純水設(shè)備知識：焦化廢水總氮脫除工藝改進
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根據(jù)焦化廢水的特點和水質(zhì)特點，對原焦化廢水系統(tǒng)進行了改造。采用內(nèi)置生物填料的改良生物法，總氮去除率由58%提高到95%，外部排水總氮含量可控制在20mg /L以下，達到焦化廢水的達標排放。
上海寶鋼化工股份有限公司眉山分公司焦化廢水裝置主要處理剩余氨水、氣體凈化廢水、焦油處理廢水、瀝青處理廢水、苯處理廢水等工藝廢水[1]。該機組于2008年建成投產(chǎn)，運行穩(wěn)定。GB 16171-2012《焦化工業(yè)污染物排放標準》新增全氮污染因子控制標準純水設(shè)備。原有的預脫氮工藝不能穩(wěn)定滿足排放標準要求上海純水設(shè)備，需要進行技術(shù)改造才能實現(xiàn)廢水的標準排放。
焦化廢水處理現(xiàn)狀
1.1污水處理原工藝
我公司焦化廢水處理設(shè)備主要用于焦化、氣體凈化、焦油處理、粗苯處理過程中排放的含酚、氰化物、氮等廢水的處理。該處理裝置由調(diào)節(jié)罐、生化系統(tǒng)、理化系統(tǒng)、過濾裝置和污泥處理系統(tǒng)組成。生化系統(tǒng)采用AAOO工藝(厭氧+缺氧+兩段好氧)，即預反硝化和反硝化工藝。廢水處理過程如圖1所示。
1. 2焦化廢水處理廠進出水全氮的現(xiàn)狀
焦化廢水處理裝置總氮不能穩(wěn)定達標排放。對焦化廢水處理站月報進行了分析。污水處理站在運行過程中，調(diào)節(jié)池出水總氮濃度為200 ~ 300mg/L，處理后總氮不能穩(wěn)定達標排放。
厭氧污水處理站使用的厭氧池采用生物膜法。在生物膜法中，填料和水分分布的均勻性與缺氧反硝化作用有關(guān)純水設(shè)備。我司缺氧池A2包裝采用現(xiàn)場制作的固定支架，在池內(nèi)拼裝成片。在使用過程中，包裝容易松脫。同時，由于填料密度高，水渠過窄，導致污泥堵塞漂浮，池面污泥堆積。污泥活性低，MLVSS /MLSS值低，降低了缺氧池中異養(yǎng)菌的產(chǎn)量，反硝化效果差，影響了出水水質(zhì)。
缺氧池A2的配水方式是采用旋轉(zhuǎn)式配水器，這種配水器經(jīng)常發(fā)生泄漏，維修率高。缺氧池系統(tǒng)中水分分布不均，污泥容易沉淀，導致系統(tǒng)堵塞上海純水設(shè)備，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，導致反硝化效果下降。
2 改造方案確定
GB16171—2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》增加了總氮污染因子控制標準，焦化企業(yè)必須 進行改造，確保排水總氮達標。由于時間緊迫，為了盡快達到新標準要求，又不影響現(xiàn)有廢水處理裝置 穩(wěn)定運行，對原有廢水系統(tǒng)進行了改造，重點是對原有工藝中厭氧池、缺氧池內(nèi)填料進行改造，同時在原有AAOO工藝基礎(chǔ)上增加后置反硝化裝置，并對缺氧池中的布水器進行改造，改為布水板均勻布水南通純水設(shè)備。利用現(xiàn)有場地及裝置優(yōu)化成為AAO+AO生物接觸 氧化高效脫除總氮的工藝流程［2］，并驗證其脫氮效 果的可靠性。經(jīng)過對現(xiàn)場條件的調(diào)研與細致分析，形成如下方案。
(1)新增好氧池O1，與原有好氧池O1段前3 格組成新的O1。原有O1第4格和好氧池O21 格改造成新缺氧池A3，原有O2第2格改造成再曝氣池。好氧池O1出水全部進入回流沉淀池，回流 沉淀池的出水一部分流至回流水吸水井進入原有廢水處理流程純水設(shè)備，另一部分進入新建的給水井中，由泵提升至缺氧池A3中。
(2)再曝氣池出水自流進入現(xiàn)有二沉池進行泥水分離，上清液進入后續(xù)物化處理系統(tǒng)，污泥部分回流至再曝氣槽，部分輸送至污泥脫水系統(tǒng)進行脫水處理。
(3)為了解決原有厭氧池A1與缺氧池A2中存在的問題，經(jīng)過細致分析，借鑒公司總部缺氧池的設(shè)計方式將填料及布水方式進行改進，采用組合式填料，微孔布水板布水方式。
改造后的工藝流程見圖2(圖中粗線部分代表改造或新增設(shè)施)。
3 后置反硝化段裝置調(diào)試及運行
2013年10月完成設(shè)備改造，2013年11月到2014年1月完成1階段調(diào)試，2014年2月到2014年4月完成第2階段穩(wěn)定運行。
為了確保改造后的后置反硝化段調(diào)試不影響原有廢水處理裝置運行，同時縮短調(diào)試時間，制定了調(diào)試方案。系統(tǒng)調(diào)試的重點是后置反硝化段的調(diào)試、反硝化菌的馴化和培養(yǎng)。開工階段通過控制進水水 質(zhì)、水量，采用間歇進水、循環(huán)的方式進行培養(yǎng)、馴 化。首先采用低負荷運行，然后逐漸增加進水量純水設(shè)備，使反硝化菌穩(wěn)步適應(yīng)新的環(huán)境，促進反硝化菌生長、繁殖。
3.1 藥劑種類及數(shù)量
后置反硝化段調(diào)試過程中主要使用藥劑包括反硝化菌、碳源(乙酸鈉)，具體投加比例及數(shù)量見表2。
3.2 后置反硝化缺氧段調(diào)試與運行
后置反硝化缺氧池污泥生物膜、掛膜的培養(yǎng)及馴化采用間歇進水，在污泥馴化和培養(yǎng)過程中，將池內(nèi)廢水pH控制在7～9、DO＜0．5mg/L，并根據(jù)池內(nèi)水質(zhì)情況適當加入營養(yǎng)源(碳源)。馴化、培養(yǎng)具 體步驟如下。
(1)將1系缺氧池A2(或2系缺氧池A2)上清液利用潛水泵抽入2系缺氧池A3，待缺氧池A3的填料浸沒后停止進水，開旁通管直接進入好氧池O2。
(2)運轉(zhuǎn)缺氧池A3排泥泵實行內(nèi)循環(huán)，進行 掛膜，如必要可將回流沉淀池上清液或污泥排入缺氧池A3。
(3)向缺氧池A3注入碳源20%乙酸鈉溶液按4250mg/L(100%乙酸鈉溶液按850mg/L)投加，系統(tǒng)保有水量1600m3，因此應(yīng)向缺氧池A3中一次性連續(xù)投加乙酸鈉溶液6．8t。
(4)向缺氧池A3注入菌種，每次向菌種溶解上海純水設(shè)備 槽注入0．5m3工業(yè)水和50kg菌種，運轉(zhuǎn)攪拌機4h 后停止運轉(zhuǎn)，利用潛水泵抽入缺氧池A3。接種完畢后，按投加量2．952kg/d(處理水量100m3/h)進行 正常加藥。
(5)菌種投加第2天即向缺氧池A3進水，進 水量控制在5～10t/h，其余水量通過旁通管直接進 入好氧池O2。
(6)運轉(zhuǎn)乙酸鈉泵，向缺氧池A3注入乙酸鈉，初期濃度控制在4250mg/L。馴化初期乙酸鈉溶液確保過量，保證后置反硝化反應(yīng)充分進行，盡快實現(xiàn)總氮達標，但同時也要關(guān)注二沉池出水COD和外排水COD指標，保證在馴化期間南通純水設(shè)備，外排水不超標，然后逐漸摸索乙酸鈉加藥的最佳點。采樣分析后，視分析數(shù)據(jù)再調(diào)整乙酸鈉注入濃度。
(7)觀察A3池面氣泡逸出情況以及掛膜情況，有氮氣氣泡逸出時，提高進水量。
(8)待缺氧池A3出口上清液的總氮達標后，將流量逐步提高至100m3/h，并相應(yīng)調(diào)整藥劑量。
(9)將反硝化菌和碳源(乙酸鈉)投加到A3給水井純水設(shè)備，A3給水井出水送至缺氧池A3，該裝置重點關(guān) 注項目及控制標準見表3。
4 后置反硝化好氧段O2調(diào)試與運行
4.1 原水總氮數(shù)據(jù)分析
2013年11月～2014年1月為裝置調(diào)試階段，對裝置進行調(diào)試及每周跟蹤監(jiān)測，原水總氮數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定在300mg/L以下，少量數(shù)據(jù)由于原水波動超過 300mg/L，略高于前期調(diào)研數(shù)據(jù)。
4.2 排水總氮數(shù)據(jù)分析
在后置反硝化污泥馴化及調(diào)試開始的2個月，數(shù)據(jù)基本沒有明顯變化。 2014年1月后置反硝化段區(qū)域運行穩(wěn)定，從2014年1月7日開始廢水裝置外排水總氮指標逐步下降，1月底完成全部調(diào)試，達到總氮30mg/L的控制要求。
5 后置反硝化穩(wěn)定運行數(shù)據(jù)分析
2014年2～4月在前3個月調(diào)試的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化藥劑及過程控制參數(shù)，控制總氮達到 20mg/L。
5.1 原水總氮數(shù)據(jù)分析
從2014年2月開始裝置已經(jīng)運行穩(wěn)定，跟蹤2014年2～4月的原水總氮數(shù)據(jù)，原水總氮基本穩(wěn)定在350mg/L以下，少量數(shù)據(jù)由于原水波動超過 350mg/L，整體數(shù)據(jù)略高于前期調(diào)研數(shù)據(jù)。
5.2 排水總氮數(shù)據(jù)分析
2014年2月開始廢水裝置調(diào)試全部完成，排水監(jiān)測數(shù)據(jù)已全部達到GB16171—2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》中總氮20mg/L的控制標準。
6 總氮脫除效果及成本核算
6.1 脫除效果數(shù)據(jù)
為了確定后置反硝化改造前后廢水總氮的脫除效果，分別取2013年2～4月(改造前)、2013年11月～2014年1月(調(diào)試期)2014年2～4月(穩(wěn)定運行期)各3個月的總氮監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)原水控制在200～300mg/L范圍內(nèi)時純水設(shè)備，改造前、調(diào)試期及穩(wěn)定運行期二沉池硝酸鹽氮及排水總氮逐步降低南通純水設(shè)備，總氮脫除效率逐步提高實驗室純水設(shè)備，改造前后總氮脫除 效率由原來的58%提高到95%，并且排水中的總氮能夠穩(wěn)定控制在20mg/L以下，具體數(shù)據(jù)見表5。
6.2 成本核算
由于后置反硝化裝置設(shè)計為自流式，主要的運行成本為藥劑成本，增加的藥劑主要是反硝化菌和乙酸鈉，穩(wěn)定運行期藥劑消耗成本為4．36元/(t·水)，后置反硝化裝置藥劑成本為廢水全流程處理工藝藥劑 成本的1/3，詳細成本核算見表6。
7 結(jié)論
(1)通過對原有廢水系統(tǒng)厭氧池、前置反硝化缺氧池填料優(yōu)化改型實驗室純水設(shè)備，同時增加后置反硝化裝置，可以將總氮脫除效率由原來的58%提高到95%以上，焦化排水總氮達到20mg/L的國標要求。
(2)通過后置反硝化運行成本核算，后置反硝化段藥劑成本約為4．36元/(t·水)。
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