工業(yè)廢水經(jīng)處理后回用已成為工業(yè)企業(yè)節(jié)水減排的主要方式。不同的回用途徑，其對(duì)水質(zhì)要求不同，處理工藝也不相同。新疆某石化公司以低濃度生產(chǎn)廢水和裝置污染區(qū)的初期雨水為回用水處理水源，經(jīng)處理后用作電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，要求出水氨氮質(zhì)量濃度小于1mg/L。該污水回用處理項(xiàng)目的生化處理采用純氧曝氣+Linpor-N工藝。本研究針對(duì)Linpor-N池實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，總結(jié)了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響氨氮去除率的因素進(jìn)行分析，摸索出合適的運(yùn)行參數(shù)，以期指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。
1、廢水回用處理系統(tǒng)
該廢水回用處理系統(tǒng)主要處理煉油裝置、乙烯裝置及電廠排出的低濃度生產(chǎn)廢水和裝置污染區(qū)的初期雨水，處理規(guī)模為14400m3/d，ρ(CODCr)≤300mg/L、ρ(氨氮)≤10mg/L、ρ(鹽)≤1000mg/L、ρ(油)≤30mg/L，處理后回用作電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，水質(zhì)達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB2011—09中水回用指標(biāo)，具體數(shù)值如表1所示。
1.1 回用水處理工藝流程
企業(yè)廢水排入污水處理廠，首先進(jìn)行均質(zhì)調(diào)節(jié)，停留時(shí)間為12h，以充分均勻水質(zhì)，再將pH值調(diào)節(jié)至6～9，經(jīng)兩級(jí)氣浮將懸浮物和浮油分別降至30、10mg/L以下，進(jìn)入純氧曝氣單元降解CODCr和氨氮，再進(jìn)入Linpor-N池進(jìn)一步降低氨氮，最終經(jīng)流砂過(guò)濾和活性炭過(guò)濾后達(dá)標(biāo)回用，工藝流程如圖1所示。
1.2 Linpor-N工藝系統(tǒng)
Linpor-N工藝是將多孔聚氨脂海綿裝入好氧池中(海綿填料為1.5cm×1.5cm×1.2cm塊狀結(jié)構(gòu)，相對(duì)密度約為1，比表面積大于1000m2/m3)，微生物在填料表面和內(nèi)部生長(zhǎng)，以及以懸浮絮體的形式生長(zhǎng)，池底設(shè)置微孔曝氣器，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)提供好氧微生物所需的氧氣，好氧菌和厭氧菌在水體內(nèi)共同作用，達(dá)到去除氨氮的目的，池體配置氣動(dòng)脫膜泵，人工定期開(kāi)啟將填料上的老化污泥脫出，以滿足硝化細(xì)菌的新陳代謝周期要求。
Linpor-N工藝具有如下特點(diǎn)：
(1)氧利用率高。該工藝采用微孔曝氣的方式，將280根薄膜曝氣軟管在池底均勻分布，該薄膜曝氣軟管氧轉(zhuǎn)移率可達(dá)15g[O2]/(m3•m•h)，氧氣被剪切成微小氣泡從池底鼓入，更易于被微生物吸收，曝氣過(guò)程中能對(duì)水體起到較好的水力攪拌作用，氧利用率能達(dá)到20%~30%。
(2)脫氮效果好。Linpor-N工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法的優(yōu)點(diǎn)，依靠曝氣作用使填料處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長(zhǎng)的生物膜系統(tǒng)。氣-固-液三相狀態(tài)結(jié)合，增大接觸面積，強(qiáng)化傳遞過(guò)程，填料受到?jīng)_刷，可保持生物膜活性。由于有機(jī)物濃度較低，具有適合于硝化菌生長(zhǎng)的良好環(huán)境條件，不存在異養(yǎng)菌與硝化菌的競(jìng)爭(zhēng)作用，故其硝化效果好。
Linpor-N池中，微生物在填料表面和內(nèi)部吸附生長(zhǎng)，能同時(shí)滿足好氧菌和厭氧菌的生長(zhǎng)條件，NO2-和NO3-直接在好氧及厭氧生物界面轉(zhuǎn)移，效率得到很大提高，脫氮效果較傳統(tǒng)的A/O法、SBR法等有較大優(yōu)勢(shì)，且占地面積小。
(3)產(chǎn)泥量小。Linpor-N池設(shè)置在純氧曝氣單元后，進(jìn)水CODCr、SS濃度相對(duì)較低，由于較低的有機(jī)負(fù)荷，僅約0.1kg[BOD5]/(kg[MLSS]•d)，剩余污泥產(chǎn)量很少，硝化菌大部分附著、生長(zhǎng)于載體上，延長(zhǎng)了污泥齡，一部分剩余污泥通過(guò)氣動(dòng)脫膜泵從填料上脫落，隨出水流出Linpor-N池。
脫膜系統(tǒng)是為了防止填料上污泥老化而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用水射器原理，利用氣流將池底密度較大、掛膜較多的填料抽提上來(lái)，經(jīng)過(guò)提升管道的變徑擠壓作用，使填料上老化的污泥脫落，而達(dá)到微生物膜新老更替的目的。
2、Linpor-N池運(yùn)行控制
2.1 溶解氧
由于硝化細(xì)菌為專(zhuān)性好氧自養(yǎng)菌，硝化反應(yīng)的直接電子受體為O2，缺氧將直接導(dǎo)致硝化作用的下降，從而影響氨氮的去除。該公司2017年9月3~11日的Linpor-N池運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。9月5~9日，Linpor-N池鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，出口風(fēng)量有所下降，由900m3/h降至300m3/h左右，導(dǎo)致Linpor-N池溶解氧濃度降低，不滿足有機(jī)物氧化及硝化所需氧氣量，最終導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)。
針對(duì)當(dāng)前水質(zhì)，為滿足有機(jī)物去除和硝化階段的需要，該Linpor-N池鼓風(fēng)量應(yīng)控制在900m3/h左右，確保Linpor-N池溶解氧質(zhì)量濃度控制在4.0mg/L左右。
2.2 pH值
Linpor-N池進(jìn)水pH值為6.8～8.4，滿足硝酸菌的生長(zhǎng)要求，但硝化反應(yīng)會(huì)消耗一部分堿度，導(dǎo)致水體pH值降低，從而影響微生物生長(zhǎng)，因此必須控制合適的pH值。2017年9~12月Linpor-N池pH值與出水氨氮平均值對(duì)比如圖2所示。
pH值的高低直接影響微生物體內(nèi)酶的活性，從而影響處理效果。從Linpor-N池的運(yùn)行結(jié)果看，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的正常生長(zhǎng)繁殖所需的適合pH值應(yīng)控制在7.5～8.0，pH值過(guò)低或過(guò)高，硝化反應(yīng)將受到嚴(yán)重影響。
2.3含鹽量
2017年10月6~10日的Linpor-N池的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。
從表3數(shù)據(jù)看，Linpor-N池10月6~8日受高鹽水沖擊，導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)。
水體含鹽量大幅度升高導(dǎo)致滲透壓劇增，微生物的活性降低，甚至?xí)虼嗣撍劳?。目前，硝化?xì)菌已適應(yīng)電導(dǎo)率為800~1300μS/cm的低鹽水質(zhì)，并能維持較好的處理效果。
2.4 污泥齡(SRT)
硝化細(xì)菌為自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)速度緩慢，世代時(shí)間較長(zhǎng)。為保持硝化菌群在微生物中的比例，必須保證SRT大于硝化細(xì)菌最短的世代時(shí)間，但也不易過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)易導(dǎo)致污泥老化，硝化系統(tǒng)失效。該公司Linpor-N池有一段時(shí)間填料脫膜泵出現(xiàn)故障，長(zhǎng)期未執(zhí)行Linpor-N池填料脫膜，導(dǎo)致Linpor-N池填料污泥老化，脫氮效果嚴(yán)重下降，氨氮去除率僅為14.3%，出水平均質(zhì)量濃度為5.3mg/L，遠(yuǎn)未達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)填料脫膜泵的修復(fù)啟用后，控制SRT為15d，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌新生繁殖，處理效果逐漸體現(xiàn)，氨氮去除率達(dá)到90.3%，最終出水氨氮合格。自2017年以來(lái)，不同SRT條件下，Linpor-N池對(duì)氨氮去除效果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。
Linpor-N池通過(guò)定期啟動(dòng)脫膜泵，控制污泥齡在適宜的范圍內(nèi)，使新生的硝化、反硝化細(xì)菌代替老化污泥占據(jù)主導(dǎo)地位，脫氮處理效果較好。
2.5 進(jìn)水碳氮比
該公司2017年10月20日～11月10日進(jìn)水氨氮及處理效果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。Linpor-N池正常運(yùn)行時(shí)平均進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為6mg/L左右，10月26日Linpor-N池進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度降為2mg/L，10月27日~11月5日期間，進(jìn)水氨氮平均質(zhì)量濃度為3.31mg/L。進(jìn)水氨氮濃度突然降低后，出水氨氮濃度升高，甚至出現(xiàn)出水氨氮高于進(jìn)水氨氮的現(xiàn)象。
Linpor-N池進(jìn)水m(BOD5)/m(TKN)是影響硝化效果的一個(gè)重要因素。m(BOD5)/m(TKN)與硝化菌所占比例關(guān)系如表4所示。m(BOD5)/m(TKN)越大，活性污泥中硝化細(xì)菌所占的比例越小，硝化速率也就越低;反之，m(BOD5)/m(TKN)越小，硝化速率越高。
為恢復(fù)硝化細(xì)菌的活性，2017年11月2日在Linpor-N池進(jìn)水投加60kg尿素后，情況好轉(zhuǎn)，氨氮去除率得到提高。
m(BOD5)/m(TKN)對(duì)脫氮效果影響較大，其值過(guò)高或過(guò)低均不滿足脫氮需要，過(guò)低會(huì)導(dǎo)致反硝化碳源不足，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致硝化細(xì)菌生長(zhǎng)受到抑制，一般將m(BOD5)/m(TKN)控制在3～5。
3、綜合利用
Linpor-N池出水經(jīng)流砂過(guò)濾、活性炭過(guò)濾等進(jìn)一步去除SS和CODCr后，達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB2011—09中水回用指標(biāo)，經(jīng)殺菌消毒后作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢水的循環(huán)利用，有很大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境價(jià)值。
4、結(jié)論
Linpor-N池對(duì)氨氮的去除效果，主要受溶解氧、pH值/堿度、含鹽量、污泥齡、碳氮比等參數(shù)的直接影響。新疆某石化公司Linpor-N池運(yùn)行參數(shù)宜控制為：溶解氧質(zhì)量濃度為4.0mg/L左右，pH值為7.5～8.0，維持SRT在15d，控制進(jìn)水的m(BOD5)/m(TKN)=3～5。同時(shí)控制進(jìn)水電導(dǎo)率在800~1300μS/cm。此運(yùn)行條件下，處理出水的氨氮質(zhì)量濃度小于1mg/L。( >
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