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太陽能光伏廢水處理脫氮優(yōu)化技術(shù)

       1、工程概況

       某集團(tuán)公司是全球領(lǐng)先的太陽能光伏企業(yè)，其已建的廢水處理設(shè)施采用“調(diào)節(jié)+混凝沉淀+厭氧罐+厭氧沉淀池+缺氧池+好氧池+二沉池”工藝，處理能力為4000m3/d，主要處理有機(jī)廢水、濃酸廢水、廢氣塔廢氣排液，以及稀酸廢水。其中，濃酸廢水及廢氣塔廢氣排液經(jīng)除氟后進(jìn)入上述廢水處理設(shè)施，原有的混凝沉淀工藝用于去除由廢水中剩余的氟離子，以滿足氟離子排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
       隨著企業(yè)生產(chǎn)工藝的更新和生產(chǎn)使用物料的變化，企業(yè)生產(chǎn)廢水的主要污染物質(zhì)也發(fā)生了變化，生產(chǎn)工藝上硝酸的大量使用，使得廢水中的主要污染物由有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，綜合廢水的硝態(tài)氮濃度高達(dá)644mg/L。原有厭氧罐主要用于處理有機(jī)物，其采用底部布水，無三相分離器，上升流速較低，污泥容易堆積，且后續(xù)缺氧池停留時(shí)間只有7.5h，容積較小，整體廢水工藝中缺少去除硝態(tài)氮的功能，系統(tǒng)排水總氮濃度無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

       本次除總氮功能優(yōu)化工程主要是將原有厭氧罐、厭氧沉淀池，分別改造為缺氧罐、缺氧池，同時(shí)增加碳源投加設(shè)備，提升系統(tǒng)脫氮功能，改造處理能力為4000m3/d。排水執(zhí)行《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30484—2013）表2的間接標(biāo)準(zhǔn)，廢水水質(zhì)、水量見表1。

 

       2、處理工藝

       2.1 廢水水質(zhì)分析

       太陽能光伏生產(chǎn)廢水中的典型污染物包括：有機(jī)污染物、氟化物、硝態(tài)氮、懸浮物以及酸堿污染物等。此類廢水總氮含量高，有機(jī)污染物含量較低，營(yíng)養(yǎng)比失調(diào)。其中，氟化物、懸浮物以及酸堿污染物可以通過物化處理方法得以去除，處理效果穩(wěn)定、有效；有機(jī)污染物和硝態(tài)氮?jiǎng)t采用通過生物處理技術(shù)，在缺氧條件下，生物反硝化技術(shù)能把硝態(tài)氮通過異養(yǎng)反硝化菌轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀欧湃コ?，在好氧條件下，好氧菌將有機(jī)污染物為無機(jī)物、CO2和H2O。
       在傳統(tǒng)的生物脫氮工藝中，氮的去除是通過硝化與反硝化兩個(gè)獨(dú)立的過程實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)行硝化與反硝化的細(xì)菌種類和所需環(huán)境條件都不同，硝化細(xì)菌主要以自養(yǎng)菌為主，需要環(huán)境中有較高的溶解氧；而反硝化細(xì)菌與之相反，以異養(yǎng)菌為主，適宜生長(zhǎng)于缺氧環(huán)境。
       影響反硝化過程的因素很多，如微生物組成、碳源種類、碳源量、pH值、溫度、溶解氧和C/N等，其中，碳源是一個(gè)重要的控制因素。太陽能光伏廢水的C/N值較低，反硝化生物脫氮需外加碳源，實(shí)際工程應(yīng)用采取投加常規(guī)的甲醇、乙醇、醋酸鈉、葡萄糖等液體碳。此外，天然纖維素物質(zhì)及人工合成高聚物為主的固體碳源以及工業(yè)廢水、垃圾滲濾液、發(fā)酵液等新型碳源，也有一定的研究進(jìn)展。

       隨著企業(yè)生產(chǎn)廢水水質(zhì)的改變，原有設(shè)施存在兩個(gè)主要問題：
       （1）缺氧池停留時(shí)間短，反硝化菌數(shù)量少，脫氮效果差；
       （2）碳源量不足，原水中的有機(jī)碳源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足反硝化過程中的碳源需求，運(yùn)行過程中必須補(bǔ)加碳源。

       2.2 廢水處理工藝流程優(yōu)化

       根據(jù)廢水水質(zhì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)處理目標(biāo)，結(jié)合太陽能光伏行業(yè)廢水處理取得的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并因地制宜、充分利用原有設(shè)施，優(yōu)化工藝采用“調(diào)節(jié)+混凝沉淀+缺氧罐（改造部分）+缺氧池（改造部分）+好氧池+二沉池”組合工藝，即將原有厭氧罐改造為缺氧罐，將原有厭氧沉淀池改造為缺氧池，并作為回流泵的吸水點(diǎn)，增加缺氧段的停留時(shí)間和缺氧塔的泥水混合效果。原有初沉調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池、缺氧池、好氧池及二沉池不做改動(dòng)，混凝沉淀池投加PAC和PAM，去除剩余氟離子，好氧池停留時(shí)間為15h，用于去除反硝化未耗盡的剩余COD，維持原有功能不變。廢水處理工藝流程見圖1。

       2.3 涉及改造的構(gòu)筑物功能及參數(shù)

       （1）中間水池：
       增加碳源投加設(shè)備，保證運(yùn)行中的C/N值達(dá)到4，為反硝化過程提供充足碳源，新增中間水池碳源加藥泵2臺(tái)，機(jī)械隔膜計(jì)量泵，Q=1500L/h，H=30m，N=0.75kW，1用1備；新增缺氧池碳源加藥泵1臺(tái)，機(jī)械隔膜計(jì)量泵，Q=300L/h，H=30m，N=0.55kW，1用；新增碳源卸料泵1臺(tái)，臥式化工離心泵，Q=50m3/h，H=8m，N=2.2kW。

       （2）缺氧罐
       將原有的厭氧罐改造為缺氧罐，單個(gè)尺寸φ×H=9.5mx17.0h，共4個(gè)，有效容積約4000m3。由于原有厭氧罐無三相分離器，且上升流速較低，只有0.58m/h，污泥容易產(chǎn)生堆積，所以此次優(yōu)化增加了回流泵，利用后續(xù)帶有泥斗的缺氧池（原厭氧沉淀池改）進(jìn)行泥水混合回流，增加上升流速，罐內(nèi)整體上升流速最高可達(dá)2.4mh，同時(shí)為了固定反硝化細(xì)菌，減少污泥流失，改造增加了聚氨酯材質(zhì)的脫氮填料。另外，改造在罐內(nèi)增加了內(nèi)循環(huán)桶，內(nèi)循環(huán)桶直徑6.5米，高10米，底部距離罐底1.2米，筒壁采用鍍鋅鋼板，底部和頂部采用玻璃鋼格柵板，填料全部置于內(nèi)循環(huán)桶中，回流的布水管道全部位于內(nèi)循環(huán)桶正下方，桶內(nèi)上升流速會(huì)比筒外上升流速高，利用類似射流的原理，使得罐體內(nèi)部形成水流的內(nèi)循環(huán)，改良泥水混合效果。新增3臺(tái)回流泵，Q=260m3/h，H=30m，N=37kW，2用1備。

       （3）缺氧池
       將原厭氧沉淀池改造為缺氧池，單座尺寸LxBxH=6.0mx6.0mx6.5m，共2座，有效容積約400m3，該單元作為缺氧罐的回流起始點(diǎn)，可將缺氧罐內(nèi)流失污泥回流至缺氧罐內(nèi)。拆除原有的中心筒；新增2臺(tái)多曲面攪拌機(jī)，N=1.5kW，葉輪FRP材質(zhì)。
       維持原有的缺氧池功能不變，單座尺寸LxBxH=16.0mx6.0mx7.3m，共2座，有效容積約1300m3。拆除原有的填料；新增4臺(tái)潛水推流器，N=1.5kW，葉輪聚氨酯材質(zhì)，優(yōu)化池內(nèi)的推流攪拌效果。
       改造后，所有缺氧單元的總有效容積約5700m3，停留時(shí)間達(dá)到34h。

 

       3、處理效果分析

       3.1 運(yùn)行效果分析

       運(yùn)行過程中，根據(jù)進(jìn)水水量，及時(shí)調(diào)節(jié)中間水池提升泵的流量，保持生化處理單元持續(xù)進(jìn)水；中間水池投加碳源及少量磷源，根據(jù)進(jìn)水水量、進(jìn)水總氮濃度，及時(shí)調(diào)節(jié)碳源加藥泵的開度，維持C/N值在3至5之間（一般取4），定期清洗加藥泵出口的Y型過濾器，防止管道堵塞；保持缺氧池的潛水推流器、回流泵24h常開；定期開啟缺氧池的多曲面攪拌機(jī)，保證池底的污泥不會(huì)淤積；確保好氧池溶解氧濃度在2?4mg/L，防止曝氣過量或曝氣不足影響處理效果；控制缺氧池、好氧池內(nèi)SV30值分別為30%和20%?40%，并根據(jù)實(shí)際處理效果進(jìn)行調(diào)整；及時(shí)監(jiān)控缺氧池、好氧池內(nèi)pH值，控制pH在7.0?9.0，防止pH過低過高影響微生物性能；控制缺氧池、好氧池內(nèi)的溫度在20-30℃，以防溫度過高過低影響微生物活性，由于項(xiàng)目地位于北方，冬季氣溫較低，可適當(dāng)往缺氧池、好氧池中補(bǔ)充活性污泥，以提高COD、總氮的去除率。

       缺氧罐是作為核心單元，承擔(dān)了主要的反硝化任務(wù)，實(shí)際運(yùn)行過程中，缺氧罐出水TN穩(wěn)定小于30mg/L。原有的缺氧池作為保障單元，防止前端生化單元出水總氮出現(xiàn)異常，可以在該工段投加碳源進(jìn)行應(yīng)急處理，同時(shí)，原有缺氧池和好氧池的污泥回流系統(tǒng)，也可防止因單一碳源引起的好氧池污泥膨脹。
       經(jīng)過優(yōu)化改造后，工程已實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，最終出水主要污染物都能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，各單元出水水質(zhì)見表2。

       3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

       優(yōu)化改造工程投資約為400萬元，包含了設(shè)計(jì)、設(shè)備和電氣儀表采購、安裝工程等。生物脫氮工藝相比物化脫氮工藝，具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得出廢水的處理成本約為9.1元/m3，主要為藥劑消耗、水耗、電耗，不含污泥處置費(fèi)用和人工費(fèi)用，其中碳源的投加費(fèi)用約為8元/m3，處理成本可被集團(tuán)公司接受。

 

       4、結(jié)論與展望

       4.1 結(jié)論

       (1)A/O反硝化工藝能有效去除太陽能光伏廢水中的總氮和有機(jī)污染物，具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。廢水處理設(shè)施優(yōu)化后，總氮去除率由75%提高至95%。
       (2)缺氧池中反硝化菌世代周期長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)敏感，建議生化處理單元前的中間水池設(shè)計(jì)停留時(shí)間6h~12h，避免生化處理單元受到前端來水水質(zhì)水量頻繁變化帶來的沖擊，運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格控制碳源投加量、溶解氧濃度和堿度平衡。

       4.2 展望

       碳源在生物脫氮工藝中是一個(gè)重要的控制因素。傳統(tǒng)的甲醇、乙醇、葡萄糖等液體碳源的使用成本較高。研究者開始嘗試用固體碳源作為替代物，這種工藝稱“固相反硝化”，采用結(jié)構(gòu)疏松的有機(jī)碳物質(zhì)，將其作為碳源又作為生物膜的載體，相比液體碳源，既能降低運(yùn)行成本，又能為微生物提供多元的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、提高反硝化效率。未來生物反硝化外加碳源的研究，可實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行和資源化可持續(xù)發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。