印染高氨氮廢水A/O-MBR處理工藝

廣東某紡織企業(yè)的主要產(chǎn)品服務(wù)為針織、染色及印花，在其污水處理系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)池內(nèi)TN濃度一般為15-20mg/L，經(jīng)原有污水處理系統(tǒng)處理后，出水TN濃度與氨氮濃度可達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-2012）表2標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)個(gè)別生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的高氨氮廢水集中排放至調(diào)節(jié)池時(shí)，會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)池氨氮濃度升高至30-40mg/L，此時(shí)原有的污水處理系統(tǒng)工藝單元難以承受總氮濃度變化帶來(lái)的沖擊，出水TN、氨氮顯著升高。針對(duì)小流量的高氨氮廢水帶來(lái)的總氮負(fù)荷沖擊問(wèn)題，本改造工程采用對(duì)高氨氮廢水進(jìn)行單獨(dú)收集處理的做法，根據(jù)水質(zhì)參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選定“A/O+MBR”的處理工藝，經(jīng)本工程處理后的印染高氨氮廢水出水TN小于40mg/L，氨氮小于25mg/L。本工程的順利實(shí)施使原有污水處理系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，出水水質(zhì)能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

本文介紹了廣東某紡織企業(yè)印染高氨氮廢水的“A/O+MBR”污水處理工程，詳細(xì)說(shuō)明各工藝段的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)理念、運(yùn)行效果、運(yùn)行成本。

1、工程概況

本印染高氨氮廢水處理工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1000m3/d，按每天24h連續(xù)運(yùn)行，按設(shè)計(jì)流量為45m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、工藝設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

該紡織企業(yè)的高氨氮廢水主要由尼龍活性料廢水、棉漂白及煮布廢水組成，這兩股廢水原水水質(zhì)、水量及混合后水質(zhì)水量情況如表1所示。

(2)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家環(huán)境保護(hù)有關(guān)規(guī)定及企業(yè)內(nèi)控要求，確保處理后廢水的總氮（TN）和氨氮（NH3-N）得到有效去除，要求出水水量、水質(zhì)情況如表2所示。

(3)工藝方案比較及選擇

針對(duì)廢水中氨氮在200mg/L左右的情況，采用生物脫氮方法是比較經(jīng)濟(jì)合理的措施。常用的生物脫氮工藝有：SBR、氧化溝、A/O工藝。

①SBR工藝

序批式活性污泥法簡(jiǎn)稱SBR，是傳統(tǒng)活性污泥法的一種變形。該工藝一般有進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和待機(jī)五個(gè)基本操作過(guò)程，是“缺氧（充水階段）一好氧（曝氣階段）一缺氧（沉淀、排水、閑置階段）”的結(jié)合往復(fù)。SBR曝氣池進(jìn)水期前，池內(nèi)存有的上一周期污泥濃度較高。進(jìn)水期間，高活性微生物同新入池底物接觸繼而發(fā)生生物吸附與吸收反應(yīng)；而后曝氣反應(yīng)，在有氧條件下發(fā)生硝化過(guò)程，先由亞硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再進(jìn)一步由硝化菌氧化為硝酸鹽。在曝氣反應(yīng)后期，在有機(jī)物去除的基礎(chǔ)上，廢水中的氨氮完成硝化過(guò)程。曝氣反應(yīng)階段一方面可以去除大部分的氨氮；另一方面有機(jī)底物被氧化成CO2、H2O和無(wú)機(jī)物。隨后停止曝氣進(jìn)入沉淀、排水、閑置階段，混合液中食物和氧消耗殆盡，微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，生物污泥數(shù)量及活性再次恢復(fù)至起始狀態(tài)。

②氧化溝工藝

氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應(yīng)池作為單元主體，通常在延時(shí)曝氣條件下使用，混合液在反應(yīng)池中閉合的曝氣渠道中連續(xù)循環(huán)。

對(duì)比傳統(tǒng)的活性污泥法，氧化溝法由于具有較長(zhǎng)的污泥齡和水力停留時(shí)間，較低的有機(jī)負(fù)荷，可節(jié)省調(diào)節(jié)池、初沉池、污泥消化池、二沉池等。氧化溝結(jié)合了曝氣裝置特定的定位布置和CLR形式，具有耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)、能夠較好處理不易降解的有機(jī)物、節(jié)省能源等特點(diǎn)。

③A/O-MBR工藝

A/O工藝中，鑒于硝化反應(yīng)過(guò)程中碳源對(duì)硝化速率的限制影響，可將好氧段分為碳氧化段和氮氧化段，含碳有機(jī)物在碳氧化段被充分去除后，可顯著提高氮氧化段的硝化速率。在碳氧化段需要控制溶解氧濃度，使異養(yǎng)菌占據(jù)優(yōu)勢(shì)，最大限度地去除COD。在氮氧化段，由于大部分COD已被去除，進(jìn)水碳氮比較低，溶解氧則控制在較高的水平，使氨氮被充分硝化。在設(shè)計(jì)時(shí)，注意BOD去除負(fù)荷為碳氧化段的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，而硝化速率則為氮氧化段的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)和分開(kāi)控制運(yùn)行參數(shù)，提升碳氧化過(guò)程和氮氧化過(guò)程的效率及去除率。

經(jīng)過(guò)碳氧化-硝化-反硝化一系列反應(yīng)，廢水中的大部分有機(jī)物和氨氮被轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物從而去除，剩余小部分則轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，以定期排泥的方式被排出系統(tǒng)。

膜-生物反應(yīng)器（Membrane-Bioreactor，簡(jiǎn)稱MBR）是一種結(jié)合了膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝的高效污水處理與回用工藝。與傳統(tǒng)二沉池工藝相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：

A.膜分離效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)沉淀池，可使微生物悉數(shù)被截流于反應(yīng)器內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)微生物濃度高，能夠有效提高污染物的整體去除率，同時(shí)可良好適應(yīng)進(jìn)水負(fù)荷的變化，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良。

B.可在低污泥負(fù)荷、高容積負(fù)荷下運(yùn)行，剩余污泥產(chǎn)量低，從而能夠降低污泥的處理費(fèi)用。

C.流程簡(jiǎn)易、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝節(jié)省空間、受場(chǎng)所限制小，易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造。

D.微生物被完全截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，有利于增殖緩慢的微生物的截留生長(zhǎng)，可有效提高系統(tǒng)硝化效率。同時(shí)，部分難降解有機(jī)物在系統(tǒng)內(nèi)的水力停留時(shí)間增加，從而提升其降解效率。

E.運(yùn)行控制靈活簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理更為方便。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)已有工藝單元情況和改造難度、工藝特點(diǎn)等，選擇A/O-MBR工藝作為此高氨氮廢水的處理工藝。

(4)工藝流程

高氨氮廢水處理系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

多股高氨氮廢水通過(guò)各工序段進(jìn)入收集池，泵送進(jìn)入高氨氮廢水調(diào)節(jié)池后均質(zhì)均量，再泵送至初沉池，在初沉池中投加液堿調(diào)節(jié)pH，保障后續(xù)進(jìn)行硝化反應(yīng)時(shí)有充足的堿度。經(jīng)初沉池處理，廢水中的顆粒物得到沉淀去除，廢水pH也適合于進(jìn)行硝化-反硝化生物處理。初沉池出水自流進(jìn)入A/O生化池，污水與MBR污泥回流混合液混合后在A池進(jìn)行反硝化以及水解酸化反應(yīng)，A池去除了污水中的大部分總氮，并且將污水中的大分子有機(jī)物厭氧水解為小分子可生物利用的有機(jī)物。A池出水自流進(jìn)入O池，O池通過(guò)控制空氣流量的大小分為碳氧化段和氮氧化段，碳氧化段溶解氧較低，主要進(jìn)行COD的去除，氮氧化段溶解氧較高，起到將氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮的作用，使出水氨氮達(dá)標(biāo)。O池出水進(jìn)入MBR后，COD和氨氮得到了去除，經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾后的出水進(jìn)入MBR清水池，最終送入該紡織企業(yè)總調(diào)節(jié)池內(nèi)。

3、各構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

(1)收集池

收集池利舊改造，尺寸：L×H×W=10m×8m×5.5m，有效容積400m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座2格。當(dāng)收集池1水位達(dá)到一定高度后，進(jìn)水切換至收集池2，并且開(kāi)始自動(dòng)測(cè)試收集池1的TN濃度，TN濃度高于30mg/L時(shí)收集池廢水泵入高氨氮廢水調(diào)節(jié)池，TN濃度低于30mg/L時(shí)收集池廢水泵入廠區(qū)總調(diào)節(jié)池。2座收集池內(nèi)各配有2臺(tái)污水提升泵（Q=300m3/h，H=12.5m，N=18.5kW，1用1備），1臺(tái)攪拌器（轉(zhuǎn)速740r/min，N=1.5kW），1臺(tái)超聲波液位計(jì)，1臺(tái)TN在線監(jiān)測(cè)儀。

(2)高氨氮廢水調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池利舊改造，尺寸：L×H×W=20m×10m×5.5m，有效容積1000m3，鋼砼結(jié)構(gòu)。池外配有冷卻系統(tǒng)，用于控制調(diào)節(jié)池溫度處于30-35℃之間。冷卻系統(tǒng)包括1臺(tái)冷卻塔（N=3.7kW），1臺(tái)污水循環(huán)泵（Q=65m3/h，H=10m，N=4kW），池內(nèi)配有4臺(tái)攪拌器（轉(zhuǎn)速740r/min，N=1.5kW），1臺(tái)超聲波液位計(jì)。

(3)初沉池

調(diào)節(jié)池中的廢水通過(guò)初沉池進(jìn)水泵（Q=50m3/h，H=10m，N=4kW）泵入初沉池中，液體PAC泵入管道內(nèi)通過(guò)管道混合器與廢水充分混合，液堿泵入進(jìn)水管出口起到調(diào)節(jié)pH的作用，經(jīng)過(guò)初沉池后，廢水中的顆粒物得到了去除，pH也升高到適合進(jìn)行生化反應(yīng)的范圍。初沉池利舊進(jìn)行改造，尺寸：D×H=φ8.6×9.8（m），鋼砼結(jié)構(gòu)，2座，表面負(fù)荷1.3m3/(m2?h)。

(4)A/O-MBR生化池

初沉池出水自流至A/O-MBR生化池，A/O生化池利用缺氧與好氧環(huán)境交替實(shí)現(xiàn)生物脫氮以及去除部分有機(jī)物，MBR池通過(guò)膜的截留微生物的作用達(dá)到極高的污泥濃度，從而能夠高效地去除COD以及氧化氨氮。整個(gè)A/O-MBR池利用原有的生物膜曝氣池進(jìn)行改造，尺寸：L×B×H=60.0×9.0×5.35（m），有效容積2500m3，停留時(shí)間2.5d，鋼砼結(jié)構(gòu)。A池配有4臺(tái)液下推流器（轉(zhuǎn)速740r/min，N=2.2kW），O池采用微孔曝氣系統(tǒng)，采用羅茨風(fēng)機(jī)供氣（Q=60m3/min，H=5m，N=75kW）。

MBR池底部設(shè)有污泥回流泵，MBR池內(nèi)高濃度的污泥以及硝化液通過(guò)污泥回流泵（Q=143m3/h，H=10m，N=7.5kW）回到A池進(jìn)水口，與二沉池出水混合進(jìn)入A池，回流比為250%-300%。MBR采用內(nèi)置式膜組件（中空纖維膜，膜通量13.32L/(m2?h)，表面積3000m2）。MBR配有專用的微孔曝氣系統(tǒng)，采用羅茨風(fēng)機(jī)供氣（Q=60m3/min，H=5m，N=75kW），另配有一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)用于膜抖動(dòng)（Q=15.3m3/min，H=5m，N=22kW）。MBR池外配有自吸離心泵3臺(tái)，其中兩臺(tái)作為產(chǎn)水泵（Q=55m3/h，H=10m，N=3.7kW，1用1備），一臺(tái)作為反洗泵（Q=90m3/h，H=15m，P=5.5kW），膜組件配有一套膜化學(xué)在線清洗系統(tǒng)，進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)采用堿性次氯酸鈉與檸檬酸進(jìn)行清洗。

(5)MBR清水池

MBR清水池利用原有二沉池進(jìn)行改造，尺寸：D×H=φ8.6×5.6（m），儲(chǔ)存MBR產(chǎn)水，并作為MBR膜組件在線反沖洗用水。出水高液位自流入廠區(qū)總調(diào)節(jié)池中。

4、各工藝段效率表

5、運(yùn)行費(fèi)用分析

(1)設(shè)備電耗

設(shè)備總裝機(jī)功率約為215kW，其中24小時(shí)開(kāi)機(jī)功率為175kW，設(shè)備電耗約為4kW?h/噸水，電價(jià)按0.85元/度進(jìn)行計(jì)算，電費(fèi)成本為3.4元/噸水。

(2)藥劑費(fèi)用

本工程中所用到的主要藥劑有PAC、液堿、次氯酸鈉、檸檬酸，根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行的數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)，藥劑的運(yùn)行費(fèi)用為1.1元/噸水。

(3)人工費(fèi)用

本工程自動(dòng)化程度較高，且以改建為主，因此僅需安排原有污水廠員工兼職進(jìn)行管理巡視，未產(chǎn)生新的人工成本。

(4)污水處理費(fèi)用合計(jì)

污水處理運(yùn)行費(fèi)用為=設(shè)備電費(fèi)+藥劑費(fèi)+人工費(fèi)=3.4+1.1+0=4.5元/噸水。

6、結(jié)論

廣東某紡織企業(yè)針對(duì)少量的高氨氮印染廢水進(jìn)行單獨(dú)收集處理，采用“初沉+A/O+MBR”的生化法處理這部分廢水，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，且單獨(dú)收集處理高氨氮廢水后，污水廠原有的污水處理系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。（來(lái)源：廣州市華綠環(huán)?？萍加邢薰荆?/span>