氣升環(huán)流反應(yīng)器處理高氨氮豆制品廢水

 

    【格林環(huán)保為您關(guān)注】近年來，國內(nèi)外對SHARON工藝、SND(同步硝化反硝化)等新型脫氮工藝的機(jī)理及實(shí)驗(yàn)室研究較多，但由于溫度、溶解氧等控制參數(shù)要求苛刻，工程應(yīng)用仍鮮見報(bào)道。

    氣升環(huán)流反應(yīng)器由于其結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、能耗低、無需機(jī)械攪拌等特點(diǎn)，在生物、化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用與研究也逐步展開。但其受高徑比設(shè)計(jì)方式單一和曝氣方式等因素的限制，使得目前氣升式環(huán)流反應(yīng)器用于實(shí)際工程的很少。

    本項(xiàng)目將總?cè)莘e為3400m3的多導(dǎo)流筒氣升環(huán)流反應(yīng)器應(yīng)用于處理規(guī)模為1800m3/d的高NH4+-N豆制品廢水處理工程改造，取得了良好的效果。反應(yīng)器高為15m，直徑為17m，占地面積約254m2(含基礎(chǔ)面積)，內(nèi)含204根導(dǎo)流筒，反應(yīng)器總高徑比＜1，反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)了同步硝化反硝化，幾乎無NO2-與NO3-積累，TN去除率最高達(dá)98．8%，出水COD、NH4+-N等指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

    1工程概況

    杭州某豆制品廠在大豆煮漿、深加工等生產(chǎn)各類豆制品的過程中產(chǎn)生1800m3/d高COD、高有機(jī)氮廢水，原有設(shè)計(jì)水量為1500m3/d的調(diào)節(jié)池+UASB的廢水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)已不能達(dá)到當(dāng)?shù)亍段鬯湃氤擎?zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ343―2010)，必須進(jìn)行改造。

    原系統(tǒng)運(yùn)行情況及排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

    

    原廢水處理系統(tǒng)中UASB反應(yīng)器在水溫為(37±1)℃、容積負(fù)荷為4～6kgCOD/(m3?d)條件下，對COd的去除率穩(wěn)定在90%以上，厭氧出水COD為800～1000mg/L，VFA(揮發(fā)性脂肪酸)為3～5mmol/L，CaCO3堿度為4200mg/L左右，沼氣產(chǎn)量為6000～7000m3/d。原UASB反應(yīng)器對NH4+-N、有機(jī)氮幾乎沒有去除效果，UASB出水NH4+-N高達(dá)210～270mg/L。由于廠區(qū)用地緊張，環(huán)保可用地僅為約360m2，新增的好氧系統(tǒng)需能去除廢水中殘余COd并脫氮。

    2多導(dǎo)流筒氣升內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)原理

    采用自行開發(fā)的多導(dǎo)流筒氣升環(huán)流反應(yīng)器，工作微元示意見圖1。反應(yīng)器內(nèi)部包含204個(gè)工作微元，罐體為鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)涂環(huán)氧樹脂防腐，總高為15m，直徑為17m，總?cè)莘e為3400m3，有效容積為3000m3，占地面積為227m2，微孔曝氣軟管伸入導(dǎo)流筒頂端約1m，曝氣使導(dǎo)流筒內(nèi)含氣率升高，與筒外形成密度差，使反應(yīng)器內(nèi)沿導(dǎo)流筒自發(fā)形成內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)量與表觀氣速、降流區(qū)總直徑等因素有關(guān)。反應(yīng)器采用PLC控制器自動控制連續(xù)進(jìn)水、間歇曝氣、間歇出水，曝氣、沉淀、出水時(shí)間均可在中控計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場觸摸屏調(diào)節(jié)，自動化程度高，運(yùn)行過程與CASS(循環(huán)式活性污泥法)工藝類似，但無需污泥回流設(shè)備，并有大比例回流稀釋，反應(yīng)器耐沖擊能力更強(qiáng)。反應(yīng)器沉淀時(shí)表面負(fù)荷為0．33m3/(m2?h)，連續(xù)進(jìn)水對沉淀過程中泥水分離幾乎沒有影響。

    

    利用變頻技術(shù)及調(diào)整曝氣支管上的蝶閥開度來控制溶解氧。在曝氣區(qū)，異養(yǎng)菌利用氧氣將廢水中可降解有機(jī)物氧化為CO2和H2O，硝化菌將NH4+-N氧化為NO2--N或NO3--N，廢水循環(huán)向下至底部與原水混合時(shí)呈缺氧狀態(tài)，菌膠團(tuán)中的反硝化細(xì)菌利用原水中的COd為碳源，將NO2--N、NO3--N反硝化為N2，剩余的COd和NH4+-N沿導(dǎo)流筒向上進(jìn)入好氧區(qū)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)反應(yīng)器中的同步硝化反硝化。由于沒有NO2--N、NO3--N的積累，在沉淀期內(nèi)也不會因?yàn)榉聪趸a(chǎn)生N2影響沉淀功能。底部缺氧區(qū)在沉淀時(shí)起到了污泥選擇器的作用，能有效抑制污泥膨脹。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，采用較低的污泥負(fù)荷，污泥齡長，有利于硝化細(xì)菌的富集，且剩余污泥量少。反應(yīng)器主體與配套設(shè)備的主要參數(shù)如表2所示。

    

    3多導(dǎo)流筒氣升內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的啟動運(yùn)行

    3.1反應(yīng)器的啟動

    罐體試水和設(shè)備調(diào)試后，開始啟動多導(dǎo)流筒氣升內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器。由于前段有中溫UASB反應(yīng)器，好氧反應(yīng)器接納廢水常年穩(wěn)定在28～35℃，此溫度條件有利于培菌。

    采用接種少量污泥方式啟動。將原水注入反應(yīng)器至工作高度，悶曝72h，COd濃度從11200mg/L降至4800mg/L后，向反應(yīng)器內(nèi)投加含水率為90%的好氧壓濾污泥約8t，反應(yīng)器初始MLSS為260mg/L左右。根據(jù)控制污泥負(fù)荷的不同，將培菌過程分為異養(yǎng)菌培養(yǎng)與硝化菌培養(yǎng)兩個(gè)階段。

    在溫度適宜、溶解氧充足和較高的污泥負(fù)荷等條件下，異養(yǎng)菌能夠利用廢水中的COd和氧氣快速增殖，表現(xiàn)在反應(yīng)器內(nèi)MLSS持續(xù)增長，COd含量逐步下降。采用超越部分原水的方式補(bǔ)充好氧反應(yīng)器的碳源，用于異養(yǎng)菌的培養(yǎng)與反硝化。異養(yǎng)菌培養(yǎng)期反應(yīng)器內(nèi)COD、MLSS的濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示。接種污泥對豆制品廢水適應(yīng)良好，反應(yīng)第二天廢水的COd濃度從4800mg/L降至3500mg/L，由于接種污泥量太低，反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)負(fù)荷過高，導(dǎo)致活性污泥粘性物質(zhì)增多，反應(yīng)器產(chǎn)生大量白色泡沫，現(xiàn)場采用降低反應(yīng)器液位、噴淋消泡等手段消除泡沫影響，并保持曝氣充足，在第三天泡沫消失。前9天反應(yīng)器污泥負(fù)荷始終在1kgCOD/(kgMLSS?d)以上，9天后超越部分原水至反應(yīng)器以維持此污泥負(fù)荷，有利于異養(yǎng)菌快速生長。經(jīng)過14天的培養(yǎng)，反應(yīng)器內(nèi)COd濃度降至400mg/L以下，MLSS升高至1500mg/L以上。

    

    較高的污泥負(fù)荷滿足了異養(yǎng)菌快速增殖的條件，但是不利于硝化菌的生長。從第15天開始向反應(yīng)器內(nèi)逐步減少原水的超越量，增加厭氧處理出水量，厭氧出水COd濃度為800～1400mg/L、NH4+-N濃度為185～270mg/L，污泥有機(jī)負(fù)荷控制在0．2kgCOD/(kgMLSS?d)左右。此工況運(yùn)行情況如圖3所示。

    

    初期MLSS呈緩慢上升趨勢，但較長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，至第25天時(shí)MLSS開始下降，而NH4+-N去除率也在此階段上升至50%，表明在較低污泥負(fù)荷下，氨氧化菌增殖至一定數(shù)量。到第30天時(shí)，增大進(jìn)水量至設(shè)計(jì)水量并超越部分原水，污泥負(fù)荷升至0．5kgCOD/(kgMLSS?d)，污泥濃度和NH4+-N去除率分別穩(wěn)定上升至3947mg/L和96．8%。為維持反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度穩(wěn)定，降低原水的超越量，將污泥負(fù)荷控制在0．25～0．35kgCOD/(kgMLSS?d)，MLSS穩(wěn)定在3000～3500mg/L，反應(yīng)器進(jìn)入正常運(yùn)行階段。

    3.2反應(yīng)器的運(yùn)行分析

    經(jīng)過近400天的穩(wěn)定運(yùn)行，反應(yīng)器的最終運(yùn)行工況為:處理水量為1800m3/d，進(jìn)水COd濃度為800～1000mg/L，NH4+-N濃度為185～270mg/L，水溫為(31±3)℃，反應(yīng)器曝氣190min，沉淀與排水50min，曝氣時(shí)反應(yīng)器上層DO值維持在1．5～2．5mg/L，底部溶解氧濃度為0．5～1mg/L，沉淀時(shí)DO值約為0．5mg/L，污泥濃度控制在3000～3500mg/L，污泥齡約為45d，有機(jī)污泥負(fù)荷維持在0．16～0．2kgCOD/(kgMLSS?d)，NH4+-N污泥負(fù)荷約為0．05kgNH4+-N/(kgMLSS?d)，C/N約為4，對COD、NH4+-N的去除率分別為70%、95%，反應(yīng)器最大氨氧化速率為6．25mgNH4+-N/(L?h)。在曝氣與沉淀階段，廢水中NO2--N、NO3--N均小于0．5mg/L，絕大部分時(shí)間未檢出，證明反應(yīng)器中進(jìn)行著同步硝化反硝化，TN去除率約為98%。

    氣升內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)功率密度為29．7W/m3，總運(yùn)行功率約為1884kW，平均電耗為0．84元/m3、人工費(fèi)為0．2元/m3、污泥處理費(fèi)為0．2元/m3，無藥劑費(fèi)用，直接運(yùn)行費(fèi)用約為1．24元/m3，整個(gè)廢水處理系統(tǒng)中好氧部分單位處理水量的占地面積為0．126m2/m3。

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