中华环保互联网-化学沉淀法－A/O工艺处理合成氨有机废水的工程设计

化学沉淀法－A/O工艺处理合成氨有机废水的工程设计
山东某化工集团是一个集肥料、化工、科研、商贸流通、农化服务于一体的国有大型企业，该集团氮肥分厂废水主要是合成氨废水，日排废水1100m3,另有100m3/d的生活污水。原污水处理设施只对外排废水做沉淀处理，故废水中的污染物质如氨氮、氰化物、COD等还不能达到排放标准，造成水体“富营养化”和水中生物中毒，对当地水环境造成了较大污染。根据该厂实际情况，采用“化学沉淀法－A./O”工艺处理废水取得了良好效果。
1. 废水来源
废水主要产生于造气、合成和冷凝过程中，该废水的主要特征污染物为氨氮。
2. 方案的确定
2.1  设计原水水质：COD≤260 mg/L ，PH：7~9 ，SS≤400 mg/L ，
氰化物≤2.0 mg/L，氨氮≤500 mg/L ，挥发酚≤.1.50 mg/L ，硫化物≤2.0 mg/L 。
2.2  处理水质标准：COD≤200 mg/L ，PH：6~9 ，SS≤200 mg/L ，
氰化物≤1.0 mg/L,氨氮≤150 mg/L, 挥发酚≤.0.20 mg/L ，硫化物≤1.0 mg/L 。
2.3  在预处理阶段采用化学沉淀法，在废水中加入硫酸亚铁，在PH值为7.5～10.5的范围内，将氰化物转化为无毒的铁氰配合物。监测进水PH值为8.26（在7.5～10.5之间），符合要求。

在生化阶段采用传统的生物脱氮方法，常用的生物脱氮方法有前置生物脱氮法(A/O工艺)和后置生物脱氮法。后置生物脱氮法占地比前置生物脱氮法的大，增加了工程的基建投资；并且需要外加碳源，这样将增加废水的处理成本且外加碳源的量不易控制，易造成出水COD上升。而前置生物脱氮法具有占地少、不需外加碳源等优点，因此，本项目的主体工艺采用前置反硝化的生物脱氮法。
前置反硝化生物脱氮法分为分建式与合建式,即反硝化、硝化与BOD去除分别在两座不同的反应器内进行或在同一座反应器内进行。
合建式反应器节省了基建和运行费用，且容易满足处理工程对碳源和碱度等条件的要求，但影响因素不好控制。一、溶解氧（DO）指数至关重要，一般为0.5mg/l~1.5mg/l范围内；二、污泥负荷指数＜0.1~0.15KgBOD/KgMLSS·d，以满足硝化的要求；三、C/N比（满足反硝化过程对碳源的要求，6~7之间合适）；四、碱度（适宜范围为7.5~8.0）。
对于传统的“硝化—反硝化”分建式反应器（A/O工艺），由于反应不在同一座反应器内进行，硝化、反硝化的影响因素控制范围相应增大，可以更为有效地发挥和提高活性污泥中某些微生物（如硝化菌、反硝化菌等）所特有的处理能力，从而达到脱氮除磷、处理难降解有机物的目的。这样的生物处理组合工艺可以减少生化池的容积，提高生化处理效率，既节省环保投资又可减少日常的运行费用。
2.4  工艺流程

2.5 工艺流程说明
本项目的工艺采用“硝化－反硝化”为核心的A/O法生物脱氮处理
工艺。A/O法生物去除氨氮原理是在充氧的条件下（O段）,污水中的氨氮被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧的条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮被还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的目的。

2.5.1污水流程
生产废水经调节池调节水量，均衡水质后由水泵提升，加入FeSO4,
去除CN- ,生成络合沉淀物。出水进入一沉池沉淀去除部分悬浮物和沉淀物，一沉池出水和回流液混合进入缺氧池，进行反硝化脱氮反应，NO3- —N被还原成N2进入空气，污水则进入生物接触氧化池。在生物接触氧化池内进行降解和硝化反应，BOD大部分被降解，NH4+—N则转化为NO3- —N，出水大部分回流，剩余部分则进入二沉池沉淀脱落的生物膜，二沉池出水可直接达标排放，也可用泵泵入厂办公生活区的水景喷泉配水系统，这样即可美化厂区环境，又可利用在喷泉中水射流及曝晒起到的“氧化塘”作用，水质会得到更好的改善，从而充分保证了排放水的水质要求。
2.5.2污泥流程
沉淀池污泥进入污泥浓缩池，经浓缩后上清液回流至调节池重新处理，浓缩污泥由泥浆泵提升至干化场干化脱水
3.主要构筑物的设计说明
3.1 调节池
因原水排放氨氮值波动较大，且需要掺加生活污水，故在废水处理系统之前设此调节池，以均衡水质和调节水量。
调节池采用的是穿孔导流槽式调节池，进入调节池的废水由于流程长短的不同，达到自动调节均和水质的目的，减少了冲击负荷对后续处理单元的影响。
调节池有效容积为200m3,水力停留时间为4h。
3.2 一沉池
沉淀池去除部分悬浮物，COD和加药生成的铁氰络合物等。平流式沉淀池的多斗排泥，方式比较可靠，但斗内易积泥，排泥困难，只能采用定期放空，人工排泥的方式来维持生产，如排泥间隔时间过长，还可能出现管口堵塞现象。
本设计用吸泥机来排泥，采用钢制BXJ—3500型，含有电极、减速机、液下污泥泵，运行可靠，操作方便，广泛应用于平流沉淀池的排泥。
沉淀池有效容积为160m3,水力停留时间为3.2h。
3.3 缺氧池
缺氧池是通过栖息在软型填料上的世代时间较长的反硝化菌的作用使废水中的NO2－、、NO3－转化成CO2和N2，从而达到生物脱氮的要求。由于采用了前置反硝化脱氮工艺，利用进水的有机物作为碳源，所以反硝化池可以不另加碳源。
缺氧池为生物脱氮的主要反应器，在缺氧池内回流混合液和一沉池出水在搅拌机的作用下充分混合，在反硝化菌的作用下，发生反硝化反应。

硝态氮被还原为N2，完成脱氮反应。
从反硝化反应式中也可以得到三个结论：
⑴ 硝化过程后富余的溶解氧（DO约为0.7～.1.0mg/l）在反硝化过程中，被反硝化段中的部分有机物消耗掉，从而进一步保证了缺氧反硝化阶段溶解氧（DO＜0.3mg/l）的工艺要求。
⑵ 在反硝化菌的作用下，NO3－被还原，而有机物被氧化，NO3－在还原过程中所获得的电子是由有机物质提供的。因此，在反硝化过程中，废水的C/N比是影响脱氮效果的一个重要因素。
⑶ 反硝化反应的结果使生化环境的PH值提高，反硝化作用最适宜的PH值也在7.5～9.2之间，由于硝化使PH降低而反硝化却使PH升高，两个过程中的PH变化彼此之间相互抵消，结果使系统内的PH保持不变。但是两个过程中碱度的变化可以作为一个参数用来判断硝化与反硝化进行的程度。
缺氧池容积可根据反硝化速率和需脱硝的硝酸氮量计算，公式如下：

3.4 生物接触氧化池
为有机物降解和NH4+ —N硝化的反应器，在充氧的条件下，有机物在微生物的作用下分解为CO2和H2O，NH4+ —N则发生硝化反应。硝化作用是在两类好氧菌的参与下完成的，首先是亚硝化单细胞菌将氨氮先氧化成亚硝酸盐，然后硝化杆菌将亚硝酸盐再进一步氧化成硝酸盐。

从上述反应式中可以得到三个结论:
1不论是亚硝化过程还是硝化过程，都要耗用大量的氧。要使一分子氨氮（NH3—N及NH4+ —N）完全氧化成NO3- 需耗用2分子的氧，即氧化1mg氨氮需要4×16 / 14 = 4.57 mg的氧，此值为生物氧化池脱氮的需氧量提供了一个工程设计的参考数据。由于硝化反应需要足够的氧量，因此大多数学者认为溶解氧应控制在1.5 ～ 2.0 mg/L以上，低于0.5mg/L则硝化作用完全停止。
2硝化反应的结果有硝酸（HNO3）生成，会使生化环境的酸性提高。因此废水中应有足够的碱度，以平衡硝化作用中产生的酸，一般认为硝化作用最适宜的PH值在7.5 ～ 9.2之间。
3硝化反应的结果可使氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，但废水中的总氮量并没发生变化。
硝化作用宜在低BOD负荷条件下进行，若硝化段的含碳有机基质的浓度太高，会使生长速率较高的非硝化菌迅速繁衍，从而使硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。一般来说，硝化段的BOD应低于20mg/L。
采用污泥负荷计算好氧池容积，泥龄与污泥去除负荷的关系为：

好氧池设两座，并联式，总有效容积为800m3, 泥龄约为30天。
4. 处理效果分析
德州市陵县环境保护监测站于2001年6月15日～16日对该厂水样进行了48h的8次取样监测，监测结果见表1，表明该设施的处理出水达到了国家《合成氨工业水污染物排放标准》（GWPB4－1999）小型二级排放标准。（注：GWPB4－1999现已改为GB13458－2001）

5. 问题的探讨
为了使污泥均质，需用浆式搅拌机搅拌，使污泥成悬浮状态，这就需要一定的搅拌速度，而转速不能过快，否则，将带入部分空气而破坏厌氧环境，同时易引起漂泥，使污泥流失，因此，搅拌速度应控制在一定的范围内，我们在原设计中的搅拌速度为.5.2r / min ，在实际运行中此转速偏大，特别是在调试阶段，由于缺氧池污泥浓度太小(不足1000mg/l)，此转速时就更容易造成污泥流失，我们建议应将转速降低，这是需要进一步研究的问题。
6. 经济分析
工程总投资为163万元，其中污水处理站土建部分为83万元，主体设备60万元，其它费用20万元。直接处理成本为0.92元 / m3水，其中：固定资产折旧费为0.15元 / m3水；人工费为0.08元 / m3水；药剂费为0.39元 / m3水；电费为0.30元 / m3水。
根据设计方案，污水经处理后回用于生产中的部分工段（比如生产车间冲洗地面，锅炉车间冲渣冲灰等）。按20%的回用率，可节省的一次用水为240m3/d，每方水按0.5元计，为240×0.5 = 120 元/d = 0.1元 / m3水。则实际吨水处理费用：0.92－0.10 = 0.82元 / m3水。按每日处理1200立方米废水，每年生产300天计算，需净支出0.82元×1200×300 = 29520元。
6. 结语
采用化学沉淀法—A/O工艺处理合成氨有机废水，工艺技术可靠，操作简单，便于管理，运行成本低，处理出水符合国家《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458—2001）小型二级排放标准，同时可回用于生产过程的某些工段，获得了显著的环境效益和社会效益，总的来说，本处理工艺是科学适用的。