？偣こ掏顿Y1223萬(wàn)元，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用合9.09元/m3廢水。運(yùn)行結(jié)果表明最終出水優(yōu)于《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484-2013)中間接排放標(biāo)準(zhǔn)。