吹脱＋AO工艺处理氮肥企业高氨氮废水的工程实践

吹脱＋A/O工艺处理氮肥企业高氨氮废水的工程实践环保工程所王献平陶冶李韧摘要本文结合河南某氮肥企业高氨氮废水采用吹脱＋A/O工艺处理的成功实践（当进水氨氮浓度在641-868mg/L时，出水始终稳定在1mg/L左右），分析了工程设计与调试中应注意的问题，可供污水处理工程设计参考。关键词氮肥企业高氨氮废水吹脱A/O1氮肥行业氨氮废水来源及水质状况氮肥企业生产废水主要来源于造气、脱硫、合成和碳化等工序。造气工序造气炉生产的半水煤气，含有未燃烧的煤屑、灰分及水溶性杂质，经洗涤箱、洗气塔用水清洗、降温后送入气柜。其洗涤废水水温高，且含有悬浮物、氰化物、酚、硫化物、氨氮等。半水煤气经脱硫工序脱除硫化氢并经压缩后送至后续工序，其中脱硫塔清洗过程等排出的废水中含有硫化物、氨氮、少量悬浮物。合成、碳化等工序的废水含有氨氮。尿素尿液解析产生尿素解析废液。此外循环水系统，由于水与空气长期接触，也会导致空气中的氨溶解于水中，形成含氨废水。各工序主要水质情况详见表1。表1氮肥厂氨氮来源及氨氮浓度一览表[1]mg/L污水种类污染源主要污染物NH3-N浓度碳化循环水氨氮、COD、SS467~929合成、精练、压缩、变换循环水氨氮、COD、SS48~187脱碳循环水氨氮、COD、SS9~14间接循环冷却水尿素循环水氨氮、COD、SS28~48造气洗涤水氨氮、COD、CN-、挥发酚、SS、石油类、S2-180～440变换、精练排水氨氮、COD456~600脱硫车间排水氨氮、COD、SS、S2-510~573尿素解析液氨氮638~1259工艺排水尿素其它排水氨氮324~3662某氮肥厂高氨氮污水处理工程设计2.1氮肥厂情况简介该氮肥厂合成氨装置年生产能力8万吨、尿素年生产能力13万吨，同时副1产甲醇2万吨。该厂生产工艺已经采用了Na2CO3替代稀氨水脱硫技术和“三气”等压吸收回收氨等清洁生产技术改造。各工序产生的污水（含间接循环冷却排污水）均排入造气洗涤水沉淀池中，大部分污水经冷却塔降温后回用到造气系统，少量污水（20m3/h）外排。2.2设计进、出水质指标设计处理水量20m3/h，进、出水质指标详见表2。表2设计进出水指标一览表项目pHCODCrNH3-N进水8.0～9.08001000出水6.0～9.01001002.3处理工艺流程2.3.1处理工艺流程本污水处理工程处理工艺详见图１。甲醇残液↓废水→调节池→吹脱塔→中间调节池→缺氧池→曝气池→二沉池→出水↑↑↓污泥干化场图1污水处理工艺流程图2.3.2处理工艺原理[2,3]2.3.2.1空气吹脱法氨氮在废水中主要以铵离子（NH4+）和游离氨（NH3）状态存在，其平衡关系如下所示：NH3+H2O—NH4++OH-这个关系受pH值的影响，当pH值高时，平衡向左移动，游离氨的比例增大。常温时，当pH值为7左右时氨氮大多数以铵离子状态存在，而pH为11左右时，游离氨大致占98%。不同pH、温度下氨氮的离解率详见表3。表3不同pH、温度下氨氮的离解率（％）2pH20℃30℃35℃9.02550589.560808310.080909311.0989898当水的pH值升高，呈游离状态的氨易于逸出。若加以搅拌、曝气等物理作用更可促使氨从水中溢出。在实际工程中大多采用吹脱塔。吹脱塔的构造一般采用气液接触装置，在塔的内部填充材料，用以提高接触面积。调节pH值后的水从塔的上部淋洒到填料上而形成水滴，顺着填料的间隙次第落下，与由风机从塔底向上或水平方向吹送的空气逆流接触，完成传质过程，使氨由液相转为气相，随空气排放，完成吹脱过程。2.3.2.2A/O工艺A/O工艺主要是利用生物的硝化过程和反硝化过程，实现对氨氮的生物降解去除。反应机理如下[2,3]：NH4++3O2—NO2-+4H++2H2O（亚硝化反应，公式1)2NO2-+O2—2NO3-（硝化反应，公式2)6NO3-+5CH3OH—5CO2+2N2↑+7H2O+6OH-(反硝化反应，公式3)A/O法能较彻底的脱除废水中的氨氮，且不会造成二次污染。2.3.3主要工艺参数2.3.3.1调节池调节池水力停留时间按4hr设计。内设低速推流器1台，液碱储罐2台（1用1备），污水提升泵2台（1用1备、Q=25m3/h）。2.3.3.2吹脱塔设计布水负荷率1.96m3/m2·h，吹脱气水比3400m3/m3·h，外形尺寸：Φ3.6×7.5（m）。配套玻璃钢离心风机1台Q＝68000m3/h，填料45m3。2.3.3.3中间调节池调节池水力停留时间按2h设计。利用该厂富裕CO2气，采用穿孔管曝气搅拌，硫酸储罐2台（1用1备）。2.3.3.4兼氧池3水力停留时间按2h设计，设计污泥浓度3000mg/L，内设低速推流器1台。2.3.3.5曝气池水力停留时间按24h，设计污泥浓度3000mg/L，污泥负荷0.15kgNH3-N/kgMLSS·d，曝气装置为可变孔曝气软管，配套罗茨风机2台（1用1备，Q=9.35m3/min）；曝气池出水口处设置硝化液回流泵2台（1用1备，Q=60m3/h），硝化液回流比3∶1。2.3.3.6二次沉淀池设计水力停留时间为2.5h，配污泥回流泵2台（1用1备，Q=20m3/h）。2.4处理效果该工程设备安装于2005年12月26日结束，经4个月的运行调试，正式投入使用。验收监测结果（见表4）表明，在进水COD在719-1596mg/L、NH3-N在641-868mg/L时，系统出水水质COD达到15.9-57.1mg/L、NH3-N达到0.16-1.4mg/L，处理效果明显。表4监测验收数据一览表pHCOD/mg/LNH3-N/mg/L项目范围值范围值日均值范围值日均值调节池出口10.38-11.08719-15961278641-868783吹脱塔出口9.05-9.111039-14441162366-572471A池出口8.44-8.76//50.3-84.060O池出口8.02-8.21//0.10-1.61.1二沉池出口7.80-7.8915.9-57.1430.16-1.41.02.5主要经济技术指标吨水电耗：A/O系统电耗1.085度/吨水，系统总电耗3.045度/吨水。药剂费用：氢氧化钠药剂费用约3.5元/吨水，磷酸氢二钾约0.05元/吨水。3有关问题讨论3.1设计存在的不足调试发现，当A/O系统进水氨氮浓度长时间超过500mg/L时，容易导致A/O系统NO2-积累，从而导致系统崩溃以及系统出水COD增加。原设计时担心经调节pH值后，需要加酸调节pH值至9左右，事实上，在进入吹脱塔的pH为10.38~11.08时，吹脱塔出口处pH值9左右，无需再进行调节。调试发现，控制吹脱塔出口pH值在10左右，亦没有发现对后续的A/O系统产生不利影响。4二沉池采用多斗排泥，容易造成二沉池污泥不能及时排出，造成污泥沉积时间过长，从而发生反硝化反应，导致污泥上浮，使出水水质恶化。3.2调试过程中应注意的问题[4]3.2.1负荷与泥龄A/O工艺中泥龄主要受硝化细菌世代控制，昀短泥龄时间主要受温度影响。厌氧反应要求高负荷、低泥龄，而好氧反应则要求低负荷，高泥龄。实际运行中应针对进水的情况具体调整，如果针对去除氨氮为主，BOD为辅的情况则泥龄宜控制在10～15d；反之，则泥龄宜控制在8～10d。3.2.2溶解氧由反应式可以看出硝化过程需要大量的氧，一般认为好氧反应器中的溶解氧应控制在1.5～2.0mg/L为宜，低于0.5mg/L则硝化反应完全停止；而厌氧反应器的溶解氧含量则应控制在0.5mg/L以下。3.2.3pH值好氧反应器中由于硝化作用的结果有硝酸(HNO3)生成，当pH值低于6.5或高于8.8时，硝化作用会受到抑制。因此，废水中应投入适当的碱，以中和硝化反应产生的硝酸，一般认为好氧反应器中的pH值应控制在6.5～8.0之间。厌氧反应器中由于反硝化作用的结果使pH值升高，反硝化作用适宜的pH值范围为7.5～9.2之间。3.2.4回流比回流比是A/O法中比较难控制的参数，也是决定处理效果的重要参数。对于好氧过程来说，如果回流比过小可以导致NO3--N在二沉池底发生反硝化导致污泥上浮；回流比过大使厌氧反应器中的NO3--N浓度过大，影响厌氧反应器中反硝化的进行。实际应用中应遵循在保证二沉池不发生反硝化的前提下，尽量降低回流比的原则。一般回流比应控制在2～4倍。3.2.5C/N比在反硝化过程中，由反应方程式可以得出废水中的BOD与N的比值(即C/N)应该是2.86，实际应用中应该大于这一理论值。只有废水中的C/N大于2.86时才可以满足反硝化作用对有机炭的需要，在实际运行中C/N比一般控制在3以上，当废水中碳源不足时，需要补充，一般采用甲醇，本工程采用生产过程中等甲醇5装置产生的甲醇残液作为碳源。反硝化系统中，去除l.0gNO3－-N需消耗2.6g甲醇，可产生0.56g细菌。3.2.6毒性物质污水成份复杂，常含有一些毒性物质（如重金属等），这些物质会对活性污泥系统的处理效率产生影响。但以同物质对硝化茵、反硝化茵等生物的抑制起始浓度、程度都不尽相同，而且抑制机制也不同。As、Cr、F对硝化作用的抑制是非竞争性的，毒性大小序列为CrAsF；Cr、Ni、Zn对硝化作用有毒性影响，且Ni对亚硝化菌和硝化菌的毒性昀大，硫脲对硝化茵有特殊的抑制作用J酚对硝化作用的抑制是非竞争性的，酚浓度在2-75mg/L之间时呈对数抑制，而苯环上有甲基的物质抑制作用昀大，当工业废水中含有一定量的CN-时，污泥系统既可进行反硝化作用又能去除CN-。3.2.7营养物质良好的活性污泥系统需要的需要均衡的营养，一般要求C/N/P比例为100∶5∶1。由于氮肥厂废水中P元素普遍不足，应补充P元素，可以是磷酸或磷酸氢二钾。3.2.8温度硝化细菌对温度的适应范围为5～45℃，亚硝化菌昀佳生长温度为35℃，硝化菌的昀佳生长温度为35～42℃。当废水温度低于15℃时，硝化速率会明显下降；当温度低于10℃时已启动的硝化系统可以勉强维持，硝化速率只有30℃时的25％；当温度低于5℃时，硝化反应基本停止．反硝化反应的昀适宜温度范围是20～40℃，低于15℃时反应速率下降。本项目废水水温在45～50℃之间，甲醇残液在90℃左右，冬季运行时由于吹脱塔的降温作用，使A/O系统水温稳定在28～35℃之间，处于硝化和反硝化细菌的昀适宜温度，因此硝化速率较高。但夏季运行时，必须考虑对甲醇残液进行降温从而避免高温对A/O系统的影响。4结论对于氮肥厂高氨氮污水，采取吹脱＋A/O工艺进行处理是可行的，当系统氨氮浓度在800mg/L左右时，工程出水氨氮浓度稳定在1mg/L左右，远远优于国家规定的排放标准。6参考文献[1]王晓毅等.小氮肥厂废水中氨氮污染源调查与治理对策.河南化工1999，07：34～35[2]郑兴灿，李亚新．污水除磷脱氮技术．北京：中国建筑工业出版社，1998．186—191[3]钱易，米祥友．现代废水处理新技术．北京：中国建筑工业出版社，1993．280—307[4]徐亚同，黄民生.废水生物处理的运行管理与异常对策.北京：化学工业出版社，2003.252-2557