煤氣化合成氨廢水脫氮處理O/A/OEM-BAF工藝

　　某煤化工/合成氨企業(yè)污水處理裝置原有設(shè)計(jì)為2套裝置并聯(lián)運(yùn)行。一套A/O裝置，處理水量80m3/h，進(jìn)水COD400mg/L，氨氮140mg/L;另一套EM-BAF裝置，處理水量180m3/h，進(jìn)水COD200mg/L，氨氮150mg/L。實(shí)際已改為A/O+EM-BAF串聯(lián)方式運(yùn)行。

　　隨著生產(chǎn)裝置負(fù)荷與排放標(biāo)準(zhǔn)提高，污水處理難度加大。煤氣化裝置特有的含高濃度煤灰污水，易堵塞設(shè)備、填料，需要用A/O法進(jìn)行預(yù)處理。改用串聯(lián)工藝后，出水COD、氨氮能夠達(dá)到GB31571―2015排放標(biāo)準(zhǔn)，但總氮不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。擬將EM-BAF裝置改進(jìn)為具備反硝化單元的O/A/O方式，提高總氮去除率。

　　1、生化處理裝置現(xiàn)狀

　　1.1 工藝流程

　　煤化工/合成氨污水處理裝置采用傳統(tǒng)的A/O+EM-BAF工藝，其中EM-BAF分為平行4組9級(jí)，設(shè)計(jì)處理水量180m3/h，水力停留時(shí)間14h，采用全好氧方式運(yùn)行，出水水質(zhì)滿足GB8978―1996一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。原工藝及改造流程示意圖如圖1。

　　1.2 存在的問題

　　高濃度的污水經(jīng)A/O裝置處理后與BAF裝置低濃度的來水混合進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)均量，經(jīng)泵送入混凝沉淀池進(jìn)行化學(xué)除磷沉淀，含磷污泥排入污泥濃縮池后送往壓濾，上清液自流進(jìn)入EM-BAF池，EM-BAF池采用全好氧方式運(yùn)行，處理流程中未設(shè)缺氧生物段，反硝化功能較弱，無(wú)法有效去除硝氮。

　　2、實(shí)驗(yàn)部分

　　2.1 進(jìn)水水質(zhì)與出水標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)裝置排放污水的實(shí)際情況，結(jié)合GB31571―2015要求，設(shè)計(jì)處理污水量為50~180L/h。本次研究設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

　　2.2 處理工藝的選擇

　　本次研究主要目的是為EM-BAF工藝提標(biāo)改造提供依據(jù)，在現(xiàn)有裝置上實(shí)現(xiàn)COD、氨氮、總氮達(dá)標(biāo)排放。在分析現(xiàn)有污水處理工藝的基礎(chǔ)上，確定采用一級(jí)硝化、二級(jí)反硝化、三級(jí)好氧串聯(lián)EM-BAF工藝，提高裝置的總氮脫除效果。

　　2.3 EM-BAF工藝技術(shù)原理

　　工程菌-曝氣生物濾池(EM-BAF)是在改進(jìn)、優(yōu)化傳統(tǒng)曝氣生物濾池工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過應(yīng)用級(jí)配填料、工程菌等新技術(shù)，克服了曝氣生物濾池工藝的技術(shù)瓶頸，解決了曝氣生物濾池中布水布?xì)獠痪膯栴}，提高了傳質(zhì)效率和容積負(fù)荷率，提高對(duì)難降解污染物的去除效率，工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便。

　　EM-BAF工藝使用的級(jí)配聚氨酯類填料能夠減少濾床的水頭損失，填料表面的活性基團(tuán)可以加快生物膜形成，提高生物膜總量。根據(jù)污染源類型和主要污染物種類，可以有針對(duì)性地使用不同的工程菌產(chǎn)品。該技術(shù)具有以下方面的優(yōu)勢(shì)。

　　(1)對(duì)可生化性差的污水處理效果獨(dú)特。級(jí)配填料對(duì)工程菌的固定作用提高了生化池內(nèi)的有效細(xì)菌濃度，提高了難降解有機(jī)物的去除率。

　　(2)工藝操作靈活，可以通過控制各級(jí)的Do實(shí)現(xiàn)好氧、兼氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)COD、氨氮和總氮同步高效率脫除。

　　(3)工藝流程簡(jiǎn)單，多級(jí)生物膜反應(yīng)器串聯(lián)，無(wú)需單設(shè)硝化池、反硝化池、二沉池及回流泵等設(shè)施。由于級(jí)配填料優(yōu)異的性能，排泥時(shí)僅需氣反沖。

　　(4)出水水質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。

　　(5)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理方便。

　　2.4 實(shí)驗(yàn)方案

　　2.4.1 O/A/O EM-BAF工藝流程及設(shè)備

　　本次研究工藝流程如圖2所示。EM-BAF反應(yīng)器由三個(gè)生化反應(yīng)器串聯(lián)組成，第一個(gè)反應(yīng)器中為好氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水氨氮的硝化和COD的脫除。第二個(gè)反應(yīng)器中為兼氧環(huán)境，Do≤0.5mg/L，實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮的去除。第三個(gè)反應(yīng)器為好氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)溢出碳源的脫除。

　　第一級(jí)和第三級(jí)反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣管。第一級(jí)反應(yīng)器投加碳酸鈉平衡硝化反應(yīng)消耗的堿度。第二級(jí)反應(yīng)器投加甲醇作為外加碳源。EM-BAF反應(yīng)器需要定期進(jìn)行氣水反沖排泥，產(chǎn)生的反沖洗排水排入污泥濃縮池。

　　實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備的主要參數(shù)見表2。

　　2.4.2 碳源種類與投加量

　　反硝化常用的碳源有甲醇、工業(yè)葡萄糖、乙酸鈉等物質(zhì)。甲醇作為反硝化碳源最大的優(yōu)勢(shì)是投加量少，藥劑費(fèi)用低，但甲醇為有毒、易燃、易爆物質(zhì)，儲(chǔ)存與使用管理要求高。由于該企業(yè)有甲醇資源和相應(yīng)的管理措施，本實(shí)驗(yàn)選擇甲醇作為反硝化碳源。

　　反硝化甲醇的投加量已有理論計(jì)算公式。將甲醇折合為COD后，一般要求COD∶TN=(4~5)∶1，本次實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期內(nèi)，甲醇投加量約為COD∶TN=(3.5~4.5)∶1。經(jīng)過8月份實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工況優(yōu)化，確定甲醇的投加量為COD∶TN=4∶1，完全可以保證出水總氮達(dá)標(biāo)排放。

　　2.5 處理效果

　　2.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置處理出水?dāng)?shù)據(jù)

　　實(shí)驗(yàn)工藝裝置經(jīng)過約2個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，進(jìn)出水水質(zhì)、水量、生物掛膜均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行工況基本穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，利用10d的時(shí)間進(jìn)行效果驗(yàn)證，具體運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。驗(yàn)證期間，實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)水流量為180L/h，單級(jí)EM-BAF填料接觸時(shí)間均為3.3h。

　　2.5.2 主要污染物去除效果分析

　　圖3為氨氮去除效果分析，進(jìn)水氨氮為18.5~50.5mg/L，平均值28.6mg/L，一級(jí)出水氨氮1.6mg/L，總出水氨氮0.37mg/L，氨氮平均去除率為98.7%。

　　圖4為COD去除效果分析，進(jìn)水COD為35.1~91.9mg/L，平均值49.0mg/L，一級(jí)出水COD為30.5mg/L，總出水COD為25.5mg/L。

　　圖5為總氮去除效果分析，進(jìn)水總氮在71.3~44.5mg/L的范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值58.2mg/L，二級(jí)出水總氮為7.7mg/L，出水總氮為3.4mg/L，總氮的去除率為94.4%。

　　2.5.3 總氮容積負(fù)荷

　　圖6為驗(yàn)證期間EM-BAF的總氮負(fù)荷變化趨勢(shì)。由于實(shí)驗(yàn)工藝中總氮的去除是由第二級(jí)EM-BAF單池完成，實(shí)際的總氮負(fù)荷也是第二級(jí)的總氮負(fù)荷。圖6數(shù)據(jù)表明驗(yàn)證期間第二級(jí)的總氮負(fù)荷在0.32~0.48kg/(m3?d)，平均總氮負(fù)荷為0.40kg/(m3?d)。

　　3、工程應(yīng)用建議

　　現(xiàn)有裝置單池填料量約為75m3，設(shè)單組進(jìn)水流量為50m3/h，進(jìn)水總氮為120mg/L，出水總氮為30mg/L，以其中的四級(jí)作為反硝化，單組四級(jí)填料總體積300m3，則總氮去除負(fù)荷為0.36kg/(m3?d)?？偟コ?fù)荷在本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論范圍內(nèi)。

　　1)將現(xiàn)有EM-BAF池改造為O/A/O工藝，9級(jí)按3-4-2分配給O1-A-O2。

　　2)完善混凝沉淀除磷和懸浮物工藝設(shè)施，保證EM-BAF單元對(duì)懸浮物的要求。

　　3)在填料支架上方增設(shè)反沖排泥槽、反沖排泥管、反沖排泥閥;更換池底排泥閥;增加反沖進(jìn)氣管、反沖進(jìn)氣閥;增加布水槽、布水管，將各級(jí)水流方向由上下折流改為下向上流。通過DCS實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化反沖。

　　4)更換池內(nèi)填料，補(bǔ)充工程菌。增設(shè)甲醇投加系統(tǒng)，新增補(bǔ)堿裝置。

　　4、結(jié)論

　　1)實(shí)驗(yàn)表明將普通EM-BAF工藝改為O/A/O EM-BAF工藝，處理煤氣化/合成氨廢水是合理可行的，本工藝對(duì)氨氮去除率高達(dá)98.7%，總氮去除率高達(dá)94.4%，總氮去除負(fù)荷為0.40kg/(m3?d)，出水COD、氨氮、總氮、懸浮物均達(dá)到GB31571―2015排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　2)采用EM-BAF多級(jí)串聯(lián)，通過調(diào)整各級(jí)反應(yīng)器的曝氣量，靈活控制兼氧、好氧環(huán)境;在各個(gè)功能單元分別接種反硝化菌、硝化菌，補(bǔ)充碳源和堿度，實(shí)現(xiàn)氨氮、總氮、COD的同步去除。(來源：中國(guó)石化巴陵石化分公司，北京天灝柯潤(rùn)環(huán)境科技有限公司)