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太陽能光伏廢水處理脫氮優(yōu)化技術(shù)

       1、工程概況

       某集團(tuán)公司是全球領(lǐng)先的太陽能光伏企業(yè),其已建的廢水處理設(shè)施采用“調(diào)節(jié)+混凝沉淀+厭氧罐+厭氧沉淀池+缺氧池+好氧池+二沉池”工藝,處理能力為4000m3/d,主要處理有機(jī)廢水、濃酸廢水、廢氣塔廢氣排液,以及稀酸廢水。其中,濃酸廢水及廢氣塔廢氣排液經(jīng)除氟后進(jìn)入上述廢水處理設(shè)施,原有的混凝沉淀工藝用于去除由廢水中剩余的氟離子,以滿足氟離子排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
       隨著企業(yè)生產(chǎn)工藝的更新和生產(chǎn)使用物料的變化,企業(yè)生產(chǎn)廢水的主要污染物質(zhì)也發(fā)生了變化,生產(chǎn)工藝上硝酸的大量使用,使得廢水中的主要污染物由有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮,綜合廢水的硝態(tài)氮濃度高達(dá)644mg/L。原有厭氧罐主要用于處理有機(jī)物,其采用底部布水,無三相分離器,上升流速較低,污泥容易堆積,且后續(xù)缺氧池停留時間只有7.5h,容積較小,整體廢水工藝中缺少去除硝態(tài)氮的功能,系統(tǒng)排水總氮濃度無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

       本次除總氮功能優(yōu)化工程主要是將原有厭氧罐、厭氧沉淀池,分別改造為缺氧罐、缺氧池,同時增加碳源投加設(shè)備,提升系統(tǒng)脫氮功能,改造處理能力為4000m3/d。排水執(zhí)行《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484—2013)表2的間接標(biāo)準(zhǔn),廢水水質(zhì)、水量見表1。

 

       2、處理工藝

       2.1 廢水水質(zhì)分析

       太陽能光伏生產(chǎn)廢水中的典型污染物包括:有機(jī)污染物、氟化物、硝態(tài)氮、懸浮物以及酸堿污染物等。此類廢水總氮含量高,有機(jī)污染物含量較低,營養(yǎng)比失調(diào)。其中,氟化物、懸浮物以及酸堿污染物可以通過物化處理方法得以去除,處理效果穩(wěn)定、有效;有機(jī)污染物和硝態(tài)氮則采用通過生物處理技術(shù),在缺氧條件下,生物反硝化技術(shù)能把硝態(tài)氮通過異養(yǎng)反硝化菌轉(zhuǎn)化為氮氣排放去除,在好氧條件下,好氧菌將有機(jī)污染物為無機(jī)物、CO2和H2O。
       在傳統(tǒng)的生物脫氮工藝中,氮的去除是通過硝化與反硝化兩個獨立的過程實現(xiàn)的,進(jìn)行硝化與反硝化的細(xì)菌種類和所需環(huán)境條件都不同,硝化細(xì)菌主要以自養(yǎng)菌為主,需要環(huán)境中有較高的溶解氧;而反硝化細(xì)菌與之相反,以異養(yǎng)菌為主,適宜生長于缺氧環(huán)境。
       影響反硝化過程的因素很多,如微生物組成、碳源種類、碳源量、pH值、溫度、溶解氧和C/N等,其中,碳源是一個重要的控制因素。太陽能光伏廢水的C/N值較低,反硝化生物脫氮需外加碳源,實際工程應(yīng)用采取投加常規(guī)的甲醇、乙醇、醋酸鈉、葡萄糖等液體碳。此外,天然纖維素物質(zhì)及人工合成高聚物為主的固體碳源以及工業(yè)廢水、垃圾滲濾液、發(fā)酵液等新型碳源,也有一定的研究進(jìn)展。

       隨著企業(yè)生產(chǎn)廢水水質(zhì)的改變,原有設(shè)施存在兩個主要問題:
       (1)缺氧池停留時間短,反硝化菌數(shù)量少,脫氮效果差;
       (2)碳源量不足,原水中的有機(jī)碳源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足反硝化過程中的碳源需求,運行過程中必須補加碳源。

       2.2 廢水處理工藝流程優(yōu)化

       根據(jù)廢水水質(zhì)特點和設(shè)計處理目標(biāo),結(jié)合太陽能光伏行業(yè)廢水處理取得的工程技術(shù)經(jīng)驗,并因地制宜、充分利用原有設(shè)施,優(yōu)化工藝采用“調(diào)節(jié)+混凝沉淀+缺氧罐(改造部分)+缺氧池(改造部分)+好氧池+二沉池”組合工藝,即將原有厭氧罐改造為缺氧罐,將原有厭氧沉淀池改造為缺氧池,并作為回流泵的吸水點,增加缺氧段的停留時間和缺氧塔的泥水混合效果。原有初沉調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池、缺氧池、好氧池及二沉池不做改動,混凝沉淀池投加PAC和PAM,去除剩余氟離子,好氧池停留時間為15h,用于去除反硝化未耗盡的剩余COD,維持原有功能不變。廢水處理工藝流程見圖1。

       2.3 涉及改造的構(gòu)筑物功能及參數(shù)

       (1)中間水池:
       增加碳源投加設(shè)備,保證運行中的C/N值達(dá)到4,為反硝化過程提供充足碳源,新增中間水池碳源加藥泵2臺,機(jī)械隔膜計量泵,Q=1500L/h,H=30m,N=0.75kW,1用1備;新增缺氧池碳源加藥泵1臺,機(jī)械隔膜計量泵,Q=300L/h,H=30m,N=0.55kW,1用;新增碳源卸料泵1臺,臥式化工離心泵,Q=50m3/h,H=8m,N=2.2kW。

       (2)缺氧罐
       將原有的厭氧罐改造為缺氧罐,單個尺寸φ×H=9.5mx17.0h,共4個,有效容積約4000m3。由于原有厭氧罐無三相分離器,且上升流速較低,只有0.58m/h,污泥容易產(chǎn)生堆積,所以此次優(yōu)化增加了回流泵,利用后續(xù)帶有泥斗的缺氧池(原厭氧沉淀池改)進(jìn)行泥水混合回流,增加上升流速,罐內(nèi)整體上升流速最高可達(dá)2.4mh,同時為了固定反硝化細(xì)菌,減少污泥流失,改造增加了聚氨酯材質(zhì)的脫氮填料。另外,改造在罐內(nèi)增加了內(nèi)循環(huán)桶,內(nèi)循環(huán)桶直徑6.5米,高10米,底部距離罐底1.2米,筒壁采用鍍鋅鋼板,底部和頂部采用玻璃鋼格柵板,填料全部置于內(nèi)循環(huán)桶中,回流的布水管道全部位于內(nèi)循環(huán)桶正下方,桶內(nèi)上升流速會比筒外上升流速高,利用類似射流的原理,使得罐體內(nèi)部形成水流的內(nèi)循環(huán),改良泥水混合效果。新增3臺回流泵,Q=260m3/h,H=30m,N=37kW,2用1備。

       (3)缺氧池
       將原厭氧沉淀池改造為缺氧池,單座尺寸LxBxH=6.0mx6.0mx6.5m,共2座,有效容積約400m3,該單元作為缺氧罐的回流起始點,可將缺氧罐內(nèi)流失污泥回流至缺氧罐內(nèi)。拆除原有的中心筒;新增2臺多曲面攪拌機(jī),N=1.5kW,葉輪FRP材質(zhì)。
       維持原有的缺氧池功能不變,單座尺寸LxBxH=16.0mx6.0mx7.3m,共2座,有效容積約1300m3。拆除原有的填料;新增4臺潛水推流器,N=1.5kW,葉輪聚氨酯材質(zhì),優(yōu)化池內(nèi)的推流攪拌效果。
       改造后,所有缺氧單元的總有效容積約5700m3,停留時間達(dá)到34h。

 

       3、處理效果分析

       3.1 運行效果分析

       運行過程中,根據(jù)進(jìn)水水量,及時調(diào)節(jié)中間水池提升泵的流量,保持生化處理單元持續(xù)進(jìn)水;中間水池投加碳源及少量磷源,根據(jù)進(jìn)水水量、進(jìn)水總氮濃度,及時調(diào)節(jié)碳源加藥泵的開度,維持C/N值在3至5之間(一般取4),定期清洗加藥泵出口的Y型過濾器,防止管道堵塞;保持缺氧池的潛水推流器、回流泵24h常開;定期開啟缺氧池的多曲面攪拌機(jī),保證池底的污泥不會淤積;確保好氧池溶解氧濃度在2?4mg/L,防止曝氣過量或曝氣不足影響處理效果;控制缺氧池、好氧池內(nèi)SV30值分別為30%和20%?40%,并根據(jù)實際處理效果進(jìn)行調(diào)整;及時監(jiān)控缺氧池、好氧池內(nèi)pH值,控制pH在7.0?9.0,防止pH過低過高影響微生物性能;控制缺氧池、好氧池內(nèi)的溫度在20-30℃,以防溫度過高過低影響微生物活性,由于項目地位于北方,冬季氣溫較低,可適當(dāng)往缺氧池、好氧池中補充活性污泥,以提高COD、總氮的去除率。

       缺氧罐是作為核心單元,承擔(dān)了主要的反硝化任務(wù),實際運行過程中,缺氧罐出水TN穩(wěn)定小于30mg/L。原有的缺氧池作為保障單元,防止前端生化單元出水總氮出現(xiàn)異常,可以在該工段投加碳源進(jìn)行應(yīng)急處理,同時,原有缺氧池和好氧池的污泥回流系統(tǒng),也可防止因單一碳源引起的好氧池污泥膨脹。
       經(jīng)過優(yōu)化改造后,工程已實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行,最終出水主要污染物都能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),各單元出水水質(zhì)見表2。

       3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

       優(yōu)化改造工程投資約為400萬元,包含了設(shè)計、設(shè)備和電氣儀表采購、安裝工程等。生物脫氮工藝相比物化脫氮工藝,具有投資少、運行費用低的特點。根據(jù)運行數(shù)據(jù)計算得出廢水的處理成本約為9.1元/m3,主要為藥劑消耗、水耗、電耗,不含污泥處置費用和人工費用,其中碳源的投加費用約為8元/m3,處理成本可被集團(tuán)公司接受。

 

       4、結(jié)論與展望

       4.1 結(jié)論

       (1)A/O反硝化工藝能有效去除太陽能光伏廢水中的總氮和有機(jī)污染物,具有投資少、運行費用低的特點。廢水處理設(shè)施優(yōu)化后,總氮去除率由75%提高至95%。
       (2)缺氧池中反硝化菌世代周期長,對水質(zhì)敏感,建議生化處理單元前的中間水池設(shè)計停留時間6h~12h,避免生化處理單元受到前端來水水質(zhì)水量頻繁變化帶來的沖擊,運行時嚴(yán)格控制碳源投加量、溶解氧濃度和堿度平衡。

       4.2 展望

       碳源在生物脫氮工藝中是一個重要的控制因素。傳統(tǒng)的甲醇、乙醇、葡萄糖等液體碳源的使用成本較高。研究者開始嘗試用固體碳源作為替代物,這種工藝稱“固相反硝化”,采用結(jié)構(gòu)疏松的有機(jī)碳物質(zhì),將其作為碳源又作為生物膜的載體,相比液體碳源,既能降低運行成本,又能為微生物提供多元的營養(yǎng)物質(zhì)、提高反硝化效率。未來生物反硝化外加碳源的研究,可實現(xiàn)低碳運行和資源化可持續(xù)發(fā)展,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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