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QWSTN活性污泥法处理工业污水中总氮的研究及建议

[日期:2020-06-15] 来源:《中氮肥》2020年第3期  作者: [字体: ]

段付岗

(陕西润中清洁能源有限公司,陕西 长武713600

 

      [摘  要]陕西润中清洁能源有限公司甲醇装置配套污水处理站采用倍增复合式强化生物脱碳脱氮工艺(即QWSTN法),2014年底建成投运,投运后运行正常,2018年以前可实现达标排放(总氮含量不在环保部门重点监管之列,总氮含量未列入考核指标),但2018年以后,陕西省要求各企业污水总排口安装总氮含量在线监测设施,陕西润中总排口污水中总氮含量一直超标。通过对污水处理工艺原理的深入分析与研究,指出污水总排口总氮含量超标的原因在于QWSTN法存在的先天性缺陷——降解污水中氨氮的能力较强而降解总氮的能力较差,并结合陕西润中QWSTN活性污泥法污水处理站的运行实际提出优化改进方案及具体技改建议。

[关键词]QWSTN法;污水处理;总氮;超标;分析与研究;优化改进方案;技改措施;建议

[中图分类号]X703.1   [文献标志码]B   [文章编号]  1004-9932202003-0037-04

 

1   

陕西润中清洁能源有限公司(简称陕西润中)甲醇装置设计产能为600 kt/a,配套污水处理站设计处理能力为330 m3/h。项目2008年开始筹建,2014年底甲醇装置及其配套环保设施建成投运;2015年初污水处理站运行正常,实现达标排放;2016年甲醇装置达产达效,污水站可处理完所有工业污水和生活污水;2017年环保设施包括污水站等通过竣工验收,全年甲醇产量达633 kt,创开车以来最高产量纪录。

陕西润中污水处理站采用倍增复合式强化生物脱碳脱氮工艺(即QWSTN法),处理甲醇生产过程中产生的所有污水。污水中主要污染物为胺类、烷烃类和高级醇类等有机物,以及氨氮(NH3-N)、总氮、总磷、悬浮物、硫化物、氟化物等10多种其他污染物;其中,进水COD平均为500 mg/LBOD5平均为250 mg/L、氨氮平均为300 mg/L,污水处理站正常工况下的进水水质指标(平均值)和事故状态下的进水水质数据(最高值)1详见表1

按照项目环评要求,甲醇装置工业污水经污水站处理后送至中水回用站再次处理,处理后的清水返回系统重复利用,中水回用站产出的浓水则作为污水经企业总排放口在线监测达标后送至长武县市政污水处理站;所执行的污水排放标准为《黄河流域(陕西段)污水综合排放标准》(DB 61/2242011)中二类污染物最高允许排放浓度的一级标准2(见表2),在线监控和考核的主要污染物指标为NH3-N浓度≤12 mg/LCOD50 mg/L,其他指标不在地方环保部门重点监管之列。

尽管地方标准和国家标准中对所排放污水的总氮含量提出了明确的要求,但因不在环保部门重点监管之列,未要求安装在线监测设施实时上传和管控,故在污水站设计、建设、投运和验收等过程中,并未将总氮含量作为考核指标。2018年以后,陕西省要求各企业污水总排口安装总氮含量在线监测设施,并与环保部门监控平台联网,以便实时监控达标情况。陕西润中在污水总排口安装总氮含量在线监测设施之后,监测到污水中总氮含量一直超标,大多数时候在50 mg/L以上,是DB 61/2242011要求指标的2.5倍多;而与此同时污水中的氨氮含量却大多在1 mg/L以下,不足DB 61/2242011要求指标的1/12,两个指标形成鲜明对比。笔者多次对污水站的运行情况进行排查,关键设备运转正常,生产状态良好,工艺过程控制指标全部合格,未发现明显问题;对新安装的总氮含量在线监测仪进行校对、标定,测量值也均在误差许可范围之内。经反复摸索和探究,最终发现是QWSTN法污水处理工艺存在先天性缺陷,不具备完全降解污水中总氮的功能,这是陕西润中污水总排口总氮含量超标的主要原因。

2  问题症结的分析与研究

2.1  QWSTN工艺流程

陕西润中污水站采用QWSTN法处理甲醇工业污水,主要是在厌氧水解反应池(AHCR)、缺氧反应池(DNCR)和好氧反应池(OHCR)内进行生化反应,以降解有机物、氨氮和磷等。来自气化、净化、合成、锅炉等工序的生产污水和生活污水,一起经地埋管和架空管送至污水站调节池,用搅拌桨搅拌以混合均匀;调节池出水先送至带搅拌装置的厌氧水解反应池,再自流入带推流装置的缺氧反应池,后进入带回流装置的好氧反应池,从而完成厌氧、缺氧和好氧3个阶段的生化反应;生化处理后的污水自流进入二沉池,再进入高效澄清池进行两级沉淀,两级沉淀后得到的澄清废水送至中水回用站进行处理,二沉池和高效澄清池中沉淀下来的污泥经污泥收集池由污泥泵送至污泥浓缩脱水机,脱水后的泥饼外运,过滤下来的污水则返回污水处理系统再次处理。

2.2  生化反应原理

厌氧水解反应池(AHCR)属于非充氧池,溶解氧浓度一般小于0.2 mg/L,主要功能是进行磷的释放;同时,通过厌氧菌的作用,污水中的氨氮、有机物进行水解和氨化反应,使有机态氮转化成氨态氮(即氨氮)。

缺氧反应池(DNCR)也是一个非充氧池,溶解氧浓度一般为0.20.5 mg/L,主要功能是进行反硝化除氮——在反硝化菌的作用下通过反硝化反应将混合液回流带来的硝态氮转化成氮气,以去除部分硝态氮和总氮;辅助功能是对甲醇等有机物进行脱碳。

好氧反应池(OHCR)属于充氧池,溶解氧浓度一般不小于2 mg/L,主要功能是降解有机物、硝化氨氮和过量摄磷,即在好氧硝化菌的作用下进行硝化反应,降解有机物并将氨氮转化为硝态氮3

2.3  问题症结

陕西润中甲醇装置污水处理站设计时,尽管当时国家对污水排放中总氮含量已提出明确要求,但由于地方环保部门只要求在线监测和实时上传污水中的COD、氨氮、pH和污水流量等,未对总氮含量提出在线监测并上传实时监测数据的要求,因此当时污水处理站设计时选择了QWSTN工艺,存在先天性技术缺陷。

其实,QWSTN法是由AAO法演变和改良而来的。AAO法全称为厌氧-缺氧-好氧活性污泥法,指采取厌氧池、缺氧池和好氧池的各种组合以及不同的污泥回流方式,通过活性污泥的新陈代谢除去污水中有机污染物、氨氮和磷等的污水处理方法。降解氨氮的过程中,厌氧、缺氧和好氧3个生化反应,主要是将污水中的有机氮先转化为氨氮,再将氨氮硝化成亚硝态氮和硝态氮,最终将其转化成氮气排放,从而达到去除有机氮、氨氮、硝态氮等的目的。但是,据QWSTN法的工艺特点,其生化反应池的组合方式是厌氧池、缺氧池和好氧池依次排列,即在降解氨氮的过程中,先进行厌氧反应,再进行缺氧反应,后进行好氧反应。在活性污泥回流的前提下,可将污水中有机氮有效地转化为氨氮,也可将氨氮转化为硝态氮,但却无法将硝态氮全部转化成氮气,这是因为好氧池设置在生化反应的最末端,污水中含有大量的亚硝态氮和硝态氮未进一步转化成氮气便进入物理沉降工序,之后直接排出污水站,如此一来,污水中的氨氮含量虽可达标,而总氮含量则会超标,即污水中硝态氮含量高是引起总氮含量超标的主要原因。而生产过程中,无论是手动分析化验,还是在线仪器监测,污水中氨氮含量均采用《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 5352009),这种测定方法只能检测出污水中的氨氮含量,而无法检测出其他形态的氮含量,如硝态氮、尿素氮(酰胺态氮)、有机氮等;而手动和在线监测污水中总氮含量则采用的是《水质总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(HJ 6362012),该法可将污水中所有的无机氮和有机氮检测出来,即检测出的是污水的总氮含量4-5

3  优化改进建议

3.1  技改思路及原理

更多内容详见《中氮肥》2020年第3

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