缺氧/厌氧/微氧/好氧工艺处理氮肥生产废水

    内容简介：我国氮肥生产企业长期以来排放废水中有机物与总氮的比值仅为1～2，不能满足在A2/O2系统中，由于存在多个不同运行条件的功能区，且较倒置A2/O工河南某大中型煤化工企业的生产能力已分别达到24×104t/a合成氨、40该企业采用A2/O2工艺处理综合废水，设计规模为15000m3/d，工艺调试完成后，对A2/O2工业化装置进行3个月的连续监测，考察其对COD、监测期间各污染物的去除率都有随着污泥负荷升高而升高的趋势。COD负荷多集在运行期间系统内SVI值比较稳定，基本都在60～100mL/g之间。虽然废水首先进入缺氧池，与来自好氧池的混合液以及来自二沉池的回流污泥混合，氨厌氧池接收了来自缺氧池的出水及微氧池150%的混合液，氨氮浓度进一步稀释微氧池中DO约为0．6mg/L，厌氧池出水带来的COD和氨氮在有氧环境下好氧池中DO浓度均值为2．2mg/L;受硝化过程碱度消耗影响，其pH值下借鉴城市污水处理厂比能耗分析的方法，对废水处理站内A2/O2系统的用电设废水处理站A2/O2系统吨水比能耗和COD比能耗分别达到0．43kW.h①采用A2/O2工艺处理氮肥工业废水(15000m3/d)，在实际处理负②稳定运行期间，COD、氨氮和总氮污泥负荷分别为0．02～0．07kgC③控制微氧池DO值为0．6mg/L、pH值为7．8，并提高其混合液回流比④A2/O2系统吨水和COD比能耗分别达到0．43kW.h/m3和1．5



我国氮肥生产企业长期以来排放废水中有机物与总氮的比值仅为1～2，不neng(能)满足常规脱氮工艺对处理水zhi(质)碳氮比的需求，因此常需要额外投加甲醇等有机物对碳源进行补充，处理成本过高; 而目前，国内外对适用于低碳氮比废水的如短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等新型脱氮工艺多处于實验室研究階段，工程应用实例很少。因此，作者从实际污水处理厂倒置A2/O 工艺系統中好氧区部分区段在控制低浓度DO 运行时其脱氮效果明显提高的現象中受到启示，并结合好氧区低溶解氧区域分布与总氮去除率关系初步分析结果，提出que(缺)氧/厌氧/微氧/好氧工艺(A2/O2 工艺)，在中試取得较好生物脱氮效果的基础上，应用于河南某氮肥hua(化)工企业废水处理站(15 000 m3/d)。运行结果表明，在不额外投加碳源的条件下，出水COD、氨氮、总氮等水质指标均达到國家和河南省《合成氨工业水污染物排放标准》。

在A2/O2 系統中，由于存在多个不同运行条件的功能區，且较倒置A2/O 工艺增加了yi(一)个微氧區向厌氧区的混合液回流，因此其运行状况更加复杂，各种氮化合物濃度在不同功能区中由于稀释he(和)降解而变化多样。为深入了解该系统的运行情况，依据系统处理效果、各功能区碳源消耗、氮化物浓du(度)沿程分布和运行参數变化，对其反应过程进行分析，证实了A2/O2 工艺生物脱氮过程具有短程硝化反硝化的特征。借鉴城市污水chang(厂)中的比能耗指标对A2/O2生物處理系统进行能耗分析，为国内同类废水生物脱氮處理ti(提)供借鉴。

1 工程概况
1. 1 原水水质
河南某大中型煤化工企业的生产能力已分别达Dao(到)24×104 t/a 合成氨、40×104 t/a 尿素、6×104 t/a精甲醇、6×104 t/a 甲胺和6×104 t/a 二甲基甲酰胺(DMF)。实际综合排水和设计处理水质见表1。废水碳氮比在1～2 的范圍内波动，具有明显的低碳氮比水质te(特)征; 综合排水具有较好的可生化性(B/C值約为0．45)，可为废水生物脱氮处理提供第一类碳源。

1. 2 A2/O2 工艺系统
该企业采用A2/O2 工艺處理综合废水，设计gui(gui(规))模为15 000 m3/d，工艺流程见图1。該工艺是在现有倒置A2/O 工艺的基础上，通过控zhi(制)微氧池中DO浓度、pH 值，并zeng(增)加微氧池至厌yang(氧)池的混合液回流来使短程硝化反硝化成为系统脱氮的主要途径之一，实现低碳氮比氮肥生产废水高效低耗tuo(脱)氮。废水首先进入缺氧池，与回流污泥及来自好氧池的回流液混合进行反硝化脱氮。然后进入厌氧池，在此与来自微氧池的回流液混合进行短程反硝化; 厌氧池中安装填料，为厌氧氨氧化的发生提gong(供)一定的可能性。接着废水进入微氧池中进行以短程硝化为主的硝化反应，反应后的出水进入好氧池中进行全程硝化反應。通过以上生物组合池的處理后，废shui(水)中大部分氨氮、总氮和有机物被去除。

各反应池设计运行参數如表2 所示。系統内污泥浓度维持在2 000～3 000 mg/L，监测期间水溫为20～30 ℃。

2 結果與討论
2. 1 A2/O2 工艺对污ran(染)物的去除效果
调试完成后，对A2/O2 工業化装置进行3 个月的连續监測，考察其对COD、氨氮和总氮的处理效果。监测期間进水COD、氨氮和总氮的变化幅度均较大，且COD超出设ji(计)進水水质下限频率為95．6%，氨氮和总氮超出设计进水水质上限頻率为7%和5%，表明实际水质碳氮比明顯低于设计水質。在此情况下，出水COD、氨氮和总氮分别满足50、15 和50 mg/L 排放标準限值的达标率依次为94．2%、94．7%和90．2%，表明A2/O2 工艺对COD、氨氮和总氮具有良好的去除效果和较好的抗冲击负荷能力。

2. 2 污泥负荷與处理效果关xi(系)
监测期间各污染物的去除率都有随着污泥负荷升高而升高的趋势。COD负荷多集中在0．02～0．07kgCOD/(kgMLSS.d) 范围内，去除率约為65%～90%; 氨氮和总氮负荷分别集中在0．01～0．04kgNH3-N/(kgMLSS.d ) 和0．02～0．05kgTN/(kgMLSS.d) 范围内，去除率分别为90%～97%和56%～73%。总体来说，在监测期间污染物能够得到较好的去除，这也为同类工程设计和运行提供了借鉴。

2. 3 污泥沉降性能
在运行期间系统内SVI 值比较稳定，基本都在60～100 mL/g 之间。虽然微yang(氧)池中DO 浓度平均只有0．6 mg/L，但由于其后端好氧池内DO 浓度维持在较gao(高)水平(2．2 mg/L)，并且停留时间达到9 h，因此并未对污泥的沉降性能造cheng(成)显著的影响，有效避免了常规低DO 条件下短程硝化反硝化工艺中常見的污泥膨胀问题。

2. 4 COD、氮化合物浓度和控制参数沿程分布
在稳定運行状态下，对A2/O2 系统各功能区中COD和各類氮化合物濃度及运行控制参数进行30d 连续监测，其平均值结果如圖2 所示。

废水首先進入que(缺)氧池，与來自好氧池的混合液以及来自二沉池的回流污泥混合，氨氮浓度大幅下降。好氧池混合液带来的大量NOx--N，在缺氧池DO 均值为0．2 mg/L 条件下可充分利用进水中的碳源进行反硝化反应。根据碳平衡计算可知，约44．6%的COD是在que(缺)氧区中经反硝化降解的。由于反硝化過程中会产生一定的碱度，缺氧池中pH值保持在7．6 zuo(左)右。

厌氧池接收了来自缺氧池的出水及微氧池150%的混合ye(液)，氨氮浓度进一步稀释。同时，厌氧池集中了来自缺氧池和wei(微)氧池中大量的NOx--N，在厌氧池中(DO 值約为0．16 mg/L) 利用剩余碳yuan(源)可进行进一步的反硝化fan(反)应，使得约27．8%的COD得以去除。值得注意的是，由于来自微氧池回流液的NOx--N中约50%为NO2--N，其反硝化过程所需碳量较NO3--N减少40%左右，因此可有效减少系统碳的消耗，实现不外加碳源条件下TN 的达标排放。另外，来自微氧池的低pH 值回流混合液部分抵消了反硝化過程产生的碱度，使得厌氧池内pH值从7．6 降至7．4。

微氧池中DO 約为0．6 mg/L，厌氧池出水带来的COD和氨氮在有氧环境下可分別发生碳化反应和硝化反应。但是由于该废水本身COD浓度较低，在之前缺氧区和厌yang(氧)区中的反硝化过程中又消耗了大部分，因此微氧池中COD浓度较厌氧池zhong(中)下降的幅度很小，仅wei(为)22．9%; 而氨氮浓度下降约40%。通过对亞硝酸盐和硝酸盐的浓度进行比较可以看出，微氧区内的亚硝酸盐積累率達到48% 左右，接近短程硝化反硝化的判断標准(50%) 。這主要是因为较低的DO 浓度(DO＜1．0 mg/L) 對硝化细菌的抑制程度大于ya(亚)硝化菌，更有利于亚硝化菌的富集。另外，由于亚硝化菌的真正基质FA 对硝化细菌也具有明显的抑制作用，所以在微氧池内投加碱度保持pH 值在7．8 左右，可使FA 浓度(0．95 mg/L) 处于硝化菌的抑制范圍而不会对亚硝化菌产生影响。因此通過DO 和pH 值控制，可强化微氧池内短程硝hua(化)反应的进行，为整个A2/O2 系统的高效低耗脱氮打下基础。在A2/O2 工藝的小试中，保持tong(同)样的运行条件可使微氧区的亚硝酸盐积累率達到90%以上，可是在实际工程应用中由于其水量水质波动均较大，因此亚硝酸盐積累率只能达到48%左右，但是从前述处li(理)效果可以看出，其已可较好地满足实际工程对出水达标排放的要qiu(求)。

好氧池中DO 浓度均值为2．2 mg/L; 受硝化过程碱度消耗影响，其pH 值下降至7．2。在此条件下硝化細菌占据优势地位，因此可将来自微氧池的NO2--N和氨氮充分氧化为NO3--N，其亚硝酸盐积累率下降至23．2%，恢复全程硝化运行。由于在之前微氧池中可生物降解的COD基本已经消耗殆盡，因此好氧池中COD浓度基ben(本)没有变化; 而氨氮經好氧池进一步硝化处理后，出水從14．7 mg/L 降至5．1 mg/L，保证了出水氨氮的达标排放，这說明A2/O2 系统中好氧池De(的)設置是十分必要的。

2. 5 A2/O2 生物处理系统能耗分析
借鉴城市污水处理厂比能耗分析的方法，对废水处理站内A2/O2 系统的用电设备进行了实际电耗检測，取三次检测耗电量均值统计其比能耗，即吨水处li(理)电耗ji(及)处理1kgCOD、氨氮、总氮电耗等，结果如图3 所示。

废水处理站A2/O2 系统吨水比能耗和COD比能耗分别达到0．43 kW.h/m3 和1．51 kW.h/kg，氨氮和总氮比能耗分别为3．43 kW.h/kg 和2．94kW.h/kg。工程应用表明: A2/O2 工艺是一种较为节能的氮肥生產废水生物脱氮处理工藝。

3 结论
①采用A2/O2 工藝处理氮肥工业废水(15 000 m3/d)，在实際处理负荷变化较大的情况下，出水COD、氨氮、总氮等指标可满足国家和he(河)南省《合成氨工业水污染物排放标准》。
②稳定运行期间，COD、氨氮和总氮污泥负荷分别为0．02～0．07kgCOD/(kgMLSS.d)、0．01～0．04kgNH3-N/(kgMLSS.d) 和0．02～0．05kgTN/(kgMLSS.d)，其去除率基本可稳定在65%、90%和56%以上，并可有效避免低DO 条件下污泥沉降性能不佳的问题。
③控制微氧池DO 值为0．6 mg/L、pH 值wei(为)7．8，并提高其混合液回流比至150%，亚硝酸盐积累率达到48%，处理系統可实现短程硝化反硝化运行。
④ A2/O2 系统吨水和COD比能耗分别达到0．43 kW.h/m3 和1．51 kW.h/kg，氨氮和总氮比能耗分bie(别)为3．43 kW.h/kg 和2．94 kW.h/kg，该工艺在处理氮肥化工废水脱氮过程中实現了低能耗运行。