CASS+BAF工藝在合成氨廢水處理中的應用

馮素敏，曹樹余，秦曉玲

(1.河北科技大學環境科學與工程學院，河北石家莊 050018；2.河北省污染防治生物技術實驗室，河北石家莊 050018；3.河北省石油化工設計院有限公司，河北石家莊 050061)

中國傳統合成氨工業具有噸氨廢水排放量大、成分復雜等特點，在工程設計前，應首先對工藝生產裝置實施清潔生產和廢水的清污分流措施，盡量減少廢水的排放量[1]。目前中國對該廢水的生化處理法主要有A/O，CASS，A/MBR，BAF等工藝[2-4]，以上處理方法對有機物、氨氮和懸浮物均有較好的去除效果，基本能夠做到穩定達標排放。為發展循環經濟，提高水資源高效利用，實現廢水零排放，尚需對廢水增設深度處理措施。本文結合河北某合成氨企業廢水排放特點，采用以“CASS+BAF”組合處理工藝[5]，經處理后的廢水全部回用不外排。工程投運1年來，運行狀態平穩，節水效果明顯。

1 廢水處理工程設計

1.1 工程概況

該企業合成氨生產能力為100 kt/a，其中液氨為50 kt/a、甲醇為40 kt/a、碳酸氫銨為40 kt/a。廢水主要來自脫硫凈化、壓縮、變換、合成、甲醇等工段，廢水量為200 m3/d，主要污染物為COD、氨氮、懸浮物和硫化物等，經處理后的出水水質達到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質》標準要求，具體設計進、出水指標見表1。

表1 主要污染物及指標

1.2 廢水處理工藝

廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

廠區廢水首先通過格柵去除較大懸浮物后進入調節池，經廢水提升泵打入隔油沉淀池，出水自流到水解酸化池，再由廢水提升泵打入CASS反應池進行曝氣、沉淀潷水、上清液潷水到中間水池，后經中間水泵打入曝氣生物濾池(BAF)，出水入回用水池，經殺菌處理后由回用水泵打入廠區各回用水點。隔油沉淀池產生的沉渣和CASS反應池產生的剩余活性污泥分別通過排泥泵定期打入污泥濃縮罐，濃縮后的污泥進入污泥干化場。

2 主要設備及構筑物設計

調節池 調節池主要起均衡水質和水量的作用。本工程采用預曝氣調節池，通過鼓入適量空氣防止比重較大的顆粒沉積，停留時間為12h，地下鋼筋混凝土結構，池內設2臺廢水提升泵，開1備1。

隔油沉淀池 隔油沉淀池采用平流式，其作用是去除部分浮油和懸浮物，停留時間為1.5h，表面設計負荷q′=2.0m3/(m2·h)。

水解酸化池 主要是通過水解酸化菌的作用將廢水中難降解的大分子有機物轉化為易降解的小分子有機物，從而提高后續處理的可生化性[6]。本工程水解酸化池內置組合填料。COD容積負荷Nv=2kg/(m3·d)，水力停留時間為14.4h。

CASS反應池 循環式活性污泥系統(cyclicactivatedsludgesystem，CASS)是廢水處理系統核心構筑物之一，CASS工藝是好氧/缺氧/厭氧交替運行的過程，主要去除廢水中的COD、氨氮以及SS等污染物質[1]。該反應池設有生物選擇區、兼氧區和主反應區，同時設污泥回流。CASS池共設2座，并聯交替運行。

主要設計參數[7]：COD容積負荷為0.5kg/(m3·d)，BOD5污泥負荷為0.15kg/(kg·d)，混合液污泥質量濃度為3.5～4.0g/L，兩格池子按程序交替運行，每格工作周期為8h，其中進水1h，曝氣5h，沉淀1h，潷水1h。池內最大水深4.0m，換水深度約1/3，設污泥回流泵1臺(兼剩余污泥泵)。

中間水池 中間水池起到CASS池間歇出水與BAF連續進水的中間調節作用。水力停留時間為14.5h，內設中間水泵2臺，開1備1。

BAF池 曝氣生物濾池(biologicalaeratedfilter，BAF)是廢水處理系統又一核心構筑物，該工藝充分借鑒了廢水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思想，即需曝氣、過濾速度高、截留懸浮物、需定期反沖洗等特點，并對COD、氨氮以及SS都有較高的去除效果。

主要設計參數[8]BOD5容積負荷為1kg/(m3·d)；布水區高度為1.2m；承托層采用鵝卵石，高度0.2m；濾料采用Φ3～8mm的球形陶粒，高度為2.5m。反洗采用氣-水聯合反沖洗，反沖洗時間為5min，空氣反沖洗強度為60m3/(m2·h)，水反沖洗強度為25m3/(m2·h)。

回用水池 回用水池是廢水處理系統的終端構筑物，水力停留時間為14.5h，廢水經加藥消毒后，由廢水回用水泵提升回用于廠區綠化、沖廁、鍋爐煙氣除塵及循環水裝置補水等。

主要設備及構筑物分別見表2、表3。

表2 主要設備一覽表

表3 主要構筑物一覽表

3 工程設計特點

本工程設計主要特點如下。

采用“預曝氣調節池+隔油沉淀池+水解酸化池”作為預處理，即均衡了水質水量，去除廢水中的油污和懸浮物，又提高了廢水的可生化性，減輕了后續處理設施的負荷，使系統運行更加穩定。

CASS工藝具有建設費用低、運行操作靈活、去除有機物及脫氮效果好等優點。BAF工藝具有生物膜法的突出優點：即處理效率高、出水水質好、抗沖擊負荷能力強、尤其對低濃度有機廢水仍有較好的去除效果，且占地面積小、操作簡單等。本工程設計采用“CASS+BAF” 組合工藝處理合成氨廢水，利用兩級生化處理、雙重脫氮功能保證了出水中有機物、氨氮及SS的有效去除，出水水質滿足回用水水質要求。

工程設計中將調節池、中間水池及回用水池設為地下式一體化構筑物，隔油沉淀池、水解酸化池及CASS反應池設為半地上一體化構筑物，即節省了工程造價，又減少了占地面積，整體布置緊湊合理，操作方便。

4 結果與討論

4.1 調試結果

工程于2011年7月建成。為了縮短運行調試時間，CASS池采用接種污泥培養法，菌種污泥來自附近某城市污水處理廠的脫水泥餅，含水率80%，污泥總量為15 t。首先調整CASS池進水水質pH值為6.8～8.0，COD質量濃度為300～500 mg/L，NH3-N質量濃度為50～100 mg/L，其注水量為池容的2/3[9]。將菌種污泥投加到CASS池內，并依次按著曝氣—沉淀—潷水—進水4個程序不間斷運行，根據運行狀況逐步提高進水COD和NH3-N的濃度。經過近2個月的運行調試，污泥沉降比逐漸達到了30%以上，COD和NH3-N去除率分別達到了85%和80%以上，基本進入了穩定運行階段。

BAF池采用人工掛膜法，將適量菌種污泥投入到BAF池中，首先進行悶曝，間斷進水，之后連續曝氣、連續進水[10]。經過20多天的運行調試，BAF出水COD 和NH3-N去除率分別達到了75%和80%以上，且出水水質清澈、穩定。曝氣生物濾池掛膜成功[11-12]。

工程調試過程中CASS池出水COD和NH3-N的濃度變化情況分別見圖2和圖3。BAF池出水COD和NH3-N的質量濃度變化情況分別見圖4和圖5。

圖2 CASS池COD質量濃度的變化Fig.2 Change of COD concentration in CASS tank

圖3 CASS池NH3-N質量濃度的變化Fig.3 Concentration variation of NH3-N in CASS tank

由圖2和圖3可知，在CASS池調試過程中，CASS池進水COD質量濃度由300 mg/L 逐步增高到1 000 mg/L左右，一個多月后，隨著進水水質達到設計要求，出水COD質量濃度基本穩定在120 mg/L以下。去除率由50%提高到了85%以上。進水中NH3-N質量濃度由48 mg/L 逐步增高到250 mg/L左右，出水降到60 mg/L以下，去除率由30%逐步提高到75%。

圖4 BAF池COD質量濃度的變化Fig.4 Change of COD concentration in BAF tank

圖5 BAF池NH3-N質量濃度的變化Fig.5 Concentration variation of NH3-N in BAF tank

由圖4和圖5可知，在BAF池的調試過程中，CASS池的出水作為BAF池的進水，20 d后，BAF池出水COD質量濃度穩定維持在50 mg/L以下，去除率由37%提高到60%以上。出水中NH3-N質量濃度穩定維持在10 mg/L以下，去除率由30%逐步提高到80%。

4.2 運行結果

工程投運1年以來，設備運行正常，出水水質基本穩定。廢水處理站進、出水水質的日常監測結果見表4。

表4 各污染物監測結果

由表4中數據可以看出， “CASS+BAF”組合工藝處理合成氨廢水具有較好的工作穩定性，出水中COD，NH3-N及SS去除率分別達到的95%，97%，98%。

4.3 問題討論

4.3.1 泡沫問題

泡沫問題是活性污泥法運行調試中的常見問題之一。CASS池調試初期產生大量泡沫，泡沫黏度大、穩定性強，最大高度可達50cm，其產生的主要原因是由于投加的菌種污泥中含有大量的絮凝藥劑而引起的。針對此問題，采用噴水、降低曝氣量、降低負荷等措施對泡沫進行有效控制[13]。同時，隨著污泥濃度的增加使泡沫逐漸消失。

4.3.2 水溫影響

該工程位于河北沿海地區，冬季室外最低溫度降到-10 ℃以下，廢水溫度降至8 ℃左右，影響了微生物的正常生長，污泥生長緩慢，出水水質變差[14-15]。為解決該問題，引入了部分鍋爐排污水來提高廢水溫度，使其維持正常運行。

5 效益分析

該工程總投資91.26萬元，其中直接費用77.16萬元，間接費用14.10萬元。處理成本1.50元/t，投資費用4 563元/(t·d)。該項目實施后，每年削減COD，NH3-N污染物外排量分別為80.3t和17.5t，每年節約一次水約6萬t，1t水按3元計算，節水費用共計18萬元，體現良好的環境效益、經濟效益和社會效益。

6 結 語

合成氨工業廢水具有排放點多，成分復雜等特點，將“CASS+BAF”組合工藝應用于合成氨廢水的末端治理，具有抗沖擊負荷能力強、處理效果好、操作運行簡便、投資省、能耗少等優點。工程實踐表明：該組合工藝COD去除率達到95%，NH3-N的去除率達到97%，SS的去除率達到98%，具有較高的去除污染物質的能力，處理后的廢水全部回用于廠區不外排，實現了廢水的零排放，體現了良好的環境效益、經濟效益和社會效益。

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