AO工艺处理己内酰胺生产废水的重要影响因素王春志

INDUSTIALW幻,ER&WASTEW戌TER工业用水与度水2002·增刊A/0工艺处理己内酞胺生产废水的重要影响因素王春志(巴陵石化鹰山石油化工厂,湖南岳阳414003)摘要:以A0/工艺处理己内酸胺生产废水为例,紧密结合生产实际,对影响A0/工艺生物反应的A/O容积比、PH值、污泥负荷、稍化负荷、溶解氧0D、回流比等6个重要因素进行了详细讨论,澄清了某些认识上的误区.关键词:A0/工艺;生产废水;影响因素鹰山石化厂是目前国内规模最大、技术最先进的己内酞胺和帘子布生产厂家。工厂在生产过程中产生的废水中含有机物种类繁多,主要污染物为环己酮、环己烷、环己醇、苯、环己酮肪、有机酸、己内酞胺、氨氮等。工厂于1992年建成投产一套刀O废水处理装置,原设计水量为Q=154m3爪,进水水质为c0Dcr毛1253mgL/,BODS蕊692m叭,NH4+双燕71mgL/,设计出水水质为CODer簇200mgL/,BoDS蕊30mgL/,NH;+一N蕊15mgL/,55簇100mg/L。工厂投产以来,实际排出的废水量己经超过设计水量,加上工厂己内酞胺装置两次扩能改造和帘子布工程投产后,水中的CODcr值远超过设计值,一般在2000一3。。om叭左右,因此,鹰山石化厂又于1996年底对废水处理装置进行了相应的扩容改造,扩容改造后的污水量Q二250m3小,处理前水质CoDer蕊2000mg几,BoDS蕊1200mglL,NH4+训簇Zoom叭。由于工厂污水排放口位于长江与洞庭湖过渡段的黄金水域,国家要求处理后水质执行一级排放标准,即CODer蕊100mg/L,BODS毛30mgL/,NH4+一毛15mgL/,55簇70mgL/。刀O工艺是近十年来在我国发展起来的一种废水生物处理新工艺,有很多问题需要探索,本文从理论联系实践出发,长期对刀O工艺的重要影响因素进行了研究,以求为刀O技术的推广应用提供一些经验,促进我国刀O技术的进一步发展。1刀O工艺处理己内酞胺生产废水的工艺流程刀O工艺处理工艺见图1。匀匀质调节池池池缺氧池池池预曝池-----一曝池池池二沉池池池二曝池池图1工艺流程2阁O工艺的主要机理刀O生物处理技术,就是由缺氧(Anoixc)与好氧(Oixc)两个生物反应过程组成的刀O生物脱氮系统。刀O生物处理技术的基本工艺特征就是污水中的氨态氮在好氧段里,自养型硝酸菌和亚硝酸菌,在氧气充足条件下,将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸这一过程就是硝化过程,其硝化反应式为:亚硝化菌十_十_二_.4十l.SOZse一.-卜NOZ一十HZO十ZH+能量,曰H盐Nl硝化菌NoZ一+0.50:一No3一+能量石肖化及亚硝化菌_十一十_.`_J巳式NH4+202.一-刁卜NO3十HZO+ZH+能量INDUSTIALWAI,ER&认叭STE认叭1,ER工业用水与度水2002,增刊经过硝化后的氨氮变成硝酸盐态氮,将其投入到缺氧池中,在缺氧条件下利用异养型兼性反硝化菌作用,做为最终电子受体被还原成N:气排入大气,其反应式为:脱氮菌ZNoZ一+6H+(氢供给体卜一~侧NZt+ZHZo+ZoH-脱氮菌+-二`ZNO3+10H’(氢供给体)一,N:t+4HZO+ZOH-从以上反应可知,污水中的氨类化合物首先被硝化生成N02一N或N仇一N,才能进行下一步反硝化脱氮。从理论讲,应该是先好氧处理,然后再进行缺氧处理的脱氮工艺流程。但从反硝化过程的反应式可以看出,将NoZ一还原为N:需要有电子供给体。利用有机的碳氢化合物作为电子提供体,在反硝化过程中,氮被还原成气态氮,同时,有机碳再被氧化为无机的COZ,按照质量作用定律,其投加的有机碳浓度越大,其除氮率越高。实验资料表明:当污水中的有机碳以oTC表示,其OTC二TKN)8时,其除氮效果可达80%以上。利用污水中的有机碳作为反硝化脱氮处理的电子供给体是户了O生物处理技术的又一特征。即将硝化过的污水回流到原污水中,让其在缺氧池内进行脱硝处理。从脱氮反应的顺序来说,是先进行硝化反应的好氧处理,然后进行反硝化的缺氧处理,但从污水处理的流程上讲,则是先进行反硝化脱氮的缺氧处理,然后进行硝化反应的好氧处理。3影响刀O工艺生物反应的重要因素.31A/0容积比在刀O工艺中,好氧池的作用是使有机物碳化和使氮硝化;缺氧池的作用是反硝化脱氮,故两池的容积大小对总氮的去除率极为重要。刀O的容积比主要与该污水的曝气分数有关。缺氧池的大小首先应满足No3一利用有机碳源作为电子供体,完成脱氮反应的需要与污水的碳氮化,停留时间、回流比等因素相应存在一定的关系。借鉴于类似的废水以及正交试验,己内酞胺生产废水的A/O容积比确定在1:5左右,较为合适。而本设计的刀O容积比为1:2,缺氧池过大,导致缺氧池中BoD/No3一闪的比值下降,当比值低于1.0时,脱氮速率反趋变慢。另外,缺氧池过大,废水停留时间过长,污泥在缺氧池内沉积,造成反硝化严重,经常出现大块上浮死泥,影响后续的好氧处理。鉴于己经建成3000m3(二格)缺氧池,不得不只运行150om3(一格)即一半。给刀O系统的正常运行带来了很大的困难。经过我们的要求,刀O的容积比后来在1996年底的扩容改造中得到了改正。经过按刀O容积比为1:5改进后的缺氧池运行平稳,为后续的好氧处理打下了良好的基础。3.2pH值pH值是影响生化反应的主要因素。首先它影响微生物菌群的活性,降低碳源物质的去除,COD、BOD若未充分去除,硝化反应就难于发生。其次,由于硝化反应过程中有H十产生,如果污水中没有足够的碱度,则随着硝化的进行,pH值会急剧下降,导致硝化菌活性急剧下降。因此,要使生物硝化系统正常稳定地运行,曝气池混合液必须维持足够的碱度,所加碱量应使硝化作用完成以后,水中尚有30一50m泌剩余碱度为宜。己内酞胺生产废水设计进水pH值为3~4。由于环保对化工生产装置排放废水的pH值要求,实际运行中,来水pH值在.70以上。当来水NH4气N100m叭时,可通过反硝化弥补因硝化而破坏的部分碱度,使出水pH在.60以上。然而在实际生产运行中,来水NH4十一常常超出1oom叭,甚至高达700一80om叭。出水pH值出现5.0的现象。一般人认为pH值达标是很容易的,合格率几乎可保证100%,然而在实际运行中并非如此,主要原因是来水NH4+训过高。在2994年10月,我们首次碰到这种现象,当时我们按设计加药系统以最大加药量向匀质池加NaZCO3溶液(设计加药罐两个,v=2.8耐,计量泵Q=125眺,配制NaZco3溶液为12%,每天投加500kgNaZeo3),结果无济于事,主要原因是来水NH4+一过高,pH值降低,使好氧曝气池的硝化反应受到抑制。INDUSTIALWATER&WASTEW大1,ER工业用水与度水2002·增刊经过仔细分析,认为存在下面二个问题:①加碱量不够经过计算,每天设计的加碱量远不能弥补被硝化产生的H十,计算如下:ZNH;+一N+402一ZNO3一+4H++ZHZo若每天处理3000m3水,进、出水NH犷一差为200mg/L,则ld处理NH4+一为:3000X200x20’3=600(kg)。产生的H+量为:另:NaZeo3+ZH+=则需加NaZCO3:痴幸一十·”,·7kgNZ+a+HZO+CO:t4x6002x14600X=106x85.72=4542kg由以上计算可见,每天所加的固碱量是远远不够的。要保证硝化菌正常生长,保持NH4十一有较高的去除率,必须按计算确定足够的碱量。②加碱地点设计不合理。一丫一设计的加碱地点选在匀质池和污泥回流池。又因加碱管线太小,造成管内结晶堵塞,加药系统被废弃不用。虽然后来因运行需要,被迫在匀质池和污泥回流池人工投加固态NaZCO3,但结果出水eoo、Bon、NH4气N、pH值仍然很不理想。究其原因,这是因为固态NaZCO3从匀质池和污泥回流池投加,大量的碱进入缺氧池,使缺氧池和曝气池前段pH值太高,破坏了微生物正常生长条件,因而对碳源去除不好,进而影响了NH4+一的硝化,故而NH4+训亦去除不好,到硝化开始后,所产生的H十又没有足够的OH一去中和了。笔者认为,理想的加碱地点应选在曝气池后段分多点投加液碱或固态碱,这是因为硝化反应是在曝气池后段连续进行的,而不是在哪一点产生突跃,应该是每产生一个H十就用一个oH一去中和它,这样还可使硝化反应进行得更充分、彻底,可以保证出水pH值达标。综上所述,要保持刀O工艺有较好的处理效果,最关键的因素就是控制好pH值,硝化使pH值下降,但反硝化又可使废水碱度增加,当两者的pH值变化不平衡时,就需要加碱。经过实践,进水pH值控制在8.4一&8较好,以首先保证COD、BOD的去除,然后在曝气池后段加碱以促进NH4气N的硝化,并保证出水水质。.33污泥负荷生物脱氮是在COD、BOD充分去除的基础上才发生的,若污泥负荷过高,则曝气池仅产生氨化反应而不产生硝化反应,因此要保持较高的脱氮效率,污泥负荷必须控制在一定范围内。1994年9月之前,因来水COD常超过4000mgL/,污泥负荷在o.25kg[BODS]/(kg[MLSS]·d)以上,硝化菌一直生长不好,脱氮效果很不理想,严重的两次污泥负荷冲击同时发生在1994年5月,当时二沉池出水浑浊似黄泥水,污泥随出水流失严重,浓度下降快,NH4+一进、出水变化基微,去除率仅为2%。这主要是说明了硝化细菌对高负荷冲击极为敏感,一旦受到冲击,其活性急剧下降,一曝气池内几乎不发生硝化反应,.冲击的原因主要是:生活污水COD严重超标,在S000m留L以上,而设计为200~300m叭;系统无稀释水管线,一旦高浓度COD进入匀质池,别无它法;分析频次少l(次/班),报样不及时,影响工艺调整。为此,我们采取的主要措施是:对分析工和操作工进行双向考核;在匀质池进口增加2根DN50稀释水管线;充分发挥事故池的作用。这样既保证了进水浓度的相对稳定,同时又保证了系统进水的连续性,只要污泥负荷稳定控制在0.25kg【BoDS]/(kg【MLSS」心)以下,脱氮效果很好,从近年的运行情况看,不但未出现污泥负荷冲击现象,而且出水各项指标比1994年以前大有提高,NH4`一N去除率由50%上升到87%。.34硝化负荷硝化负荷将影响氨氮的转化,负荷太大,硝化反应不完全,脱氮效果变差。当硝化负荷超过0.10kgN[H4忆N]/(kg[MLss]·d)时,出水NH;`一N明显上升,去除率急剧下降,活性污泥结构松散,二沉池污泥成颗粒状随水带出,这说明过高的硝化负荷进入处理系统,不仅抑制了硝化菌的活性,而且影响活性污泥结构性能,最终导致硝化菌大量流失,我INDUSTIALWAI,ER&WASTE认叭1,ER工业.用水与度水2002·增刊们采取的对策是:减少进水量,降低硝化负荷:适当提高匀质池COD的浓度,保持C二N=6:1左右,这个比例能使硝化菌较快地增长;保持曝气池适当污泥浓度和增加供氧,可将污泥全部回流至曝气池。在实际运行中,硝化负荷控制在.004~仓06kg困H4+训z(/kg[MLss]·d)范围内,脱氮效果好,NH4+一去除率在80%以上。.35溶解氧00硝化菌是一种好氧化自养菌,在曝气池内有机碳化物的分解,氨氮的氧化以及污泥的自身氧化都要消耗氧。曝气池内必须供给足够的溶解氧,硝化反应才能正常进行。通常当曝气池内溶解氧DO在2一6m叭时,硝化率与溶解氧浓度关系不大,如果DO在Zm叭以下,溶解氧浓度就成了硝化反应的抑制因素。1996年2月22日曝气池内就发生过严重亏氧的操作事故。22日白班要求放空曝气池A,准备检修更换曝气头,23日上班发现曝气池内污泥发黑,鼓风不匀,出水coD由133mg几上升为78.35m叭,NH广一去除率降为零。这次事故的主要原因是操作责任,2月22日22二00曝气池A放空后操作工未关闭其进风阀,使大部分风从该池漏掉,导致其它两个曝气池供风不足,另外,从污泥颜色可断定曝气池严重亏氧,测定结果DO二0。原因找到后,我们采取如下措施:关闭曝气池A进风阀,增加1台小风机,以最大风量运行;曝气池B.C“闷曝”sh,再降负荷