A/O-MBR工藝處理印染高氨氮廢水工程實例

＊高博 高志強

（廣州市華綠環(huán)保科技有限公司 廣東 510663）

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到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-2012）表2標準。但當個別生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的高氨氮廢水集中排放至調(diào)節(jié)池時，會導致調(diào)節(jié)池氨氮濃度升高至30-40mg/L，此時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的沖擊，出水TN、氨氮顯著升高。針對小流量的高氨氮廢水帶來的總氮負荷沖擊問題，本改造工程采用對高氨氮廢水進行單獨收集處理的做法，根據(jù)水質(zhì)參數(shù)與現(xiàn)場實際情況選定“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。本工程的順利實施使原有污水處理系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，出水水質(zhì)能夠達到排放標準。

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，詳細說明各工藝段的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計理念、運行效果、運行成本。

1.工程概況

本印染高氨氮廢水處理工程設(shè)計處理規(guī)模為1000m3/d，按每天24h連續(xù)運行，按設(shè)計流量為45m3/h進行設(shè)計。

2.工藝設(shè)計

(1)設(shè)計進水水質(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)計出水水質(zhì)

本項目設(shè)計嚴格執(zhí)行國家環(huán)境保護有關(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。

表2 設(shè)計出水水質(zhì)Tab.2 Designed of effluent water quality table

(3)工藝方案比較及選擇

針對廢水中氨氮在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稱SBR，是傳統(tǒng)活性污泥法的一種變形。該工藝一般有進水、反應(yīng)、沉淀、排水和待機五個基本操作過程，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。SBR曝氣池進水期前，池內(nèi)存有的上一周期污泥濃度較高。進水期間，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)生硝化過程，先由亞硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再進一步由硝化菌氧化為硝酸鹽。在曝氣反應(yīng)后期，在有機物去除的基礎(chǔ)上，廢水中的氨氮完成硝化過程。曝氣反應(yīng)階段一方面可以去除大部分的氨氮；另一方面有機底物被氧化成CO2、H2O和無機物。隨后停止曝氣進入沉淀、排水、閑置階段，混合液中食物和氧消耗殆盡，微生物進入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，生物污泥數(shù)量及活性再次恢復至起始狀態(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)。

對比傳統(tǒng)的活性污泥法，氧化溝法由于具有較長的污泥齡和水力停留時間，較低的有機負荷，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，具有耐沖擊負荷能力較強、能夠較好處理不易降解的有機物、節(jié)省能源等特點。

③A/O-MBR工藝

A/O工藝中，鑒于硝化反應(yīng)過程中碳源對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，最大限度地去除COD。在氮氧化段，由于大部分COD已被去除，進水碳氮比較低，溶解氧則控制在較高的水平，使氨氮被充分硝化。在設(shè)計時，注意BOD去除負荷為碳氧化段的主要設(shè)計參數(shù)，而硝化速率則為氮氧化段的主要設(shè)計參數(shù)。優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計參數(shù)和分開控制運行參數(shù)，提升碳氧化過程和氮氧化過程的效率及去除率。

經(jīng)過碳氧化-硝化-反硝化一系列反應(yīng)，廢水中的大部分有機物和氨氮被轉(zhuǎn)化為無機物從而去除，剩余小部分則轉(zhuǎn)化為細胞物質(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：

A.膜分離效果遠優(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，同時可良好適應(yīng)進水負荷的變化，耐沖擊負荷能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良。

B.可在低污泥負荷、高容積負荷下運行，剩余污泥產(chǎn)量低，從而能夠降低污泥的處理費用。

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

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，可有效提高系統(tǒng)硝化效率。同時，部分難降解有機物在系統(tǒng)內(nèi)的水力停留時間增加，從而提升其降解效率。

E.運行控制靈活簡便，可實現(xiàn)自動控制，操作管理更為方便。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場已有工藝單元情況和改造難度、工藝特點等，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)工藝流程見圖1。

圖1 高氨氮廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of high ammonia wastewater treatment process

多股高氨氮廢水通過各工序段進入收集池，泵送進入高氨氮廢水調(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)進行硝化反應(yīng)時有充足的堿度。經(jīng)初沉池處理，廢水中的顆粒物得到沉淀去除，廢水pH也適合于進行硝化-反硝化生物處理。初沉池出水自流進入A/O生化池，污水與MBR污泥回流混合液混合后在A池進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物厭氧水解為小分子可生物利用的有機物。A池出水自流進入O池，O池通過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，使出水氨氮達標。O池出水進入MBR后，COD和氨氮得到了去除，經(jīng)過膜過濾后的出水進入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

(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。當收集池1水位達到一定高度后，進水切換至收集池2，并且開始自動測試收集池1的TN濃度，TN濃度高于30mg/L時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臺污水提升泵（Q=300m3/h，H=12.5m，N=18.5kW，1用1備），1臺攪拌器（轉(zhuǎn)速740r/min，N=1.5kW），1臺超聲波液位計，1臺TN在線監(jiān)測儀。

(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臺冷卻塔（N=3.7kW），1臺污水循環(huán)泵（Q=65m3/h，H=10m，N=4kW），池內(nèi)配有4臺攪拌器（轉(zhuǎn)速740r/min，N=1.5kW），1臺超聲波液位計。

(3)初沉池

調(diào)節(jié)池中的廢水通過初沉池進水泵（Q=50m3/h，H=10m，N=4kW）泵入初沉池中，液體PAC泵入管道內(nèi)通過管道混合器與廢水充分混合，液堿泵入進水管出口起到調(diào)節(jié)pH的作用，經(jīng)過初沉池后，廢水中的顆粒物得到了去除，pH也升高到適合進行生化反應(yīng)的范圍。初沉池利舊進行改造，尺寸：D×H=φ8.6×9.8（m），鋼砼結(jié)構(gòu)，2座，表面負荷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)境交替實現(xiàn)生物脫氮以及去除部分有機物，MBR池通過膜的截留微生物的作用達到極高的污泥濃度，從而能夠高效地去除COD以及氧化氨氮。整個A/O-MBR池利用原有的生物膜曝氣池進行改造，尺寸：L×B×H=60.0×9.0×5.35（m），有效容積2500m3，停留時間2.5d，鋼砼結(jié)構(gòu)。A池配有4臺液下推流器（轉(zhuǎn)速740r/min，N=2.2kW），O池采用微孔曝氣系統(tǒng)，采用羅茨風機供氣（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污泥回流泵（Q=143m3/h，H=10m，N=7.5kW）回到A池進水口，與二沉池出水混合進入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)，采用羅茨風機供氣（Q=60m3/min，H=5m，N=75kW），另配有一臺羅茨風機用于膜抖動（Q=15.3m3/min，H=5m，N=22kW）。MBR池外配有自吸離心泵3臺，其中兩臺作為產(chǎn)水泵（Q=55m3/h，H=10m，N=3.7kW，1用1備），一臺作為反洗泵（Q=90m3/h，H=15m，P=5.5kW），膜組件配有一套膜化學在線清洗系統(tǒng)，進行化學清洗時采用堿性次氯酸鈉與檸檬酸進行清洗。

(5)MBR清水池

MBR清水池利用原有二沉池進行改造，尺寸：D×H=φ8.6×5.6（m），儲存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

表3 廢水處理去除率表Tab.3 Wastewater treatment removal rate table

5.運行費用分析

(1)設(shè)備電耗

設(shè)備總裝機功率約為215kW，其中24小時開機功率為175kW，設(shè)備電耗約為4kW·h/噸水，電價按0.85元/度進行計算，電費成本為3.4元/噸水。

(2)藥劑費用

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)長期運行的數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計，藥劑的運行費用為1.1元/噸水。

(3)人工費用

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

(4)污水處理費用合計

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

6.結(jié)論

廣東某紡織企業(yè)針對少量的高氨氮印染廢水進行單獨收集處理，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)定達到設(shè)計目標，且單獨收集處理高氨氮廢水后，污水廠原有的污水處理系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。