张元勇, 刘娟
(兖矿鲁南化工有限公司,山东 滕州277527)
[摘 要]总氮是衡量水体富营养化程度的重要指标,随着国家环保政策的日益严苛和排放标准的逐渐升级,各地开始陆续将排水总氮指标纳入主要污染指标考核范围内。山东省某煤化工企业污水处理系统排水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级水质标准要求,但排水总氮指标达不到山东省《流域水污染物综合排放标准》(DB 37/3416—2018)要求,亟需提标运行与优化升级改造。结合该煤化工企业A/O生化处理系统运行现状分析与排查脱氮运行过程中存在的问题及原因,进而从优化运行和升级改造两方面采取相应的解决措施,最终实现了排水总氮含量≤15 mg/L的提标目标。
[关键词]A/O生化处理系统;总氮;硝化;反硝化;升流式厌氧污泥床(UASB);提标运行;优化升级改造
[中图分类号]X703.1 [文献标志码]B [文章编号]1004-9932(2021)01-0069-04
0 引 言
总氮是衡量水质好坏的重要指标之一,由于历史原因,大部分已建成和正在建设的城市和工业污水处理厂(站)的污水处理工艺对COD、BOD、氨氮的去除效果良好,而对总氮的去除效果不理想,加之《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)也未对总氮指标提出要求,这就造成了部分企业污水处理设施存在排水氨氮达标而总氮超标的情况。
近年来,随着公众对环保要求的逐渐提高,国家逐渐意识到总氮治理的重要性,在《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)、《合成氨工业水污染物排放标准》(GB 13458—2013)中先后提出了总氮排放指标要求;2018年,山东省制定《流域水污染物综合排放标准》(DB 37/3416—2018),明确提出了分行业、分时段总氮排放限值要求。同时,各地也开始陆续将排水总氮指标纳入主要污染指标考核范围内,并要求企业和污水处理厂限期安装总氮在线监测仪器,对企业而言,污水处理设施提标升级势在必行。以下对某煤化工企业污水处理设施总氮提标运行与优化升级改造作一介绍。
1 污水处理系统简况
1.1 系统概况
山东省某煤化工企业采用水煤浆加压气化工艺生产粗煤气,继而合成甲醇、醋酸、醋酸乙酯、丁醇、聚甲醛等产品;现有污水处理系统建于2006—2007年间,其设计处理能力为26 000 m3/d,采用“A/O+UASB”三级处理工艺,是当时国内煤化工行业最大的污水处理装置。
污水处理系统废水主要包括煤气化废水、有机化工(甲醇、醋酸、丁醇、聚甲醛、醋酐、醋酸乙酯等生产装置)废水和生活污水,各路废(污)水混合后进水水质指标及处理后出水水质指标见表1。
总之,该煤化工企业污水处理系统出水达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级水质标准要求,但出水总氮指标达不到山东省《流域水污染物综合排放标准》(DB 37/3416—2018)要求,提标运行和优化改造势在必行。按照DB 37/3416—2018的要求,污水处理系统提标改造目标为出水总氮含量≤15 mg/L。
1.2 工艺原理、工艺流程及主体构筑物
1.2.1 工艺原理
生物脱氮法可去除多种含氮化合物,总氮去除率可达60%~85%,二次污染小且比较经济,因此在国内外应用最多。该煤化工企业污水处理系统总氮治理采用生物脱氮法,即先将有机态氮转化为氨态氮,然后将氨态氮进一步转化成氮气而消除污染,主要包括硝化和反硝化两个阶段。
(1)硝化。硝化反应是在好氧条件下通过好氧硝化菌的作用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐,包括两个基本反应步骤——由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应(亚硝化反应2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+)和由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应(硝化反应2NO2-+O2→2NO3-);反应过程中,亚硝酸菌和硝酸菌都是自养菌,它们利用废水中的碳源,通过与氨氮的氧化还原反应获得能量。
硝化菌的适宜pH范围为8.0~8.4、最佳生存温度为35 ℃。温度对硝化菌的影响很大,温度下降10 ℃,硝化反应速度下降50%,DO浓度降至2~3 mg/L,BOD5负荷降至0.06~0.10 kg/(kgMLSS·d),泥龄在3~5 d以上。
(2)反硝化。在缺氧条件下,利用反硝化菌(兼具脱氮菌的作用)将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气,此过程中称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源),以甲醇为碳源为例,其反应方程式为6NO3-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O,6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-。
反硝化菌的适宜pH范围为6.5~8.0、最佳生存温度为30 ℃。当温度低于10 ℃时,反硝化速度将明显减慢;而当温度低至3 ℃时,反硝化过程将停止,DO浓度降至0.5 mg/L以下,BOD5/总氮>3~5。
1.2.2 工艺流程
该煤化工企业污水处理系统采用A/O工艺。A/O工艺的优越性在于除了能使有机污染物得到降解之外,还具有一定的脱氮除磷功能。污水处理系统设计处理能力为26 000 m3/d,其中生化处理(二级处理)系统为并联的两个系列,单系列处理能力为13 000 m3/d。升流式厌氧污泥床(简称UASB)是由Lettinga等于1974—1978年研究成功的一项新工艺,该工艺装置具有结构简单、污泥浓度高和泥龄长、运行费用低、处理效率高等优点,结合后续的接触氧化池可实现深度脱氮除磷,因此“UASB+接触氧化”作为污水处理的三级处理系统使用。污水处理系统工艺流程简图见图1。
1.2.3 主体构筑物
该煤化工企业污水处理系统主体构筑物:A 池2座,总有效容积11 000 m3;O 池2座,总有效容积28 000 m3;UASB池1座,有效容积850 m3;接触氧化池1座,有效容积5 500 m3。
2 污水处理系统运行状况及存在的问题
2.1 运行状况
从污水处理系统2019 年6月运行数据中抽取部分具有代表性的监测数据(表2),可以看出:① 系统进水 CODCr约400 mg/L、氨氮约82.9 mg/L、总氮约 135 mg/L,出水CODCr约20.7 mg/L、氨氮约0.02 mg/L、总氮约40 mg/L,表明整个系统对氨氮、CODCr的去除效果很好,出水指标完全能满足排放标准要求,且O池出水氨氮含量已达标,表明O池硝化充分;② 系统进水总氮约135 mg/L,出水总氮约40 mg/L,整个系统对总氮的去除效果不好,且总氮去除主要集中在 A/O 生化池,后段几乎没有去除作用。
从现场情况来看,生化处理系统两个系列混合液的总回流比基本在4左右,实际运行中接触氧化池基本按缺氧状态在运行(运行效果差)。
更多内容详见《中氮肥》2021年第1期