化工廢水脫氮處理AO工藝

四川某鈦業(yè)公司以硫酸法生產(chǎn)鈦白粉，產(chǎn)生大量44~48℃的酸性廢水。該廢水經(jīng)電石渣中和后采用氯氧化脫氮，出水氨氮達(dá)到15mg/L以下，總氮在35mg/L以下，運(yùn)行成本較高。現(xiàn)出水水質(zhì)要求執(zhí)行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB51/2311―2016）中“工業(yè)園區(qū)集中式污水處理廠”標(biāo)準(zhǔn)，即氨氮≤3mg/L、總氮≤15mg/L，需對(duì)氨氮和總氮進(jìn)一步處理?？紤]到原有氯氧化工藝的脫氮運(yùn)行費(fèi)用較高，且無(wú)法保證總氮達(dá)標(biāo)，而較高溫度的廢水先降溫后處理會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)排水的鈣離子含量高，可能導(dǎo)致冷卻塔結(jié)垢嚴(yán)重，影響穩(wěn)定運(yùn)行，因此進(jìn)行生化脫氮十分必要。有報(bào)道指出，溫度是影響生物脫氮的重要因素之一，較高溫度下活性污泥仍表現(xiàn)出較高的生物活性?；诖?，筆者以AO活性污泥法為主體工藝處理鈦業(yè)化工廢水，逐步提高水力負(fù)荷，考察處理效果，以期為化工廢水的低成本運(yùn)行提供指導(dǎo)和參考。

1、材料與方法

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

某鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的酸性廢水經(jīng)電石渣中和后作為試驗(yàn)進(jìn)水，其pH為7.54~9.84、COD為36.6~71.4mg/L、NH3-N為6.5~17.8mg/L、TN為11.1~27.8mg/L、TP約為0.2mg/L，因TP滿足DB51/2311―2016規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，故試驗(yàn)中未考慮TP。

1.2 試驗(yàn)裝置

AO中試工藝流程如圖1所示。中試裝置主體設(shè)備尺寸為2.5m×5m×2.5m，生化有效容積約6.5m3。池體材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)計(jì)處理水量為0.4m3/h，水力停留時(shí)間約16.25h。試驗(yàn)期間，進(jìn)水提升至缺氧池，依次經(jīng)過(guò)好氧池和沉淀池，經(jīng)泥水分離后出水，污泥由沉淀池回流至缺氧池前端。

1.3 運(yùn)行條件

試驗(yàn)進(jìn)水溫度在18~49℃，DO控制在3.5~4.5mg/L，混合液回流和污泥回流總比例控制在150%~200%，穩(wěn)定運(yùn)行期間嚴(yán)格控制在150%，其中污泥回流比為60%，混合液為90%。接種污泥為新樂(lè)市某污水處理廠好氧池污泥，由于進(jìn)水碳源較低，運(yùn)行期間污泥質(zhì)量濃度約2000mg/L。試驗(yàn)期間各階段進(jìn)水流量如表1所示。

2、結(jié)果與討論

試驗(yàn)于2020年3月27日開(kāi)始，6月4日結(jié)束。試驗(yàn)期間測(cè)定進(jìn)、出水的COD、NH3-N、TN，每天上、下午測(cè)定進(jìn)、出水及A池系統(tǒng)的溫度。

2.1 試驗(yàn)期間溫度變化情況

試驗(yàn)期間溫度變化情況如圖2所示。圖中均為白天（上午溫度較低時(shí)段和下午溫度較高時(shí)段）的測(cè)定值。

由圖2可見(jiàn)，試驗(yàn)期間系統(tǒng)溫度總體呈上升趨勢(shì)，進(jìn)水溫度變化較大主要是環(huán)境溫差造成的，系統(tǒng)溫度、出水溫度與進(jìn)水溫度呈相同變化趨勢(shì)。進(jìn)水溫度最高可達(dá)49℃，系統(tǒng)溫度最高達(dá)40.8℃，出水溫度最高達(dá)37.4℃。

2.2 COD去除效果

試驗(yàn)期間對(duì)進(jìn)出水的COD進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，污泥馴化培養(yǎng)初期進(jìn)水流量為0.2m3/h，第5天提升進(jìn)水流量至0.3m3/h，出水水質(zhì)急劇下降，主要是因?yàn)槲勰辔赐耆m應(yīng)環(huán)境。將進(jìn)水流量調(diào)低至0.2m3/h進(jìn)行適應(yīng)培養(yǎng)，調(diào)整3d后出水指標(biāo)降低。為保證調(diào)試循序漸進(jìn)，降低進(jìn)水負(fù)荷增加梯度，增加了0.25m3/h的過(guò)渡期，后將進(jìn)水流量調(diào)至0.3、0.4、0.5m3/h，此時(shí)出水COD在25~35mg/L，均能滿足出水要求。試驗(yàn)進(jìn)行到約50d時(shí)，進(jìn)水溫度維持在40℃以上，溫度較高，但出水COD也能達(dá)到排放要求。原因在于活性污泥在17~40℃之間均能保持較高的生物活性，具有較好的去除效果。此外，從進(jìn)水流量為0.5m3/h的運(yùn)行效果來(lái)看，即使系統(tǒng)受到?jīng)_擊，出水COD在25~35mg/L，可滿足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB51/2311―2016）中的“工業(yè)園區(qū)集中式污水處理廠”標(biāo)準(zhǔn)要求（COD≤40mg/L）。

2.3 氨氮去除效果

系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖4所示。

由圖4可知，污泥馴化培養(yǎng)初期接種活性污泥未能很好地適應(yīng)環(huán)境，出水氨氮不達(dá)標(biāo)。第5天提升進(jìn)水流量至0.3m3/h后，出水氨氮急劇升高，主要原因是進(jìn)水負(fù)荷提升，水力停留時(shí)間縮短，污染物未來(lái)得及降解即隨出水排出。將進(jìn)水流量調(diào)回至0.2m3/h進(jìn)行適應(yīng)培養(yǎng)后，出水氨氮達(dá)標(biāo)。此后逐步提升進(jìn)水流量至0.5m3/h，系統(tǒng)對(duì)氨氮仍有較好的去除效果，出水氨氮基本維持在0.2~1.5mg/L，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求（≤3mg/L），說(shuō)明水量沖擊對(duì)系統(tǒng)無(wú)明顯影響。進(jìn)水溫度持續(xù)維持在45℃左右，出水氨氮由0.1~0.2mg/L升至0.8~1.0mg/L，說(shuō)明高溫對(duì)氨氮的去除有一定影響。

2.4 總氮去除效果

工程經(jīng)驗(yàn)表明，反硝化1kg硝態(tài)氮需要至少5kgCOD。試驗(yàn)進(jìn)水的碳氮比平均為2.7，且進(jìn)水中有部分COD為難降解有機(jī)物，因此實(shí)際可利用的碳源量更低。在缺氧池中投加工業(yè)級(jí)乙酸鈉，考察不同質(zhì)量濃度的乙酸鈉對(duì)總氮去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，在污泥馴化初期投加52mg/L乙酸鈉，出水無(wú)法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求；增加乙酸鈉質(zhì)量濃度至100mg/L，污泥適應(yīng)幾天后出水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。增大碳氮比可提供更多電子供體進(jìn)行反硝化，增強(qiáng)脫氮效果。其中e階段出水總氮可穩(wěn)定在5mg/L左右，為降低成本，逐步降低乙酸鈉質(zhì)量濃度至55mg/L，出水總氮在8~10mg/L，可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求（≤15mg/L）。

3、運(yùn)行費(fèi)用及成本分析

運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、污泥處置費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)等，由于是中試試驗(yàn)，僅對(duì)生化部分藥劑費(fèi)和電費(fèi)進(jìn)行核算。

藥劑費(fèi)主要為工業(yè)乙酸鈉（碳源）的費(fèi)用。工業(yè)乙酸鈉價(jià)格為3000元/t，按中試最低碳源投加量55mg/L計(jì)算，則碳源費(fèi)用為0.365元/t。電費(fèi)：中試用電設(shè)備主要包括：進(jìn)水泵（0.37kW）、2臺(tái)潛水?dāng)嚢璞茫?/span>0.01kW×2）、鼓風(fēng)機(jī)（0.75kW）、污泥回流及混合液回流泵（0.05kW×2），處理水量0.4m3/h，工業(yè)電費(fèi)按0.6元/kW?h計(jì)，則電費(fèi)成本為0.263元/t。綜上，中試的運(yùn)行成本為0.628元/t。

4、結(jié)論和建議

（1）AO工藝對(duì)某鈦業(yè)生產(chǎn)企業(yè)排放化工廢水中的COD、氨氮和總氮有較好的處理效果，出水COD為25~35mg/L，氨氮在1mg/L以下，總氮為6~9mg/L，可滿足DB51/2311―2016《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》“工業(yè)園區(qū)集中式污水處理廠”的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）在進(jìn)水溫度達(dá)49℃、系統(tǒng)溫度達(dá)40.8℃的條件下，接種活性污泥經(jīng)馴化后，硝化、反硝化作用穩(wěn)定，能夠達(dá)到脫氮要求。

（3）進(jìn)水總氮較高時(shí)，投加55mg/L碳源，出水總氮在8~10mg/L，能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。運(yùn)行成本（含藥劑費(fèi)與電費(fèi)）可控制在0.628元/t。（來(lái)源：嘉誠(chéng)環(huán)保工程有限公司，河北省污水治理與資源化技術(shù)創(chuàng)新中心，污水治理與水體修復(fù)工程研究中心）