氨基酸廢水處理工藝脫氮效能提升工程改造

　　摘要:針對某氨基酸生產(chǎn)公司廢水總氮排放不達標(biāo)問題，對原有污水處理站進行升級改造，優(yōu)化原有運行參數(shù)，實現(xiàn)部分構(gòu)筑物的氮素轉(zhuǎn)化效能提升和藥耗、能耗的降低，最終高效、低耗和穩(wěn)定地實現(xiàn)出水水質(zhì)達標(biāo)排放。通過對系統(tǒng)進水方式的改變，以及部分構(gòu)筑物氮素轉(zhuǎn)化功能及設(shè)備的完善，解決了進水波動大，總氮去除效果差等問題。并通過優(yōu)化系統(tǒng)運行參數(shù)實現(xiàn)部分亞硝化，為厭氧氨氧化菌(ANAMMOX)的生長提供基質(zhì)，有效地富集了ANAMMOX菌，實現(xiàn)了能耗的降低。運行結(jié)果表明，COD、氨氮、總氮去除率分別為96.7%、99.2%、94.4%，出水滿足GB3838-2002排放要求。改造后噸水動力和藥劑處理費用3.8元，相比改造前減少了0.5元。

　　關(guān)鍵詞:污水改造;高氨氮;高效脫氮;高COD;低耗

　　某生物制品公司從事氨基酸產(chǎn)品的生產(chǎn)，在氨基酸發(fā)酵工藝的運行過程中會產(chǎn)生高濃度綜合廢水1500m3/d。由于生產(chǎn)產(chǎn)品根據(jù)訂單決定，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，導(dǎo)致排水水質(zhì)不穩(wěn)定，產(chǎn)生廢水COD在1000～7000mg/L范圍內(nèi)，BOD占比為95%以上，氨氮質(zhì)量濃度在300～600mg/L范圍內(nèi)。改造前只對出水氨氮和COD有要求，對總氮沒有要求，原有系統(tǒng)只有針對氨氮和COD的去除，總氮去除能力較低。而硝化反應(yīng)需要消耗堿度，從而導(dǎo)致脫氮池內(nèi)pH下降，為了維持硝化細菌所需要的pH環(huán)境[1-2]，在正常運行過程中需要投加大量的堿[3-4]。

　　為滿足當(dāng)?shù)匚鬯�處理廠最新接管標(biāo)準(zhǔn)中對總氮的要求，決定對污水站進行技術(shù)改造。以原有的工藝為基礎(chǔ)，通過對構(gòu)筑物功能的改進以及對工藝參數(shù)的調(diào)整，在出水總氮達標(biāo)的前提下，實現(xiàn)原有工藝脫氮效能的提升以及能耗和藥耗的減少。

　　1原處理工藝及存在問題

　　1.1原有處理工藝

　　該公司污水站原有運行工藝為厭氧+好氧處理工藝，厭氧系統(tǒng)由2座內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(Internalcirculationanaerobicreactor，IC)并聯(lián)組成，單個IC容積為750m3，并且具有單獨尾氣處理裝置。一級好氧池由6個500m3的池子組成，總?cè)莘e3000m3，二級好氧池由8個125m3的池子組成，總?cè)莘e1000m3，各池均裝有組合填料。最終出水進入2座表面積為40m2的沉淀池內(nèi)，污泥脫水系統(tǒng)采用疊螺機及布袋壓濾機，污泥壓濾后濾液回調(diào)節(jié)池，泥餅委外處理。

　　1.2原有處理工藝存在問題

　　1.2.1進水水質(zhì)波動大

　　調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中使用大量硅藻土等無機顆粒物，且沒有初沉池對無機沉淀物進行有效分離。大量無機沉淀物堆積在調(diào)節(jié)池，導(dǎo)致調(diào)節(jié)池有效容積只有400m3左右，處理量在1500m3/d的情況下，調(diào)節(jié)池失去了調(diào)節(jié)功能，導(dǎo)致水質(zhì)波動較大。

　　1.2.2部分設(shè)備老化好氧池內(nèi)存在曝氣頭脫落現(xiàn)象，從而導(dǎo)致好氧池內(nèi)曝氣不均勻，影響溶解氧的利用率。此外還存在填料老化脫落現(xiàn)象，脫落的填料容易造成水泵等運行設(shè)備的堵塞，給污水站的穩(wěn)定運行帶來風(fēng)險。

　　1.2.3出水水質(zhì)不滿足最新排放標(biāo)準(zhǔn)由于當(dāng)?shù)匚鬯�處理廠最新接管標(biāo)準(zhǔn)中新增了對出水總氮的要求，原有出水水質(zhì)無法滿足總氮排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.2.4污水處理費用高原工藝在運行過程中處理每噸水需要投加0.35kg純堿，此外用于污泥脫水的藥劑聚丙烯酰胺、三氯化鐵的投加濃度分別是133.3、5.6mg/L，用于除磷的除磷劑投加濃度為28.6mg/L，綜合電耗成本，水處理費用4.3元/m3。企業(yè)希望在出水總氮達標(biāo)的前提下，盡可能減少噸水處理費用。

　　2改造概況與具體改造措施

　　2.1改造概況

　　本著以最低經(jīng)濟投入的原則，在原有構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上進行改造。經(jīng)核算后發(fā)現(xiàn)只運行1座厭氧塔即可滿足除碳要求，將1座厭氧塔用于去除COD，原有的另1座厭氧塔改造為脫氮塔，實現(xiàn)硝酸鹽的去除。車間產(chǎn)生廢水通過調(diào)節(jié)池分別進入?yún)捬跛�和脫氮塔，部分回流硝酸鹽在脫氮塔去除，進入脫氮塔的原水為反硝化提供了充足的碳源。

　　將原有一級O1池改造為反硝化池(Denitrificationreaction，DN)，減少一級O1的曝氣，只起到攪拌作用，經(jīng)脫氮塔處理后剩余硝酸鹽在DN池內(nèi)去除，通過控制脫氮塔和厭氧塔的原水水量為一級DN池提供合理的碳氮比。將原有一級O2池改造為缺氧池，在缺氧池內(nèi)實現(xiàn)部分亞硝化反應(yīng)和ANAMMOX反應(yīng)，大量的氨氮進入缺氧池形成了高氨環(huán)境，調(diào)整運行參數(shù)實現(xiàn)部分亞硝化，為ANAMMOX菌提供基質(zhì)。

　　其余O池繼續(xù)作為好氧池，實現(xiàn)對氨氮的去除。二級AO作為深度處理，將原有前4個二級O池改造為DN池，增加部分構(gòu)筑物的硝化液回流以及碳源的補充，確�？偟�的達標(biāo)排放。整個系統(tǒng)內(nèi)的填料能夠很好地提供微生物附著生長的表面積和懸浮生長的空間，并能起到截留懸浮物質(zhì)、切割氣泡等作用，更加有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為了把公司損失降到最低，改造期間減少車間生產(chǎn)產(chǎn)量，期間車間產(chǎn)生廢水在一級AO去除，優(yōu)先對二級AO池進行改造。

　　2.2具體改造措施

　　2.2.1進水波動大的改造措施

　　由于調(diào)節(jié)池有效容積太小導(dǎo)致水質(zhì)波動明顯，通過調(diào)節(jié)池的COD、氨氮的濃度來控制調(diào)節(jié)池原水進入脫氮塔和厭氧塔的進水量，實現(xiàn)厭氧塔進水負荷的穩(wěn)定以及反硝化所需合理的碳氮比。若車間來水氨氮濃度高、COD低，則在保持厭氧塔負荷穩(wěn)定的情況下增大脫氮塔的原水水量，形成合理的碳氮比，若車間來水氨氮濃度低、COD高，則增大厭氧塔進水水量，減少脫氮塔進水水量，讓大部分的COD在厭氧塔內(nèi)去除，剩余COD作為反硝化碳源。此外，通過控制車間排水方式，將濃度低的廢水與濃度高的廢水混合后排放，從源頭減少進水水質(zhì)的波動。

　　2.2.2一級脫氮池改造措施

　　1)原有一級O1池改為DN池。原有一級O1池內(nèi)溶解氧過高，不利于反硝化細菌的生長。將原有一級O1池改為DN池減小DN池內(nèi)的曝氣，將其溶解氧控制在0.mg/L以下，僅限于起到攪拌的作用。通過調(diào)節(jié)IC塔和脫氮塔的原水進水量，為DN池提供合理的碳氮比，將脫氮塔未處理的硝酸鹽在一級DN池內(nèi)去除，從而達到進一步降低總氮的目的。

　　2)原有新O2池改為缺氧池。O3、O4、O5、O6池繼續(xù)作為硝化池將O2池改為缺氧池，控制溶解氧在0.5mg/L左右，通過游離氨(FA)等參數(shù)的聯(lián)合控制實現(xiàn)亞硝化，為ANAMMOX提供基質(zhì)。O3、O4、O5、O6池繼續(xù)作為硝化池，將厭氧池剩余的氨氮在后端轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，控制O3、O4、O5池溶解氧在2mg/L。為防止回流的硝化液攜帶過量的氧至DN池影響反硝化細菌的影響，將O6池溶解氧控制在1mg/L。

　　2.2.3二級脫氮池改造措施

　　二級脫氮池的改造目的在于對一級出水總氮的深度處理，并確保出水總氮達標(biāo)。若一級總氮去除效果出現(xiàn)波動可在二級脫氮池內(nèi)增加碳源并增加硝化液回流量實現(xiàn)總氮的去除，從而確保出水水質(zhì)的達標(biāo)排放。在改造期間減少生產(chǎn)規(guī)模，停止二級脫氮池進水，對池內(nèi)損壞的填料和曝氣頭進行更換清理，將舊O1、O2、O3、O4改造成DN池，在池內(nèi)添加攪拌機，仍然保留舊O5、O6、O7、O8池的硝化作用，并將O8池的硝酸鹽回流至DN池內(nèi)。在O8添加除磷劑，保證出水總磷的達標(biāo)。

　　2.3改造后運行效果

　　通過改造后進出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達標(biāo)排放。在此期間日均處理水量1315m3/d，進水COD為564～6775mg/L，平均進水COD為2991mg/L，進水COD平均方差由改造前的1852減少至892，水質(zhì)波動情況明顯好轉(zhuǎn)，經(jīng)過處理后出水COD穩(wěn)定在150mg/L左右達到排放標(biāo)準(zhǔn)。進水氨氮質(zhì)量濃度為115～632mg/L，平均進水氨氮質(zhì)量濃度為350mg/L;進水總氮質(zhì)量濃度為155～642mg/L，平均進水總氮質(zhì)量濃度為380mg/L，氨氮值的平均方差由改造前的156減少至82。

　　總氮平均方差由改造前的187減少至95，進水氨氮與總氮差值不大，有少量的有機氮存在，通過厭氧塔的氨化左右將有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，后經(jīng)脫氮池去除，出水總氮與三氮差值不大，相對改造前總氮數(shù)據(jù)來看，達到了去除總氮的目的，且出水穩(wěn)定達標(biāo)。進水總磷質(zhì)量濃度為5～36mg/L，平均進水總磷質(zhì)量濃度為12mg/L。進水各項指標(biāo)波動雖有明顯好轉(zhuǎn)但是仍然具有波動性，通過進水水量的分配和構(gòu)筑物參數(shù)的調(diào)控使來保證反應(yīng)器的穩(wěn)定運行，最終實現(xiàn)出水水質(zhì)達到當(dāng)?shù)匚鬯�處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)。

　　3工藝探討

　　3.1厭氧塔的調(diào)試運行

　　原有工藝中2座IC塔并聯(lián)運行，由于IC容積過大，運行負荷較低，進水COD被大量消耗出水COD過低，嚴重浪費了有機物資源。經(jīng)核算后發(fā)現(xiàn)只運行1座IC即可滿足除碳要求，調(diào)試初期在厭氧塔中接種厭氧顆粒污泥，進水提供的上升流速僅0.39m/h，為了保證顆粒污泥的懸浮效果，通過增加頂部出水回流至底部形成外循環(huán)提供上升流速，使污泥處于懸浮狀態(tài)。為預(yù)防反應(yīng)器酸化，定期檢測反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸(VFA)含量，并保證調(diào)節(jié)池進厭氧塔pH處于6.5～7.5之間，由于車間生產(chǎn)工藝為發(fā)酵工藝，排水自帶溫度為35℃，厭氧塔內(nèi)溫度可以保持在33℃左右，有利于厭氧菌的生長繁殖。

　　可以看出，剛開始運行2d時，由于車間排放一股高濃度水進入系統(tǒng)COD為7000mg/L，短時間內(nèi)負荷提升至4.2kg/(m3·d)，隨即采取降低進水量的措施，保證系統(tǒng)負荷維持在1～2kg/(m3·d)。運行至第5天，車間排放一股低濃度水進入系統(tǒng)COD為500mg/L，此時厭氧塔內(nèi)負荷降低至0.1kg/(m3·d)，采取加大進水水量的措施，來保證負荷的穩(wěn)定。隨后與車間溝通將高濃度廢水暫時儲存，與低濃度廢水中和后排放，確保進水負荷波動不大。系統(tǒng)運行20d以后負荷基本保持在1～2kg/(m3·d)，運行初期，由于新接種的污泥對該類廢水需要一定的適應(yīng)時間，去除率一直保持在80%左右，運行20d以后去除率有了明顯的提升，且穩(wěn)定在95%左右。

　　4總結(jié)

　　本次改造有效地解決了出水總氮不達標(biāo)、進水水質(zhì)波動大等問題，改變原有的進水模式，通過對厭氧塔和脫氮塔原水水量的分配，來實現(xiàn)進水負荷的穩(wěn)定，并將傳統(tǒng)的二級A/O工藝進行參數(shù)的優(yōu)化，實現(xiàn)了ANAMMOX菌的富集減少了藥耗和能耗。噸水動力和藥劑處理費用從原有的4.3元/m3下降為3.8元/m3，為企業(yè)節(jié)約了運行成本。

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　　作者：夏子翔1，2，李祥1，2，黃勇1，2*，談新偉1，2，高佳琦1，2，丁鑫1，2

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