AO活性污泥生物脱氮工艺处理己内酰胺生产废水

1、污水处理工论文A/O活性污泥生物脱氮工艺处理己内酰胺生产废水 姓 名： 粟 辉 所在单位： 中石化巴陵分公司环己酮部完成日期： 二OO七年十一月 A/O活性污泥生物脱氮工艺处理己内酰胺生产废水摘 要：己内酰胺生产废水由于有机物种类繁多，污染物浓度高，组分相当复杂，成为当前石化行业难处理的生产废水之一。采用活性污泥法生物脱氮工艺，经过严格的设计后，在运行管理中，只要控制好PH值等7个重要参数，可以取得良好的运行效果，保证废水处理系统的稳定达标排放。关键词：A/ O 活性污泥法 生物脱氮 己内酰胺 概述 中石化巴陵分公司己内酰胺生产装置和帘子布生产装置是目前国内规模最大，技术最先进的己内酰胺和帘子

2、布生产装置。年产己内酰胺14万吨、浸胶帘子布1.3万吨。该工程工艺先进，生产工序复杂。所排废水有机物种类繁多，组分相当复杂；COD值和BOD值高；危害微生物种类繁多；NH3-N含量高。是当前石化行业难处理的生产废水之一。 工厂于1992年建成一套A/O废水处理装置，又于1996年底对废水处理装置进行了扩容改建。由于工厂废水排放位于长江与洞庭湖过渡段的黄金水域，国家要求废水处理执行一级排放标准1。1 废水水量水质及特点（1） 废水水量水质见表1表1 实际排入废水处理装置的水量水质表装置名称废水来源流量 (m3.h-1)COD-1)NH3-N-1)备 注设计实际设计实际设计实际己内酰胺装置E-56

3、065.22330014892E-65061313104052616080.3V-46011061671321374030257000离子交 换 液/45009号管10412020030030005000600其中含生活污水27.5m3/h，雨水及地面冲洗水80 m3/h帘子布装 置从管架来2828200020009号管30305005009号管为生活污水及帘子布装置排水管总计2103500440（2）设计水量水质。根据表1的水量水质情况进行加权平均，考虑不均匀系数与耐冲击水量的要求。设计水量为250 m3/h；设计水质为CODcr2000mg/L，BOD51200mg/L，NH3-N200m

4、g/L。（3）处理后的水质要求。CODcr100mg/L，BOD530mg/L，NH3-N15mg/L，SS70mg/L。（4）己内酰胺生产废水的特点。水质波动大，冲击性强；有机物污染浓度高（废水中的CODcr值一般都在20003000mg/L左右，最高时可达5000mg/L以上）；组成成分复杂；含有大量环状有机物和低聚物；毒性含量高;含氧有机物少；生物降降性能差。2 废水处理工艺 处理方法的确定 己内酰胺生产废水以有机物为主，主要来源于环己酮、己内酰胺、羟胺、硫铵等车间的工艺废液、废碱液、冲洗、清洗废液及油相水相排出物。主要污染物为环己酮、环己醇、环己烷、苯、甲苯、己内酰胺、石油类、硫酸盐、

5、氨氮等。废水的排放具有很强的不均匀性。为了处理好己内酰胺生产废水，设计提出了两个处理方案。方案一是将环己烷氧化与环己酮肟化两套装置排出的高浓度有机废水（CODcr24000mg/L，PH值4）首先进行厌氧处理，然后与其它废水进行混合，再进行缺氧好氧（A/O法）处理。方案二是全部废水混合后用A/O法处理。A/O工艺用于城市污水及某些工业废水的生物脱氮处理效果较好。但A/O工艺应用了己内酰胺生产废水处理，国内尚无实例。为了验证二个方案的可行性，工厂与中国市政工程中南设计研究院联合进行了试验研究，找出了合适的运行参数，为设计提供了可靠的依据。方案一的试验结果表明，高浓度有机废水的PH值较低，必须投加

6、大量的碱进行中和，并加水稀释后才有明显效果，这使得厌氧池体积很大，基建投资高。方案二的试验结果表明，能同时达到降解水中有机物及脱氮的目的，处理效果好，运行稳定，在技术和经济上明显优于方案一，出水水质完全可以达到排放标准。因此，设计选用方案二。2.2 处理工艺流程 R（混合液回流） 缺氧池匀质调节池工业废水预曝池生活污水R一段曝气池二段曝气池二沉池终沉池 r排放 r（污泥回流）图1 废水处理工艺流程 主要设计参数 （1）污泥负荷 FW=0.20.25kgBOD5 / kgMLSS·d （2）好氧池的硝化负荷FNH3=0.080.10kgNH3-N / kgMLSS·d （3）

7、缺氧池的脱硝负荷 FNO-X=0.120.14NO-X-N / kgMLSS·d （4）回流比R=3 r=1 （5）污泥浓度NW=2500mg/L （6）耗氧速率810mgO2 / gMLSS·h （7）需氧量公式： O2=BOD5+NH3-N+MLVSS2.4 主要构筑物和设备 （1）匀质调节池：矩形钢混结构，共2间，每间池子结构尺寸20m×20m×6.5m，有效容积5000m3。池底布有穿孔管，以利于搅拌混合。 （2）缺氧池：矩形钢混结构，共2间。每间池子结构尺寸18m×14m×5.3m，有效容积2600m3。池内设有潜水搅拌器4

8、台，以控制溶解氧0.20.5mg/L左右。 （3）预曝气池：矩形钢混结构，共2座。其中一座池子分2间，每间池子结构尺寸30m×14m×5.3m，有效容积2600m3。池底设有双螺旋曝气器。另一座池子分3间，每间池子结构尺寸21.25m×15m×5.2m，有效容积5000m3。池底布有曝气软管。 （4）一段曝气池：矩形钢混结构，共6间。每间池子结构尺寸30m×15m×4.05m，有效容积6000m3。池底布有中微孔曝气器和少量旋混曝气器。一段曝气池CODcr容积负荷/（m3·d），污泥浓度3.54.5g/L，溶解氧23mg/L

9、，混合液回流比100%回流到缺氧池，进水CODcr浓度1800mg/L左右，CODcr去除率8086%。 （5）沉淀池：二沉池和终沉池各2座。采用中心进水，周边出水的辆流式沉淀池，二沉池直径12m，终沉池直径14m，废水停留时间2小时。（6）二段曝气池：矩形钢混结构，共2座。其中一座池子分2间，每间池子结构尺寸18m×15m×4m，有效容积2000m3。另一座池子分3间，每间池子结构尺寸20m×4m×4m，有效容积1000m3。池底均布有可变微孔曝气器。二段曝气池CODcr容积负荷0.7kg（m3·d），污泥浓度12g/L，溶解氧34mg/L，

10、混合液回流比200%回流到缺氧池。进水CODcr浓度250350mg/L，CODcr去除率6474%，出水CODcr<100mg/L。3 A/O工艺在运行管理中的重要控制参数 影响A/ O生物脱氮系统运行的因素可分为二大类：一类是基础因素，如污泥负荷、回流比、泥龄等；另一类为环境因素，如PH值、温度、溶解氧等，通常，环境因素决定生物脱氮过程的成败，基础因素控制生物脱氮效率的高低。下面对影响系统运行的7个重要控制参数进行分析研究。3.1 PH值PH值对硝化和反硝化都有一定的影响，由于在硝化过程中有H+产生，水的PH值将下降，要使硝化过程正常稳定运行，曝气池混合液必须有足够的碱度。以保证硝化

11、作用完成以后，水中尚有3050mg/L剩余碱度为宜。根据运行经验，PH值控制在88.4范围内是硝化速率的高效反应区。在反硝化过程中，有HCO3-或OH-产生，其PH值有提高的趋势。硝化和反硝化是两个过程，一个是产生H+过程，一个是产生OH-过程。对硝化1mg/L NH3所产生的酸度。约需7.14mg的CaCO3才能平衡。而反硝化1mg的NO3-产生的碱度以CaCO3计仅为3.57mg。在硝化与反硝化反应中，每1mg的NH3可生成62mg的NO3-。因此经过反硝化之后的废水送到好氧池进行硝化，然后再回流到缺氧池进行反硝化，可以充分利用处理过程中所产生的碱度。3.2 温度 废水的温度对硝化和反硝化

12、都有比较明显的影响，尤其对反硝化影响更显著一般要求水温在1530比较适宜。在反硝化池中保持水温在3035，将更为有利。3.3 溶解氧硝化菌是一种好氧化自养菌，在曝气池内有机碳化物的分解，氨氮的氧化以及污泥的自身氧化都要消耗氧。根据生物硝化脱氮机理，氨氮硝化需氧量很大，因此，曝气池内必须供给足够的溶解氧，硝化反应才能正常进行。通常当曝气池内溶解氧在26mg/L时，硝化率与溶解氧浓度关系不大，如果在2mg/L以下，溶解氧浓度就成了硝化反应的抑制因素。1996年2月22日曝气池内就发生过严重亏氧的操作事故。22日白班要求放空曝气池A，准备检修更换曝气头，23日上班发现曝气池内污泥发黑，鼓风不匀，出水

13、CODcr由133mg/L上升为783.5mg/L，NH3N去除率降为零。这次事故的主要原因是操作责任，2月22日22：00曝气池A放空后操作工未关闭其进气阀，使大部分气从该池漏掉，导致其它两个曝气池供气不足，另外，从污泥颜色可判断曝气池严重亏氧，测定结果为0。原因找到后，我们采取如下措施：关闭曝气池A进气阀，增加一台小风机，以最大风量运行；曝气池“闷曝”8小时，再降负荷运行；排掉部分污泥。24小时后污泥颜色恢复正常，3天后出水CODcr合格，而硝化菌将近一个月才恢复，可见对硝化菌的影响之大。要保持NH3N有较好的去除效果，曝气池内应保持在2.0这个范围内。3.4 污泥负荷 生物脱氮是在COD

14、、BOD充分去除的基础上才发生的，若污泥负荷过高，则曝气池仅产生有机物氧化反应而不产生硝化反应，因此要保持较高的脱氮效率，污泥负荷必须控制在一定范围内。1994年9月之前，因来水CODcr常超过4000mg/L，污泥负荷超过BOD5/ KgMLSS·d以上，硝化菌一直生长不好，脱氮效果很不理想。这是因为当污泥负荷过高时，好氧池中的异养型细菌增多，使得硝化细菌的增殖受到限制，其数量逐渐减少，使硝化反应不完全。后来，在匀质池进口处增加2根DN50稀释水管线，保证了进水浓度的相对稳定，污泥负荷稳定控制在0.25kgBOD5/KgMLSS.d以下，脱氮效果很好， NH3N去除率由50%上升到

15、90%以上。CODcr去除率为95%左右，BOD5去除率为99%左右。3.5 硝化负荷 硝化负荷将影响氨氮的转化，负荷太大，硝化反应不完全，脱氮效果变差。当硝化负荷超过NH3-N / KgMLSS·d时，出水NH3N明显上升，去除率急剧下降，活性污泥结构松散，终沉池污泥成颗粒状随水带出，这说明过高的硝化负荷进入处理系统，不仅抑制了硝化菌的活性，而且影响活性污泥结构性能，最终导致硝化菌大量流失。我们采取的对策是：减少进水量，降低硝化负荷；适当提高匀质池CODcr的浓度，保持W（C）：W（N）=6：1左右，这个比例能使硝化菌较快地增长；为保持曝气池适当污泥浓度和增加供氧，可将污泥全部回流

16、至曝气池。在实际运行中，硝化负荷控制在0.06kgNH3N / KgMLSS·d范围内，脱氮效果好，NH3N去除率在85%以上。3.6 回流比 回流比（R）也是A/O系统运行中的一个重要控制参数，包括混合液回流比（R）和污泥回流比（r）。混合液回流的作用是向缺氧池提供硝态氮，作为反硝化的电子受体；污泥回流的作用主要是保持系统的污泥平衡。 前置反硝化A/O工艺要求大部分混合液回流到缺氧池，以确保反硝化的正常进行，因此回流比的大小直接影响系统的脱氮效果。回流比太小，则出水NO3-N偏高，大部分硝态氮随终沉池出水流出；无足够的硝态氮供反硝化，势必影响脱氮效率，且废水中有机碳源不能充分利用。

17、一般认为回流比越大，脱氮效率越高，其实不然，当回流比过高，则不仅多耗费动力，还会因回流量增加，导致缺氧池中BOD/NO3-N比值下降，若低于时，脱氮速率反趋变慢。我们分别在回流比在2、3、4三种情况下进行运行比较，当回流比控制在4时，去除率可达到91.3%，脱氮效果好。3.7 A/O容积比 在A/O工艺中，好氧池的作用是使有机物碳化和使氮硝化；缺氧池的作用是反硝化脱氮，故两池的容积大小对总氮的去除率极为重要。A/O的容积比主要与该废水的曝气分数有关。缺氧池的大小首先应满足NO3-N利用有机碳源作为电子供体，完成脱氮反应的需要与废水的碳氮化，停留时间、回流比等因素相应存在一定的关系。借鉴于类似的

18、废水以及正交试验，己内酰胺生产废水的A/O容积比确定在1：6左右，较为合适。 而本设计的A/O容积比为1：2，缺氧池过大，导致缺氧池中BOD/ NO3-N的比值下降，当比值低于1.0时，脱氮速率反趋变慢。另外，缺氧池过大，废水停留时间过长，污泥在缺氧池内沉积，造成反硝化严重，经常出现大块上浮死泥，影响后续的好氧处理。A/O的容积在1996年底的扩容改造中得到了调整。经过按A/O容积比为1：6改进后的缺氧池运行平稳，为后续的好氧处理打下了良好的基础。3.8 终沉池现有两个辐流式终沉池为1996年底废水处理工程扩容改造时所建，直径D=14m。存在的主要问题是：泥水分离效果差，污泥结构松散，没有明显的泥水分界面，从里到外，经常出现翻泥、溢泥现象；浓缩性能不好，污泥没有得到足够的浓缩；经常出现短流现象，污泥在池内反硝化严重。经过分析，认为存在问题的原因是：刮泥机选型不合理，刮泥机功能单一。2000年11月采取了增加吸泥系统；加装导流板，以改变池型功能；改造原有刮板2等三项措施后终沉池运行正常稳定，效果显著。经测试，出水水质达到了如下指标：回流污泥浓度由改造前的3.2g/L提高到了改造后的5.4g/L；曝气池的污泥平均浓度由改造前的2.6g/L提高到了改造后的3.