新型组合SBR工艺在气化废水处理中的应用(1).pdf

新型组合 SBＲ 工艺在气化废水处理中的应用 王亚峰1穆文斌2 1. 西安正德水处理有限公司， 西安 710075; 2． 陕化煤化工有限公司， 陕西 渭南 714100 摘要 为使陕西陕化煤化工有限公司的气化废水达到治理的目的， 通过除钙沉淀和均质调节的方法， 采用鼓风机 碟 式射流曝气器 循环泵组合的新型 SBＲ 工艺， 使处理后的出水 ρ COD 降到 50 mg/L、 ρ 氨氮 降到 12 mg/L 以下， 达 到排放标准要求， 实践证明 该工艺处理气化废水可获得良好的效果， 值得推广。 关键词 气化废水; 氨氮; 射流曝气型 SBＲ; 碟式射流曝气器 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201410009 APPLICATION OF NEW COMPOSITE SBＲ PＲOCESS IN TＲEATMENT OF GASIFIED WASTEWATEＲ Wang Yafeng1Mu Wenbin2 1. Xian Zhengde Water Treatment Co． ，Ltd，Xian 710075，China; 2. Shaanhua Coal Chemical Industry Co． ，Ltd，Weinan 714100，China AbstractIn order to treat the gasified waste water from Shaanhua Coal Chemical Industry Co． ，Ltd in Shaanxi Province，a new SBＲ process was implemented which utilized blowers，disk type jet aerators and circulating pumps，through calcium mineral precipitation and homogenization，thus making COD and NH3－N in the effluent decrease to 50， 12 mg/L． It has been proven that the process is effective for treating gasified waste water and is worth popularizing． Keywordsgasified waste water;ammonia nitrogen;SBＲ with jet aeration;disk type jet aerator 收稿日期 2013 －09 －18 0引言 渭河由于受陕西陕化煤化工有限公司废水的影 响， 近几年来严重污染， 致使河水变黑变臭， 严重影响 着两岸人们的身体健康及工业的进一步发展。为了 消灭黑臭， 化工厂为确保外排污水达标， 吸取已建煤 化工项目废水治理工程的经验教训， 推广出一种可行 的废水治理工艺。本文详细介绍了陕化废水治理工 程的工艺及设备， 并总结出该项工程特点及设计过程 注意事项， 为其他煤化工企业废水处理提供一定借鉴 作用。 1工程概况 陕西陕化煤化工有限公司通过产业升级和新项 目开发， 主动淘汰化肥厂的老旧合成氨装置， 通过采 用世界先进的多原料气化技术， 对生产装置进行改 造， 以烟煤代替无烟煤为原料生产合成氨等产品。企 业废水主要来自生产区的气化污水、 混合污水、 火炬 凝液泵排水、 设备冲洗及冷凝排水以及间断性的雨水 和消防废水等。其中气化废水 主要是煤气化炉在 制造煤气的过程中所产生的废水， 包括气化炉排出的 气化黑水和洗涤塔的循环排水， 经沉淀后排入废水处 理站 ［1 ］ 成分复杂， 污染程度高， 特别是 COD、 氨氮浓 度高， 并且水量大， 水质波动大， 处理难度大， 是治理 的重点及核心， 据此采用在同类化工项目引进时间 长、 工艺成熟、 操作可靠的新型 SBＲ 工艺。经过工程 实践证明， 该工艺处理效果良好， 出水指标均能稳定 达到排放标准。 2处理水量与水质 根据企业的生产能力和废水排放情况， 确定工程 设计建设规模为 320 m3/h， 其中气化废水 80 m3/h， 24 h 连续处理， 每天处理量为 7 680 m3/d。废水主要 处理水质指标设计值、 实际值和排放标准要求见 表 1。 3废水处理工艺 此项目中重点污染物为气化废水中的氨氮， 含量 高， 波动大 200 ～1 000 mg/L ， 理论上讲， 氨氮超过 43 环境工程 Environmental Engineering 表 1废水水质 Table 1The waste water qualitymg/L 项目ρ 氨氮ρ CODρ BOD5ρ SS 设计水质 混合后180550250 350 实际气化废水200 ～1000500 ～1 000250 ～500100 ～200 实际水质 混合后 100 ～200200 ～400100 ～20050 ～300 排放标准≤12≤80≤20≤70 500 mg/L 宜选用 “吹脱 生化” 的处理方法 ［2 ］， 但经 过对前期建成项目及本项目生产工艺的了解， 将 80 m3/h 气 化 污 水 600 mg/L 氨 氮 含 量，与 其 余 240 m3/h污水 40 mg/L 氨氮含量进行混合， 设计其污 水氨氮含量为 180 mg/L， 可不加吹脱工艺， 仅采用生 物脱氮工艺即可。 生物脱氮是利用硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮， 再由反硝化菌将硝酸盐氮还原成氮气， 从水中 去除 ［3 ］。 本项目采用射流曝气型 SBＲ 工艺， 该技术在国 内众多煤化工企业污水处理中得到较多的应用， 并在 高氨氮废水处理中具有优势。射流曝气型 SBＲ 法和 序批式活性污泥法一样， 在生物反应池中依时间顺序 完成进水、 曝气、 搅拌、 沉淀、 排水、 排泥全过程 ［4 ］。 采用鼓风机 碟式射流曝气器 循环泵等设备的有 机组合， 通过对曝气时间的调整形成一个厌氧、 好氧 交替出现 ［5 ］的环境， 形成硝化菌和反硝化菌的良好 生长环境 ［6 ］， 而且能在好氧条件下增大曝气量和反 应时间， 来强化硝化反应的顺利完成; 在缺氧条件下 投加甲醇， 提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程 更快完成， 从而能最大程度的去除氨氮［7 ］等有机污 染物。处理工艺流程见图 1。 图 1废水处理工艺流程 Fig．1The flow chart of wastewater treatment process 4工艺特点及主要构筑物 4. 1除钙沉淀池 气化废水中含有大量 Ca2 、 Mg2 等物质， 在进入 生化系统前应进行去除， 否则会造成生物处理单元结 垢， 严重影响处理效果。本项目采用化学中和沉淀除 钙的方法， 投加磷酸进行中和， 生成磷酸钙， 同时投加 PAC 混凝剂， 以便形成絮体快速沉淀。然后排至污 泥浓缩池。该沉淀池有效容积为 328 m3， 尺寸 9 m 9 m 4. 8 m， 池体采用半地下钢筋混凝土构筑 物， 池内设刮泥机、 排泥泵等设备。 4. 2格栅井及初沉池 厂区混合污水通过下水道依靠重力流至格栅井， 通过格栅， 将混合污水中大的杂物去除， 确保后续设 备安全运行， 机械格栅宽度 700 mm， 栅距 5 mm。之 后用泵提升至初沉池， 进一步沉淀去除废水中悬浮物 质， 初沉池 2 座， 单座有效容积为 328 m3， 尺寸为 9 m 9 m 4. 8 m， 池体采用半地下钢筋混凝土构筑 物， 池内设刮泥机、 排泥泵等设备。 4. 3事故池 事故池是化工废水处理站所必须的构筑物， 由于 化工厂在出现生产事故后， 会在短时间内排放大量含 有各种生产原料的有机废水， 这些高浓度废水一旦进 入， 会给运行中的生物处理系统带来较高的冲击负 荷， 造成的影响需要很长时间来恢复， 甚至会造成致 命破坏。该池有效容积为 10 000 m3， 尺寸为 47 m 33 m 7. 0 m， 可容纳化工厂 1 个事故期排水量， 地下 钢筋混凝土构筑物， 内设 2 台提升泵， 可将事故池水 排入均质调节池。 4. 4均质调节池 由于废水排放量及水质波动性较大， 因此有必要 在生物处理前设置均质调节池起到调节水量、 水质的 作用， 使得后续工艺的处理负荷基本处在相同的水 平， 有利于处理工艺的连续、 稳定、 可靠运行; 另外为 防止废水中的悬浮物沉淀结块， 设置潜水搅拌机进行 搅拌。该池有效容积6 000 m3， 尺寸为60 m 22 m 5. 0 m， 地上钢筋混凝土构筑物。 4. 5射流曝气型 SBＲ 生物反应池 SBＲ 生物反应池是整个系统的核心， 反应池共 6 座， 半地上钢筋混凝土结构， 每座池尺寸为 27 m 21 m 6. 0 m， 池容3 400 m3， 池内设置碟式射流曝气 器 6 台， 循环泵 2 台， 滗水器 1 台， 排泥泵 1 台， 每池 对应曝气风机 1 台， 设计运行周期为 6 h， 生物反应池 设备见表 2。 废水先进入 1 号 SBＲ， 在进水的同时开启循环 泵、 鼓风机， 以及氢氧化钠投加泵， 在第 1 小时后停止 进水， 循环泵从池中进水端抽水， 送至曝气器处， 与鼓 风机空气混合， 曝气的同时对池水进行搅拌， 至第 4 小时， 风机运行 20 min 后停止， 再隔 20 min 开启， 间 53 水污染防治 Water Pollution Control 表 2射流曝气型 SBＲ 生物反应池设备参数 Table 2The equipment parameter of jet aeration SBＲ bioreactor 设备名称型号参数数量备注 碟式射流曝 气器 JAS-EM2- 8P充氧效率 14 ～1736 台 每池6 台 离心风机C70- 1. 570 m3/min; 5 m; 90 kW8 台 6 用2 备 循环泵400WL1700- 7- 451 700 m3/h; 7 m; 45 kW12 台 每池1 用1 备 滗水器XL- 350350 m3/h; 1. 1 kW6 台 排泥泵80WL80- 10- 380 m3/h; 10 m; 3 kW6 台 甲醇投加泵 GM0240SP3MNN240 L/h; 7 105Pa; 0. 25 kW 8 台 6 用2 备 碱投加泵GM0120SP1MNN 120 L/h; 7 105Pa; 0. 25 kW 2 台 1 用1 备 歇曝气， 使池水不断处于缺氧、 好氧交替变化状态。甲 醇补充是在风机停止， 池中处于缺氧状态时投加， 氢氧 化钠在第15 分钟后停止投加， 在第 4 小时所有设备停 止运行， 进入静止沉淀阶段， 该阶段最后 10 min 开启 排泥泵排泥。在第 5 小时滗水器开始滗出上清液， 经 过 1 h 排水后， 第 1 周期结束。6 座池子依次循环。 去除氨氮的过程是 在进水初期， 供氧量不 足 ［8 ］， 池内残留的游离氧首先被消耗， 反硝化菌以污 水中的有机碳作为供体， 把池内残留的 NOx－N 还原 成氮气或供自身合成反应需要的有机氮。风机曝气 后， 同时循环泵开启增大曝气强度， 随着曝气量增加， 氨氮在硝化作用下转变成硝态氮， 风机停止曝气， 减 少了系统供氧， 污水处于缺氧状态， 絮凝体形成菌胶 团将进水期吸附贮存的碳源释放出来， 使兼性反硝化 菌进行反硝化脱氮， 此时投加甲醇提供有机碳源作为 电子供体， 使反硝化过程更快地完成， 风机开启后再 次处于好氧状态时， 开始硝化反应， 在静沉、 排水期 间， 风机停止供氧后， 微生物处于内源呼吸状态， 反硝 化菌以内源碳作为供体进行反硝化反应将硝态氮转 化成气态氮排出。 射流曝气型 SBＲ 生物反应池特点如下 1曝气效率高。选用的 JAS 碟式射流曝气器， 因采用了气液混合式的射流喷头结构， 大大提高了氧 溶解率。与风机和水泵相结合进行射流曝气， 同时具 有鼓风和喷射曝气的优点， 动力效率高 4. 0 ～ 5. 4 kg/ kW h ， 充氧能力好 2. 2 ～5. 6 kg/h ［9 ］。 2循环搅拌。本设计采用水泵提供循环动力， 使反应池内污水从进水端 缺氧段 至曝气机 好氧 端 之间形成循环， 循环水量接近处理水量的 600， 强于 A/O 脱氮工艺中的活性污泥回流量， 使得该系 统具有较高的生物脱氮功能; 同时， 大流量循环搅拌 还使得池内污泥始终保持良好的活性状态。 3运行方式灵活。通过 PLC 控制风机、 水泵的 启停， 即可多次转换池中 A/O 阶段， 即曝气搅拌 曝气搅拌， 满足脱氮需求。同时可对曝气时间、 沉 淀时间、 排水时间有效的控制， 运行方式更加灵活， 并 可以在一定程度上适应进水浓度的变化。 4. 6监测池 按国控重点污染源自动监控项目现场端建设规 范要求， 监测池安装在线氨氮、 COD、 浊度及 pH 监测 仪表， 安装温度、 流量、 压力变送器， 安装取样及数据 采集仪器， 传输各种监测参数到集中控制室， 达标后 外排或泵送回用， 不达标换至电动阀， 自流回前端均 质池重新处理， 并在监测池上面设分析化验小屋， 可 就地对监测水样进行化学分析， 校验在线水质仪表。 该池有效容积 570 m3， 尺寸为 14 m 9 m 5. 0 m， 半 地上钢筋混凝土构筑物。 4. 7污泥处理系统 本工程采用污泥浓缩池 带式污泥脱水机处理 污泥， 除系统的沉淀污泥和 SBＲ 反应池的剩余污泥 外， 同时接收厂区中水回用站的污泥， 污泥浓缩池采 用半地上钢混结构， 结构尺寸 14 m 14 m 5. 0 m， 有效容积 780 m3， 配套中心传动污泥浓缩机， 采用污 泥浓缩脱水一体机 2 套， 带宽 2. 5 m， 配套全自动溶 配加药装置。 4. 8加药系统 甲醇投加系统 由于系统来水属氨氮含量较高的 有机废水， ρ BOD5 /ρ NH3－N 仅为 1. 25， 靠本身污 水中的碳源， 远远不能满足反硝化过程所需碳源， 故 设甲醇储罐 1 个 15 m3 及投加泵 8 台 6 用 2 备 ， 投加量 0 ～240 L/h; 运行时投加泵根据 SBＲ 池的运 行时序启停。 碱液投加系统 加碱的作用， 一是维持硝化作用 所适宜的 pH 水平， 二是中和硝化作用中所产生的酸 度。该项目采用氢氧化钠调整 SBＲ 池的碱度平衡， 氢氧化钠投加量 120 L/h， 根据 SBＲ 池的运行时序按 时投加。 5调试与运行结果 工程于 2013 年 3 月竣工， 4 月起开始设备调试， 工艺调试主要是进行射流曝气型 SBＲ 生物反应池的 活性污泥培养和驯化［10 ］， 为了提高系统启动速度， 投 加西安市某污水处理厂脱水后的剩余污泥 含水率 63 环境工程 Environmental Engineering 为 80 进行微生物接种， 闷曝后采用间歇进水、 小 水量进水和逐步加大连续进水量的调试方法， 逐池进 行， 2 个月后进水量达到设计处理的水量， 射流曝气 型 SBＲ 生物反应池基本实现预定的去除率， 整个系 统于 2013 年 6 月交付运行， 氨氮及 COD 处理结果见 表 3。 表 3监测结果 Table 3The inspection resultsmg/L 监测项目ρ 氨氮ρ COD备注 2013 －08 －02进口270183混合后 出口2. 616. 3 去除率/9991 2013 －08 －03进口213102混合后 出口3. 415 去除率/9885 2013 －08 －04进口209136混合后 出口1. 421 去除率/9985 6工艺特点及注意事项 6. 1反应池容积设计 在射流曝气型 SBＲ 生物反应池处理气化废水的 设计中， 反应池容应以氨氮的污泥负荷为指标进行核 算， 不能以 BOD 的有机污染指标进行计算， 否则池容 就会过小， 不能达到去除氨氮的目的。本项目反应池 计算公式如下 V 24Q L0－ Le 1 000eFwNwf 式中 V 为曝气池有效容积， m3; Q 为处理水量， m3/h; L0为进水氨氮浓度， mg/L; Le为出水氨氮浓度， mg/L; NW为池内混合液悬浮固体浓度， 取 4 g/L 3 ～5 g/L ; FW为氨氮污泥负荷， 一般取 0. 03 ～0. 05 kg/ kg d ; e 为每日曝气时间所占比例系数， 为 0. 5 ～ 0. 75; f 为 混合液悬浮固体挥发系数， 为 0. 7。 根据以上计算， SBＲ 池单池有效容积 2 900 m3， 超高 0. 8 m， 则设计尺寸为 27 m 21 m 6. 0 m。 6. 2程序控制方式合理 SBＲ 池阀门及设备繁多， 时段控制要求高， 共设 有 6 组 SBＲ 池， 每个池子的进水时间对应固定的时 间段 将全天 24 h 分为6 个时间段， 如1 号 SBＲ 池进 水时间段为 0 ～ 1， 6 ～ 7， 12 ～ 13， 18 ～ 19 时 ， 而该 SBＲ 池的其他设备按时序表在规定的时间自动运作， 每个池子均在其固定的时间段顺序循环进行。进水 泵只受均质池低液位停泵控制， 当液位低时， 进水泵 停止， 该时间段的 SBＲ 池进水量相应减少， 其他设备 还按时序表运行; 当时间段对应的 SBＲ 池调为手动 时， 该组 SBＲ 池对应进水时间段不自动进水， 均质池 液位提高， 到下一时间段进入另一 SBＲ 池运行， 均质 池高液位报警; 生物 SBＲ 池单池或整体可按自动程 序运行， 也可在画面点动情况下手动运行。以上控制 方式避免了断续进水、 设备故障等而导致的运行时序 紊乱的情况， 使每个设备运行在每天的固定时段， 方 便操作人员的巡检和管理。 6. 3加碱的位置 煤气化废水系统结垢是一个普遍存在且成因复 杂的问题， 影响结垢的指标有 pH、 碱度、 Cl － 、 Ca2 浓 度、 浊度 或悬浮物含量 、 电导率等。这些指标相互 影响、 相互关联， 其中尤以 pH、 碱度、 Ca2 浓度最为关 键。本工程中原设计加碱的位置在 SBＲ 池进水总管 上， 降低了水中 pH 值， 结果从加碱处到生物反应池 管道结垢严重， 后将碱投加点改为每个池子入口处， 运行良好。 7结论 采用射流曝气型 SBＲ 工艺处理煤化工行业的气 化废水， 运行稳定， 处理效率高， 出水水质优于 GB 89781996污水综合排放标准 和 DB 61224 2006渭河水系 陕西段 污水综合排放标准 的一级 排放标准。 参考文献 ［1］赵嫱， 孙体昌， 李雪梅， 等． 煤气化废水处理工艺的现状及发展 方向［J］． 工业用水与废水， 2012， 43 4 1- 6. ［2］徐亚同． 废水中氮磷的处理［M］． 上海 华东师大出版社， 1996. ［3］张晶莉， 文一波， 李林宝， 等． 反硝化除磷脱氮工艺的影响因素 探讨［J］． 安全环境工程， 2007， 14 4 67- 70. ［4］杨云龙， 陈启斌． SBＲ 工艺的现状与发展［J］． 工业用水与废 水， 2002， 33 2 1- 3. ［5］李锋， 朱南文， 李树平． 有氧情况下同时硝化/反硝化的反应动 力学模式［J］． 中国给水排水， 1999， 15 6 58- 60. ［6］雷英春， 李勇力， 张克强， 等． 改良 SBＲ 脱氮工艺参数优化研究 ［J］． 工业水处理， 2013， 33 8 55- 58. ［7］李亚新． 活性污泥法理论与技术［M］． 北京 中国建筑工业出版 社， 2007 84. ［8］杨静超， 夏训峰， 黄占斌， 等． 两级序批式生物膜法对厌氧消化 液的处理［J］． 环境工程， 2013， 31 4 26. ［9］盛义平， 张晓春． 鼓风曝气系统氧利用率和动力效率的研究 ［J］． 环境工程， 2001， 19 4 14- 16. ［ 10］周岗， 曾文勇． 污水处理设施中生化单元的启动与运行［J］． 工 业水处理， 2007， 27 11 79- 81. 第一作者 王亚峰 1970 － ， 工程师， 主要从事污水处理工艺及工程实 施工作。 73 水污染防治 Water Pollution Control