高效曝氣生物濾池處理氮肥工業(yè)廢水的工程實(shí)踐
河北省某化肥廠主要產(chǎn)品生產(chǎn)能力為合成氨13.5萬t/a、尿素20萬t/a、甲醇3萬t/a，是河北省最大的小氮肥企業(yè)。盡管企業(yè)采用零排放技術(shù)對(duì)造氣廢水進(jìn)行了循環(huán)利用，并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改造調(diào)整，但企業(yè)在生產(chǎn)過程中，每天排放高氨氮終端廢水約1500m3。由于經(jīng)過多次濃縮，外排終端廢水中COD 約為500~1 000 mg/L，NH3-N 質(zhì)量濃度高達(dá)500~700 mg/L，SS 高達(dá)300~1 000 mg/L， 另外還含有一定的油類物質(zhì)，遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)循環(huán)冷卻水補(bǔ)給用水的要求。為了真正實(shí)現(xiàn)氮肥生產(chǎn)廢水零排放，企業(yè)擬使用有效、經(jīng)濟(jì)的方法對(duì)終端廢水進(jìn)行處理，以解決終端廢水直接外排所造成的污染；處理后的終端廢水回用作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)給用水，可以減少企業(yè)工業(yè)用水量，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。然而，由于該廢水中C/N 嚴(yán)重失調(diào)（C/N＝0.87，以COD 計(jì)），相對(duì)于一般氨氮廢水的處理，經(jīng)濟(jì)有效地去除高氨氮、低C/N 廢水中的氨氮難度很大，目前尚沒有類似中試或工程實(shí)例可供借鑒。筆者采用經(jīng)濟(jì)有效的高效曝氣生物濾池工藝（GBAF）處理氮肥終端廢水，取得了很好的效果。
1 工程概況
1.1 廢水水質(zhì)水量及排放標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計(jì)處理水量為2 000 m3/d（按廠方擴(kuò)產(chǎn)后的外排水量設(shè)計(jì)）。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。
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1.2 工藝流程
1.3 GBAF 工藝特點(diǎn)
GBAF 與傳統(tǒng)的曝氣生物濾池相比，它采用的高效懸浮大孔載體， 比表面積80m2/g， 孔隙率高（98%）；同時(shí)，通過分子設(shè)計(jì)，在載體中引入大量的活性和強(qiáng)極性基團(tuán)并通過固定化技術(shù)，將大量變異菌和酶制劑牢牢固定在載體上，單位體積生物量大，最高可達(dá)40 g/L。載體平均濕密度為1.00 g/cm3，在水中呈懸浮狀。由于采用了固定化技術(shù)，微生物不易脫落，這樣既提高了生物濃度，又避免了堵塞，可省去二沉池，大大簡(jiǎn)化了工藝流程，使操作管理更加簡(jiǎn)便和科學(xué)，易于控制。
在GBAF 工藝中， 依據(jù)載體性能可維持生物的多樣性，使好氧、厭氧和兼性菌同時(shí)存在，這一特點(diǎn)在去除高濃度、大分子、難降解有機(jī)物尤其是NH3-N方面有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)
廢水處理系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)、生化處理兩部分。由于該廢水為低C/N 廢水，GBAF 在去除氨氮的同時(shí)對(duì)廢水中TN 亦有一定的去除效果， 考慮到節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用，本工程中沒有單獨(dú)設(shè)置反硝化處理工藝。
2.1 隔油調(diào)節(jié)池
該廢水水量變化較大，氨氮變化范圍較寬，為保證后續(xù)生化處理連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行， 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量？紤]到廢水中含有部分油類污染物，調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)分為兩段，前段按照重力隔油池方式修建，后段設(shè)計(jì)成曝氣調(diào)節(jié)池， 池底鋪設(shè)穿孔曝氣管，對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)曝氣。隔油調(diào)節(jié)池的主要作用是去除廢水中的重油及輕油， 降低后端的處理負(fù)荷，保證后端生物處理有效進(jìn)行。隔油池采用平流式隔油池（API），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便，可分離直徑大于150 μm 的油滴，還可起到沉淀池的作用。隔油池設(shè)計(jì)表面負(fù)荷1.8 m/h，池內(nèi)設(shè)置刮渣機(jī)、集油管。分離出的焦油類物質(zhì)排入污油收集池。調(diào)節(jié)池產(chǎn)生的污泥定期排放至集泥井，并經(jīng)污泥泵提升至污泥濃縮池。
2.2 初次沉淀池
由于廢水中懸浮物含量較高， 直接進(jìn)入GBAF池，很容易造成濾池堵塞，影響生化處理系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在GBAF 池前設(shè)置輻流式沉淀池1座，采用化學(xué)沉淀法去除廢水中大部分懸浮物。在添加混凝劑的基礎(chǔ)上， 其不但對(duì)細(xì)微顆粒具有良好的沉降能力，而且對(duì)廢水中的主要污染物（如COD、氨氮、硫化物等）亦有一定的去除效果。沉淀池產(chǎn)生的污泥通過快開閥排放至污泥濃縮池。沉淀池出水自流進(jìn)入GBAF 池。
2.3 GBAF 池
GBAF 池的主要作用是通過好氧微生物降低廢水中的COD 和NH3-N。GBAF 池的NH3-N 容積負(fù)荷為0.6 kg /（m3·d），設(shè)計(jì)停留時(shí)間為24.0 h，有效接觸時(shí)間為12.0 h；GBAF 池池底安裝管式微孔曝氣器用于曝氣，氣水比30∶1，池內(nèi)溶解氧控制在2~4mg/L；GBAF 池池內(nèi)投加硝化劑并補(bǔ)充堿度，以有效降低氨氮；GBAF 池底部設(shè)置排泥管，污泥排放至集泥井并經(jīng)污泥泵提升部分至污泥濃縮池，部分回流到GBAF 池前？紤]到GBAF 工藝產(chǎn)生的污泥量極少，回流污泥和外排污泥的泵可以共用，其中通過閥門進(jìn)行切換。終端廢水主要設(shè)施和設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。
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3 調(diào)試及運(yùn)行情況
廢水經(jīng)單機(jī)設(shè)備試車和系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)試車運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行工藝調(diào)試。工藝調(diào)試主要是混凝沉淀工藝單元調(diào)試和GBAF 工藝單元調(diào)試。整個(gè)調(diào)試過程歷時(shí)50 d。
4 設(shè)施運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果
工程于2007 年5 月初開始調(diào)試，2007 年6 月中旬達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行效果見表3。
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及環(huán)境效益分析
處理后的出水與其他廢水混和后可直接回用于循環(huán)冷卻水，回用水按照0.4 元/m3 計(jì)算（處理后的污水?dāng)M直接回用，不考慮中間少量的損耗），則每年節(jié)約廢水所帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益為：2 000×360×0.4＝288000 元。主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。
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6 小結(jié)
（1） 以GBAF 技術(shù)為主體的工藝可有效地處理氮肥企業(yè)外排終端高氨氮廢水，出水COD 為81～158mg/L、BOD5 8～15 mg/L、SS 40～70 mg/L、NH3-N 4.8～68 mg/L，可連續(xù)穩(wěn)定達(dá)到《合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13458—2001）中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
（2）廢水出水水質(zhì)尚未完全達(dá)到《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50335—2002） 中再生水用作循環(huán)冷卻補(bǔ)充水（CODCr≤60 mg/L、BOD5≤10 mg/L、NH3-N≤10 mg/L、pH 6.5～9，TDS≤1 000 mg/L）的指標(biāo)，但處理后的廢水與企業(yè)內(nèi)其他回用水（如經(jīng)澄清處理和冷卻后的造氣廢水）混合后完全可以用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)給用水或該廢水經(jīng)進(jìn)一步深度處理后（如多介質(zhì)過濾、連續(xù)砂濾和超濾等）也可直接用于循環(huán)冷卻水。
（3）該廢水含有較高濃度SS 和一定的油類物質(zhì)，為保持GBAF 的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行， 一定要加強(qiáng)預(yù)處理（如隔油、氣浮或沉淀等），以保證GBAF 池進(jìn)水SS≤100 mg/L、石油類≤10 mg/L，而且BAF 池進(jìn)水中不能有明顯的炭黑狀油類污染物。
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