化學沉澱法－A/O工藝處理合成氨有機廢水的工程設計

山東(dong) 某化工集團是一個(ge) 集肥料、化工、科研、商貿流通、農(nong) 化服務於(yu) 一體(ti) 的國有大型企業(ye) ，該集團氮肥分廠廢水主要是合成氨廢水，日排廢水1100m3,另有100m3/d的生活汙水。原汙水處理設施隻對外排廢水做沉澱處理，故廢水中的汙染物質如氨氮、氰化物、COD等還不能達到排放標準，造成水體(ti) “富營養(yang) 化”和水中生物中毒，對當地水環境造成了較大汙染。根據該廠實際情況，采用“化學沉澱法－A./O”工藝處理廢水取得了良好效果。

1. 廢水來源

廢水主要產(chan) 生於(yu) 造氣、合成和冷凝過程中，該廢水的主要特征汙染物為(wei) 氨氮。

2. 方案的確定

2.1  設計原水水質：COD≤260 mg/L ，PH：7~9 ，SS≤400 mg/L ，

氰化物≤2.0 mg/L，氨氮≤500 mg/L ，揮發酚≤.1.50 mg/L ，硫化物≤2.0 mg/L 。

2.2  處理水質標準：COD≤200 mg/L ，PH：6~9 ，SS≤200 mg/L ，

氰化物≤1.0 mg/L,氨氮≤150 mg/L, 揮發酚≤.0.20 mg/L ，硫化物≤1.0 mg/L 。

2.3  在預處理階段采用化學沉澱法，在廢水中加入硫酸亞(ya) 鐵，在PH值為(wei) 7.5～10.5的範圍內(nei) ，將氰化物轉化為(wei) 無毒的鐵氰配合物。監測進水PH值為(wei) 8.26（在7.5～10.5之間），符合要求。

在生化階段采用傳(chuan) 統的生物脫氮方法，常用的生物脫氮方法有前置生物脫氮法(A/O工藝)和後置生物脫氮法。後置生物脫氮法占地比前置生物脫氮法的大，增加了工程的基建投資；並且需要外加碳源，這樣將增加廢水的處理成本且外加碳源的量不易控製，易造成出水COD上升。而前置生物脫氮法具有占地少、不需外加碳源等優(you) 點，因此，本項目的主體(ti) 工藝采用前置反硝化的生物脫氮法。

前置反硝化生物脫氮法分為(wei) 分建式與(yu) 合建式,即反硝化、硝化與(yu) BOD去除分別在兩(liang) 座不同的反應器內(nei) 進行或在同一座反應器內(nei) 進行。

合建式反應器節省了基建和運行費用，且容易滿足處理工程對碳源和堿度等條件的要求，但影響因素不好控製。一、溶解氧（DO）指數至關(guan) 重要，一般為(wei) 0.5mg/l~1.5mg/l範圍內(nei) ；二、汙泥負荷指數＜0.1~0.15KgBOD/KgMLSS·d，以滿足硝化的要求；三、C/N比（滿足反硝化過程對碳源的要求，6~7之間合適）；四、堿度（適宜範圍為(wei) 7.5~8.0）。

對於(yu) 傳(chuan) 統的“硝化—反硝化”分建式反應器（A/O工藝），由於(yu) 反應不在同一座反應器內(nei) 進行，硝化、反硝化的影響因素控製範圍相應增大，可以更為(wei) 有效地發揮和提高活性汙泥中某些微生物（如硝化菌、反硝化菌等）所*的處理能力，從(cong) 而達到脫氮除磷、處理難降解有機物的目的。這樣的生物處理組合工藝可以減少生化池的容積，提高生化處理效率，既節省環保投資又可減少日常的運行費用。

2.4  工藝流程

2.5 工藝流程說明

本項目的工藝采用“硝化－反硝化”為(wei) 核心的A/O法生物脫氮處理

工藝。A/O法生物去除氨氮原理是在充氧的條件下（O段）,汙水中的氨氮被硝化菌硝化為(wei) 硝態氮，大量硝態氮回流至A段，在缺氧的條件下，通過兼性厭氧反硝化菌作用，以汙水中有機物作為(wei) 電子供體(ti) ，硝態氮作為(wei) 電子受體(ti) ，使硝態氮被還原為(wei) 的氮氣，逸入大氣從(cong) 而達到終脫氮的目的。

2.5.1汙水流程

生產(chan) 廢水經調節池調節水量，均衡水質後由水泵提升，加入FeSO4,

去除CN- ,生成絡合沉澱物。出水進入一沉池沉澱去除部分懸浮物和沉澱物，一沉池出水和回流液混合進入缺氧池，進行反硝化脫氮反應，NO3- —N被還原成N2進入空氣，汙水則進入生物接觸氧化池。在生物接觸氧化池內(nei) 進行降解和硝化反應，BOD大部分被降解，NH4+—N則轉化為(wei) NO3- —N，出水大部分回流，剩餘(yu) 部分則進入二沉池沉澱脫落的生物膜，二沉池出水可直接達標排放，也可用泵泵入廠辦公生活區的水景噴泉配水係統，這樣即可美化廠區環境，又可利用在噴泉中水射流及曝曬起到的“氧化塘”作用，水質會(hui) 得到更好的改善，從(cong) 而充分保證了排放水的水質要求。

2.5.2汙泥流程

沉澱池汙泥進入汙泥濃縮池，經濃縮後上清液回流至調節池重新處理，濃縮汙泥由泥漿泵提升至幹化場幹化脫水

3.主要構築物的設計說明

3.1 調節池

因原水排放氨氮值波動較大，且需要摻加生活汙水，故在廢水處理係統之前設此調節池，以均衡水質和調節水量。

調節池采用的是穿孔導流槽式調節池，進入調節池的廢水由於(yu) 流程長短的不同，達到自動調節均和水質的目的，減少了衝(chong) 擊負荷對後續處理單元的影響。

調節池有效容積為(wei) 200m3,水力停留時間為(wei) 4h。

3.2 一沉池

沉澱池去除部分懸浮物，COD和加藥生成的鐵氰絡合物等。平流式沉澱池的多鬥排泥，方式比較可靠，但鬥內(nei) 易積泥，排泥困難，隻能采用定期放空，人工排泥的方式來維持生產(chan) ，如排泥間隔時間過長，還可能出現管口堵塞現象。

本設計用吸泥機來排泥，采用鋼製BXJ—3500型，含有電極、減速機、液下汙泥泵，運行可靠，操作方便，廣泛應用於(yu) 平流沉澱池的排泥。

沉澱池有效容積為(wei) 160m3,水力停留時間為(wei) 3.2h。

3.3 缺氧池

缺氧池是通過棲息在軟型填料上的世代時間較長的反硝化菌的作用使廢水中的NO2－、、NO3－轉化成CO2和N2，從(cong) 而達到生物脫氮的要求。由於(yu) 采用了前置反硝化脫氮工藝，利用進水的有機物作為(wei) 碳源，所以反硝化池可以不另加碳源。

缺氧池為(wei) 生物脫氮的主要反應器，在缺氧池內(nei) 回流混合液和一沉池出水在攪拌機的作用下充分混合，在反硝化菌的作用下，發生反硝化反應。

硝態氮被還原為(wei) N2，完成脫氮反應。

從(cong) 反硝化反應式中也可以得到三個(ge) 結論：

⑴ 硝化過程後富餘(yu) 的溶解氧（DO約為(wei) 0.7～.1.0mg/l）在反硝化過程中，被反硝化段中的部分有機物消耗掉，從(cong) 而進一步保證了缺氧反硝化階段溶解氧（DO＜0.3mg/l）的工藝要求。

⑵ 在反硝化菌的作用下，NO3－被還原，而有機物被氧化，NO3－在還原過程中所獲得的電子是由有機物質提供的。因此，在反硝化過程中，廢水的C/N比是影響脫氮效果的一個(ge) 重要因素。

⑶ 反硝化反應的結果使生化環境的PH值提高，反硝化作用適宜的PH值也在7.5～9.2之間，由於(yu) 硝化使PH降低而反硝化卻使PH升高，兩(liang) 個(ge) 過程中的PH變化彼此之間相互抵消，結果使係統內(nei) 的PH保持不變。但是兩(liang) 個(ge) 過程中堿度的變化可以作為(wei) 一個(ge) 參數用來判斷硝化與(yu) 反硝化進行的程度。

缺氧池容積可根據反硝化速率和需脫硝的硝酸氮量計算，公式如下：

3.4 生物接觸氧化池

為(wei) 有機物降解和NH4+ —N硝化的反應器，在充氧的條件下，有機物在微生物的作用下分解為(wei) CO2和H2O，NH4+ —N則發生硝化反應。硝化作用是在兩(liang) 類好氧菌的參與(yu) 下完成的，首先是亞(ya) 硝化單細胞菌將氨氮先氧化成亞(ya) 硝酸鹽，然後硝化杆菌將亞(ya) 硝酸鹽再進一步氧化成硝酸鹽。

從(cong) 上述反應式中可以得到三個(ge) 結論:

   1不論是亞(ya) 硝化過程還是硝化過程，都要耗用大量的氧。要使一分子氨氮（NH3—N及NH4+ —N）*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，此值為(wei) 生物氧化池脫氮的需氧量提供了一個(ge) 工程設計的參考數據。由於(yu) 硝化反應需要足夠的氧量，因此大多數學者認為(wei) 溶解氧應控製在1.5 ～ 2.0 mg/L以上，低於(yu) 0.5mg/L則硝化作用*停止。

   2硝化反應的結果有硝酸（HNO3）生成，會(hui) 使生化環境的酸性提高。因此廢水中應有足夠的堿度，以平衡硝化作用中產(chan) 生的酸，一般認為(wei) 硝化作用適宜的PH值在7.5 ～ 9.2之間。

   3硝化反應的結果可使氨氮轉化為(wei) 亞(ya) 硝酸鹽和硝酸鹽，但廢水中的總氮量並沒發生變化。

硝化作用宜在低BOD負荷條件下進行，若硝化段的含碳有機基質的濃度太高，會(hui) 使生長速率較高的非硝化菌迅速繁衍，從(cong) 而使硝化菌得不到優(you) 勢，結果降低了硝化速率。一般來說，硝化段的BOD應低於(yu) 20mg/L。

采用汙泥負荷計算好氧池容積，泥齡與(yu) 汙泥去除負荷的關(guan) 係為(wei) ：

好氧池設兩(liang) 座，並聯式，總有效容積為(wei) 800m3, 泥齡約為(wei) 30天。

4. 處理效果分析

    德州市陵縣環境保護監測站於(yu) 2001年6月15日～16日對該廠水樣進行了48h的8次取樣監測，監測結果見表1，表明該設施的處理出水達到了國家《合成氨工業(ye) 水汙染物排放標準》（GWPB4－1999）小型二級排放標準。（注：GWPB4－1999現已改為(wei) GB13458－2001）

5. 問題的探討

為(wei) 了使汙泥均質，需用漿式攪拌機攪拌，使汙泥成懸浮狀態，這就需要一定的攪拌速度，而轉速不能過快，否則，將帶入部分空氣而破壞厭氧環境，同時易引起漂泥，使汙泥流失，因此，攪拌速度應控製在一定的範圍內(nei) ，我們(men) 在原設計中的攪拌速度為(wei) .5.2r / min ，在實際運行中此轉速偏大，特別是在調試階段，由於(yu) 缺氧池汙泥濃度太小(不足1000mg/l)，此轉速時就更容易造成汙泥流失，我們(men) 建議應將轉速降低，這是需要進一步研究的問題。

6. 經濟分析

工程總投資為(wei) 163萬(wan) 元，其中汙水處理站土建部分為(wei) 83萬(wan) 元，主體(ti) 設備60萬(wan) 元，其它費用20萬(wan) 元。直接處理成本為(wei) 0.92元 / m3水，其中：固定資產(chan) 折舊費為(wei) 0.15元 / m3水；人工費為(wei) 0.08元 / m3水；藥劑費為(wei) 0.39元 / m3水；電費為(wei) 0.30元 / m3水。

根據設計方案，汙水經處理後回用於(yu) 生產(chan) 中的部分工段（比如生產(chan) 車間衝(chong) 洗地麵，鍋爐車間衝(chong) 渣衝(chong) 灰等）。按20%的回用率，可節省的一次用水為(wei) 240m3/d，每方水按0.5元計，為(wei) 240×0.5 = 120 元/d = 0.1元 / m3水。則實際噸水處理費用：0.92－0.10 = 0.82元 / m3水。按每日處理1200立方米廢水，每年生產(chan) 300天計算，需淨支出0.82元×1200×300 = 29520元。

6. 結語

采用化學沉澱法—A/O工藝處理合成氨有機廢水，工藝技術可靠，操作簡單，便於(yu) 管理，運行成本低，處理出水符合國家《合成氨工業(ye) 水汙染物排放標準》（GB13458—2001）小型二級排放標準，同時可回用於(yu) 生產(chan) 過程的某些工段，獲得了顯著的環境效益和社會(hui) 效益，總的來說，本處理工藝是科學適用的