污水处理脱氮提升优化的总结

2022-08-29张飞飞

氮肥与合成气 2022年9期

张飞飞，张猛，陈炜

(陕西长青能源化工有限公司，陕西宝鸡 721405)

1 概述

陕西长青能源化工有限公司60万t/a甲醇项目，配置污水处理系统，设计最大处理水量为200 m3/h，来水氨氮质量浓度为270～350 mg/L，COD值为700～1 100 mg/L。该污水处理系统采用序批式活性污泥法[1]和曝气生物滤池，即SBR+BAF工艺，通过生化反应完成污水降解。自2013年5月投产以来，污水处理负荷一直稳定在180 m3/h以上，产水氨氮质量浓度小于1 mg/L，COD值小于50 mg/L，但是，硝酸氮质量浓度最高时达到600 mg/L，总氮质量浓度长期在100 mg/L以上。

2 污水处理工艺流程及原理

2.1 工艺流程简述

生产废水和生活污水通过地管、机械格栅机自流至地下集水池，再通过集水池提升泵送至均质调节池。水煤浆加压气化工段送来的废水体积流量约为110 m3/h，通过冷却塔降温后直接进均质调节池。各路废水在调节池均质后，由调节池提升泵送至气浮装置，在气浮前设有管道混合器，投加聚合氯化铝(PAC)、碳酸钠和磷酸钠，气浮出水分别自流至4个SBR反应池。单个SBR反应池容积为6000 m3，配有1台风量为120 m3/min的离心风机、4台体积流量为1 200 m3/h的循环泵，正常生产时循环泵3用1备。SBR反应池出水通过泵送进曝气生物滤池进行深度处理，进一步去除水中有机物和氨氮。曝气生物滤池产水进入混凝沉淀池，除去水中残余悬浮物后，出水经过滤器过滤后送至回用水站。工艺流程见图1。

PAM—聚丙烯酰胺。

2.2 SBR工艺原理

SBR工艺利用好氧、厌氧微生物分解COD和NH3-N。

好氧曝气时，在好氧微生物及亚硝酸菌、硝酸菌的作用下，发生如下反应[1]。

有机物分解：

(1)

硝化反应：

(2)

(3)

在反硝化阶段厌氧搅拌时，发生如下脱氮反应：

(4)

(5)

SBR反应池是污水处理部分的主体单元，按预先设定的程序自动运行，每个反应周期为8 h，1 d共计3个周期。其中，进水为2 h、反应为6 h(与进水重叠)、沉淀为1 h、排水为1 h。反应阶段好氧与厌氧交替运行，硝化和反硝化在同一构筑物中完成，提高反应效率，增强脱氮效果。4座SBR反应池，每座池内设有9台蝶式射流曝气器。在好氧反应阶段，曝气器上部进气、下部进水，气与水混合后由喷嘴喷射而出，在SBR反应池内完成对污水的充氧并确保污水的完全混合。由于原进水中碱度和碳源较少，不能完全满足生化反应需要，因此在进水阶段要投加碳酸钠，以补充硝化反应所需碱度；厌氧反应时停止曝气，只开启循环泵，对污水进行搅拌，通过投加甲醇来补充反硝化所需碳源，强化反硝化反应效果。

3 污水产水总氮高的原因分析

自运行以来，污水处理产水氨氮低、总氮高。针对此问题分析其中的原因。

污水处理系统自运行以来，为了确保出水COD指标正常，需要投加少量碳源。若碳源投加量不足，导致SBR反应池厌氧反应不彻底，产水硝酸根质量浓度为500 mg/L，是总氮高的主要原因。

之前环保对总氮没有严格要求，氨氮质量浓度要求小于12 mg/L，污水处理负荷较重。为了尽可能处理水质，SBR反应池单个周期(8 h)内，有5 h都在好氧曝气(与进水重叠)。而厌氧反应、沉淀、排水各1 h，反应时间不够，导致厌氧反应不彻底，是总氮较高的另一原因。

4 提标运行与优化调整措施

要加强生化系统的反硝化反应，就意味必须提高反硝化效率或者要延长反硝化反应时间。在实际生产中，延长反硝化时间就必须要缩短好氧反应时间，这就会影响污水处理负荷。因此，要提高反硝化反应和硝化反应效率，应做以下调整。

4.1 适当提高污泥浓度，控制溶解氧，提高污泥活性，降低pH值

污水处理脱氮的核心就在于活性污泥(硝化细菌和反硝化细菌)的培养，影响活性污泥的主要因素有污泥浓度、溶解氧(DO)、进水温度、pH值、生物营养比[2]。经不断摸索调整、试验后发现，SBR反应池污泥质量浓度为3～4 g/L、好氧DO为2～4 mg/L、厌氧DO为0.5 mg/L以下、SBR反应池温度为28～35 ℃、pH为7～7.5时，有利好氧细菌和厌氧细菌生长，硝化反应和反硝化反应效率最佳，污水系统运行稳定。

4.2 调整SBR反应池运行程序

SBR反应池内好氧反应中利用微生物分解水中有机物和氨氮，将氨氮转化为硝酸氮；厌氧反应中，硝酸氮和有机物在微生物的作用下分解成CO2、N2和水。只有好氧反应和厌氧反应进行彻底，才能形成完整的脱氮过程。为了降低硝酸氮含量，将SBR反应池运行程序改为先厌氧、后好氧、再厌氧。先厌氧是为了利用进水的COD和外加碳源反应池内上周期未降解的硝酸根，进水部分COD被前置厌氧反应后，减轻了好氧阶段的反应负荷，缩短好氧反应时间，提高好氧反应的效率。后置厌氧是为了通过外加碳源(甲醇)来反应本周期所产生的硝酸根。通过改变程序，提高了反应效率和硝酸氮的降解率。

4.3 调整厌氧、好氧反应时间和碳源投加量

在厌氧反应阶段，当DO小于0.5 mg/L时投加甲醇，补充反硝化所需碳源，根据池内硝酸根和进水负荷情况，及时调整系统前置和后置厌氧反应时间和甲醇投加量。前置厌氧反应时，若甲醇投加过量，好氧反应时间会变长，影响污水处理水质；前置厌氧时，若甲醇投加量不足，后置厌氧反应时间就应适当延长并增加甲醇量。后置厌氧反应时，甲醇投加量不足，反硝化反应进行不彻底，出水总氮超标；若甲醇投加过量，则影响出水COD指标。所以，及时调整污水处理好氧、厌氧反应时间和甲醇投加量，可提高污水处理的反应效率，是控制好总氮的关键[3]。