A/O工藝處理己內(nèi)酰胺生產(chǎn)廢水及運(yùn)行控制
中石化巴陵分公司己內(nèi)酸膠產(chǎn)品部和簾子布產(chǎn)品部是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大，技術(shù)最先進(jìn)的己內(nèi)配膠和簾子布生產(chǎn)廠家。原設(shè)計(jì)年產(chǎn)己內(nèi)酚胺5萬(wàn)噸。1999年工廠對(duì)己內(nèi)酷胺裝置進(jìn)行了“六改七”工程。該工程工藝先進(jìn)，生產(chǎn)工序復(fù)雜。所排廢水含有大量環(huán)狀有機(jī)物和低聚物，CODcr值和BOD5。值高NH3－N含量高；生物可降解性差，是當(dāng)前石化行業(yè)難處理的生產(chǎn)廢水之一。
工廠于1992年建成一套A／O廢水處理裝置，又于1996年底對(duì)廢水處理裝置進(jìn)行了擴(kuò)容改建， 為今后己內(nèi)酷胺裝置和簾子布裝置持續(xù)擴(kuò)能改造創(chuàng)造了條件。由于工廠廢水排放位于長(zhǎng)江與洞庭湖過(guò)渡段的黃金水域，國(guó)家要求擴(kuò)容改建后的廢水處理執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978－1996的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 廢水水量水質(zhì)
①?gòu)U水水量水質(zhì)見(jiàn)表1。
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②設(shè)計(jì)水量水質(zhì)。根據(jù)表1的水量水質(zhì)情況進(jìn)行加權(quán)平均，考慮不均勻系數(shù)之耐沖擊水量的要求。設(shè)計(jì)水量為 250 m3/h；設(shè)計(jì)水質(zhì)為 ρ（CODcr）ρ2000 mg/L，ρ（BOD5）≤1 200 mg/L，ρ（NH3-N）≤200mg/L。
③處理后的水質(zhì)要求。ρ（CODcr）≤100 mg／L，ρ（BOD5）≤30 mg／L，ρ（NH3－N）≤15 mg/L，ρ（SS）≤70 mg/L。
2 廢水處理工藝
2.1 處理方法的確定
己內(nèi)酷胺生產(chǎn)廢水以有機(jī)物為主，主要來(lái)源于環(huán)己酮、己內(nèi)酚胺、羥胺、硫鉸等車間的工藝廢液、廢堿液、沖洗、清洗廢液及油相水相排出物。空要污染物為環(huán)己酮、環(huán)己醇、環(huán)己烷、苯、甲苯、己內(nèi)酷胺、石油類、硫酸鹽、氨氮等。廢水的排放具有很強(qiáng)的不均勻性。為了處理好己內(nèi)酰胺生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)提出了兩個(gè)處理方案。方案一是將環(huán)己烷氧化與環(huán)己酮肟化兩套裝置排出的高質(zhì)量濃度有機(jī)廢水（ρ（CODcr）≤2 400 mg／L，pH值≤4）首先進(jìn)行厭氧處理，然后與其它廢水進(jìn)行混合，再進(jìn)行缺氧-好氧（A／O法）處理。方案二是全部廢水混合后用 A／O法處理。A／O工藝用于城市污水及某些工業(yè)廢水處理生物脫氮效果較好。 但應(yīng)用于己內(nèi)酰胺生產(chǎn)廢水處理，國(guó)內(nèi)尚無(wú)實(shí)例。經(jīng)試驗(yàn)方案一的結(jié)果表明，高濃度有機(jī)廢水pH值較低，必須投加大量的堿進(jìn)行中和，并加水稀釋后才有明顯效果，這使得厭氧池體積很大，基建投資高。方案二的結(jié)果表明，能同時(shí)達(dá)到降解水中有機(jī)物及脫氮的目的，處理效果好，運(yùn)行穩(wěn)定，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上明顯優(yōu)于方案一，出水水質(zhì)完全可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)計(jì)選用方案二。
2.2 處理工藝流程
廢物水處理工藝流程見(jiàn)圖1。
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2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
①污泥負(fù)荷：
Fw=0.2-0.25kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d)；
②缺氧池的硝化負(fù)荷：
FNH3=0.08-0.10kg[NH3-N]/(kg[MLSS]·d)；
③缺氧池的脫硝負(fù)荷：
FNOx-1=0.12-0.14[NOx--N]/(kg[MLSS]·d)；
2.4 主要構(gòu)筑物和設(shè)備
①勻質(zhì)調(diào)節(jié)池：矩形鋼混結(jié)構(gòu)，共2間，每間池子結(jié)構(gòu)尺寸20m×20m×6.5m,有效容積5000m3。池底布有穿孔管，以利于攪拌混合。
②缺氧池：矩形鋼混結(jié)構(gòu)，共2間。每間池子結(jié)構(gòu)尺寸18m×14m×5.3m,有效容積2600m3。設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)，控制溶解氧0.2～0.5 mg/L。
③預(yù)曝氣池：矩形鋼混結(jié)構(gòu)，共2座。其中一座池子分2間，每間池子結(jié)構(gòu)尺寸 30 m × 14 m ×5.3 m，有效容積 2 600 m3。池底設(shè)有雙螺旋曝氣器。另一座分3間，每間尺寸為21.25 m × 15 m ×5.2 m，有效容積 5 000 m3。池底布有曝氣軟管。
④一段曝氣池：短形鋼混結(jié)構(gòu)，共6間。每間池子結(jié)構(gòu)尺寸 30 m × 15 m × 4.05 m，有效容積6 000 m3。池底布有中微孔曝氣器和少量旋混曝氣器。一段曝氣池CODcr容積負(fù)荷 1.8 kg／（m3·d），污泥質(zhì)量濃度 3.5～4.5 g／L，溶解氧 2～3 mg／L，混合液回流比100％回流到缺氧池，進(jìn)水CODcr質(zhì)量濃度 1800 mg／L左右，CODcr去除率 80％～86％。
⑤沉淀池：二沉池和終沉池各2座。中心進(jìn)水，周邊出水的輻流式沉淀池，二沉池直徑φ12m，終沉池直徑φ14 m，廢水停留時(shí)間 2 h。
⑥二段曝氣池：矩形鋼混結(jié)構(gòu)，共2座。其中一座池子分2間，每間池子結(jié)構(gòu)尺寸18 m×15 m ×4 m，有效容積 2 000 m3。另一座池子分 3間，每間池子結(jié)構(gòu)尺寸 20 m × 4 m × 4 m，有效容積 1000 m3。池底均布有可變微孔曝氣器。二段曝氣池CODcr容積負(fù)荷 0.7 kg/（m3·d），污泥質(zhì)量濃度 l～2 g/L，溶解氧質(zhì)量濃度 3～4 mg/L，混合液回流比 200％回流到缺氧池。進(jìn)水ρ（CODcr）＝250～350 mg/L，CODcr去除率64％～74％，出水 ρ（CODcr）＜100 mg/L。
3 A／0工藝在運(yùn)行管理中的重要控制參數(shù)
影響A／O生物脫氮系統(tǒng)運(yùn)行的因素可分為二大類：一類是基礎(chǔ)因素，如污泥負(fù)荷、回流比、泥齡等；另一類為環(huán)境因素，如 pH值、溫度、溶解氧等。通常，環(huán)境因素決定生物脫氮過(guò)程的成敗，基礎(chǔ)因素控制生物脫氮效率的高低。下面對(duì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的6個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行分析研究。
3.l pH值
pH值對(duì)硝化和反硝化都有一定的影響，由于在硝化過(guò)程中有H+產(chǎn)生，水的pH值將下降，要使硝化過(guò)程正常穩(wěn)定運(yùn)行，曝氣池混合液必須有足夠的堿度。以保證硝化作用完成以后，水中尚有30～50 mg／L剩余堿度為宜。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，pH值控制在8～8.4范圍內(nèi)是硝化速率的高效反應(yīng)區(qū)。
3.2 溶解氧
生物硝化脫氮處理，氨氮硝化需氧量很大，曝氣池內(nèi)必須供給足夠的溶解氧，硝化反應(yīng)才能正常進(jìn)行。通常當(dāng)曝氣池內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度在2～6mg／L時(shí)，硝化率與溶解氧質(zhì)量濃度關(guān)系不大，如果在 2 mg/L以下，溶解氧濃度就成了硝化反應(yīng)的抑制因素。
根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本裝置要保持NH3－N有較好的去除效果，曝氣池內(nèi)溶解氧的質(zhì)量濃度應(yīng)保持在 2.0－4.0 mg／L范圍內(nèi)。
3.3 污泥負(fù)荷
生物脫氮是在CODcr，BOD5 充分去除的基礎(chǔ)上才發(fā)生的，若污泥負(fù)荷過(guò)高，則曝氣池僅產(chǎn)生有機(jī)物氧化反應(yīng)而不產(chǎn)生硝化反應(yīng)，因此要保持較高的脫氮效率，污泥負(fù)荷必須控制在一定范圍內(nèi)。
當(dāng)進(jìn)水的CODcr濃度高，污泥負(fù)荷超過(guò)0.25kg ［BOD5］／（kg［MLSS］·d）時(shí)，好氧池中的異養(yǎng)菌增多，使得硝化細(xì)菌的增殖受到限制，使硝化反應(yīng)不完全。后來(lái)，在勻質(zhì)池進(jìn)口外增加 2根 DNO稀釋水管線，保證了進(jìn)水濃度的相對(duì)穩(wěn)定，污泥負(fù)荷穩(wěn)定控制在 0.25 kg[BOD5]／（kg[MLSS]·d）以下，脫氮效果很好，NH3－N去除率由50％上升到90％以上。CODcr，BOD5 去除率分別為 95％，99％左右。
3.4 硝化負(fù)荷
硝化負(fù)荷將影響氨氮的轉(zhuǎn)化，負(fù)荷太大，硝化反應(yīng)不完全，脫氮效果變差。當(dāng)硝化負(fù)荷超過(guò)0.10 kg［NH3-N]／（kg［MLSS］·d）時(shí)，出水 NH3-N明顯上升，去除率急劇下降，活性污泥結(jié)構(gòu)松散，終沉池污泥成顆粒狀隨水帶出。當(dāng)發(fā)現(xiàn)硝化負(fù)荷高時(shí)，可采取減少進(jìn)水量，降低硝化負(fù)荷；適當(dāng)提高勻質(zhì)池 CODcr的濃度，保持 m（C）：m（N）= 6：l左右，這個(gè)比例能使硝化菌較快地增長(zhǎng)；為保持曝氣池適當(dāng)污泥濃度和增加供氧，可將污泥全部回流至曝氣池。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，硝化負(fù)荷控制在0.04－0.06 kg［NH3-N」／（kg[MLSS]·d）范圍內(nèi)，脫氮效果好，NH3－N去除率在85％以上。
3.5 回流比
回流比（R）也是A／O系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)重要控制參數(shù)，包括混合液回流比（R）和污泥回流比（r）。混合液回流的作用是向缺氧池提供硝態(tài)氮. 作為反硝化的電子受體；污泥回流的作用主要是保持系統(tǒng)的污泥平衡。
前置反硝化 A／O工藝要求大部分混合液回流到缺氧池，以確保反硝化的正常進(jìn)行，因此回流比的大小直接影響系統(tǒng)的脫氮效果。回流比太小，則出水NO3－-N偏高，大部分硝態(tài)氮隨終沉池出水流出；無(wú)足夠的硝態(tài)氮供反硝化，勢(shì)必影響脫氮效率，且廢水中有機(jī)碳源不能充分利用。一般認(rèn)為回流比越大，脫氮效率越高，其實(shí)不然，當(dāng)回流比過(guò)高，則不僅多耗費(fèi)動(dòng)力，還會(huì)因回流量增加，導(dǎo)致缺氧池中m（BOD5）／m（NO3--N）比值下降，若低于1.0時(shí)，脫氮速率反趨變慢。我們分別在回流比在2，3，4三種情況下進(jìn)行運(yùn)行比較，當(dāng)回流比控制在4時(shí)，去降率可達(dá)到91.3％，脫氮效果好。
3.6 A／O容積比
在 A／O工藝中，好氧池的作用是使有機(jī)物碳化和使氮硝化；缺氧池的作用是反硝化脫氮，故兩池的容積大小對(duì)總氮的去除率極為重要。A／O的容積比主要與該廢水的曝氣分?jǐn)?shù)有關(guān)。缺氧池的大小首先應(yīng)滿足NO3--N利用有機(jī)碳源作為電子供體，完成脫氮反應(yīng)的需要，與廢水的碳氮比，停留時(shí)間、回流比等因素相應(yīng)存在一定的關(guān)系。借鑒于類似的廢水以及正交試驗(yàn)，己內(nèi)酷胺生產(chǎn)廢水的A／0容積比確定在1：6左右，較為合適。
而本設(shè)計(jì)的A／ 0容積比為亞：2，缺氧池過(guò)大，導(dǎo)致缺氧池中的m（BOD）／m（NO3--N）比值下降，當(dāng)比值低于1.0時(shí)，脫氮速率反趨變慢。另外，缺氧池過(guò)大，廢水停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，污泥在缺氧池內(nèi)沉積，造成反硝化嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)大塊上浮死泥，影響后續(xù)好氧處理。后將A／O容積比按1：6改造，缺氧池運(yùn)行平穩(wěn)。
4 結(jié)論
A／O活性污泥法處理己內(nèi)既胺生產(chǎn)廢水，只要控制pH值在8-8.4，水溫15－30℃，溶解氧2.0 －4.0 mg／L，污泥負(fù)荷 0.25 kg ［BOD5］／（kg［MLSS］·d）以下，硝化負(fù)荷 0.04－0.06kg［NH3--N］／（kg[MLSS]·d），回流比4左右，A／O容積比1：6左右時(shí)。對(duì)氨氮去除率平均可達(dá)85％以上，最高可達(dá) 99％，CODcr去除率可達(dá) 95％以上，BOD5 去；除率為99％左右。其它指標(biāo)也符合國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
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