焦化污水处理总氮提标改造探索

杨智伟 邹正 胡火金 李斌(方大特钢科技股份有限公司，江西 南昌 330012)

提要：利用现有污水生化处理系统构筑物，改变运行模式，实现后置反硝化功能；摸索总结出适应现有OAO污水处理工艺的降低总氮的运行参数及控制措施，实现焦化污水全因子达标排放，可为其他焦化污水处理总氮提标改造提供借鉴。

1 概况

XX公司焦化厂污水处理设施始建于1991年，采用传统的活性污泥AO处理工艺。 2004年，改为高效微生物OAO处理工艺，设计处理水量65t/h(COD入口浓度按3000mg/L设计)，实际处理水量30t/h(COD入口浓度约5000mg/L)。2017年，为了提高污水处理系统抗冲击能力，便于设备检修维护，新增了一个处理能力20t/h(COD入口浓度按5000mg/L)的生化处理系列，最终形成3个系列并联运行的系统。项目投运后，污水处理系统出水除总氮指标外其他指标全部达标。为了实现焦化废水全因子达标，我们进行了一系列总氮提标改造探索与实践。

2 焦化废水处理工艺及改造

焦化废水处理原有生化工艺是OAO高效微生物生化处理，后进行深度处理(芬顿工艺)，达标排放。生化处理后的出水指标COD<300mg/L、总氰<0.2mg/L、氨氮<10mg/L；深度处理出水指标COD<80mg/L、总氰<0.1mg/L、氨氮<5mg/L。原有污水处理工艺流程见图1。

2019年初，通过对生化系统改造，将三个并联运行的生化系列改造成1+2模式串联运行。将新建C系列作为一级生化处理，将原来的AB系列并联作为后置反硝化系统，同时调整一级生化系统操作参数，并在反硝化池投加碳源，提高回流比等一系列措施，最终实现了总氮＜20mg/L的改造目标。

3 研究工作内容及结果

对于焦化废水总氮达标处理工艺的研究工作经历了三个阶段。

3.1 第一阶段，研究树脂对总氮的去除作用

实验条件：树脂床层高度850mm，废水通过树脂床层速度0.0158m3/h。时间：2018年8月31～9月3日。

总氮监测数据如表1所示。

表1 总氮监测数据表

由监测数据可知，树脂对总氮的去除效率很高，达到95.98%，最佳反应时间约5～10min，且出水水质清澈。

按废水量35m3/h计算，需要树脂材料2.217m3，按一开一备一反洗设置，需要3个吸附罐，树脂费用按100元/L计算，树脂材料费用约66.51万元，再加上管道、设备，反洗装置等，设施改造费用约130万元。

由于实验树脂购入量较少，树脂的再生周期、使用寿命未实验取得数据，树脂再生废水的处理、树脂废弃物的处置等都是需要研究解决的问题。因此，该研究存在运行费用、废弃物处置、再生废水处理等不确定因素，未深入开展下去。

3.2 第二阶段，高效反硝化生物滤池对总氮去除的研究

焦化废水的总氮主要由硝态氮组成，通过反硝化菌厌氧条件下将水体中的硝态氮转换成氮气，从而实现焦化废水总氮去除目的。

3.2.1 试验设备

采用高效反硝化中试设备进行实验。高效反硝化设备内部有两个分区，主反应区有效容积0.2m3，BAF区有效容积0.12m3。接种污泥为高效反硝化菌。系统外加碳源促使微生物进行反硝化。

3.2.2 废水水质

图1 污水处理工艺流程图

来水为焦化废水经生化处理后的二沉池B出水，水质情况：pH7.8～8.8、COD120～160mg/L、盐度3～4g/L、硝态氮130～170mg/L、总氮130～180mg/L、温度25～30℃。

3.2.3 试验目标

硝态氮浓度下降100mg/L左右；脱氮效率大于1.5kgN/m3/d。

3.2.4 试验结果

中试半个月，进出水硝氮、总氮、反应负荷变化为。

图2 进出水硝氮变化

图3 中试进出水总氮变化

图4 主反应区总氮负荷变化

如图2-3所示，进水总氮浓度在130～180mg/L，经高效脱氮中试设备处理后出水总氮基本下降100mg/L左右，在第3天达到高峰，总氮即到达20mg/L以下。图4所示，设备在启动后，其容积负荷稳步增长，总氮负荷稳定在1.5kgN/m3/d以上。

3.2.5 试验结论

进水总氮在130～180mg/L左右，高效生物滤池在稳定1.5kgN/m3/d以上的负荷情况下，总氮到达20mg/L以下。反硝化反应对PH较敏感，设备脱氮用乙酸做碳源时，需要调节PH值。

3.2.6 经济性分析

(1)运行费用核算。进水硝态氮为150mg/L左右，全部去除完，其吨水处理成本约为：药剂费用：4.05元/吨水；反冲洗：0.0118元/吨水；电耗：0.183元/吨水；污泥处置费：0.84元/吨水。合计：5.0848元/吨水。

(2)按照处理量35m3/h计算，需要新增高效反硝化生物滤池设备10台，费用大约800万元，同时需投入乙醇、乙酸钠等作为碳源，药剂费用124万元。采用反硝化生物滤池做到总氮达标需新增10台设备，同时要加入大量药剂，很不经济。根据这种处理模式推论，我们认为利用现有水处理构筑物代替高效反硝化生物设备同样能达到脱氮目的，没有必要额外增加设备。

3.3 第三阶段，研究利用现有水处理构筑物脱氮

焦化废水经过生化处理后，氨氮类物质完全转化为硝酸盐类物质，必须通过缺氧的工艺进行去除，而一级缺氧系统受HRT、回流比、反应方式、碳源的限制，几乎不可能达到设计要求，必须通过新增缺氧工艺的方式进行处理。为此，我们利用现有构筑物，将现有AB系列变为后置反硝化池，改造后的工艺流程如图5所示。

3.3.1 营养基质研究

营养物质(碳源)可以是甲醇，乙酸，乙酸钠或葡萄糖、淀粉等。碳源分子中碳原子个数越少，生化反应利用效果越好。甲醇有毒安全隐患大、气味大；葡萄糖和淀粉利用率低，容易造成COD偏高。因此，碳源选择乙酸+乙酸钠混合溶液，兼顾对生化池的Ph值调节作用。营养元素C、N、P配比，理论上按照乙酸：硝态氮：磷=135:30:1设计，考虑到实际反硝化菌占80%以上，故实际乙酸：硝态氮：磷=147:30:1为宜。

3.3.2 工作内容

(1)原水预处理后接入生化C系列进行一级生化处理，出水经中间槽平均分配至AB系列，这样可以增加后置反硝化池水力停留时间，降低一级生化池参数控制难度。

(2)改造内容。对C系列进水管道、泵进行改造，增加C系列处理量；从调节池进水管接一个水管至兼氧C池，采取多点进水，增加兼氧C池碳源；增加中间槽至A、B系列兼氧池的管道。

(3)生化系统的主要工艺参数控制如表2所示。

表2 生化系统的主要工艺参数控制表

①好氧C池上清液回流比按100%控制(按好氧池进水量计算)；②污泥回流比按150%～200%左右控制(按处理水量计算)；③好氧A、B池上清液回流停止；④反硝化段总水力停留时间180h。

经过调节参数及增加碳源投加量，2019年5月12日开始，总氮下降，7月达标，至今总氮一直维持在20mg/L以下，最低达到7.5mg/L。

脱色出水总氮指标情况如表3所示。

图5 改造后工艺示意图

表3 脱色出水总氮指标情况

3.3.3 经济性分析

本改造项目仅增加了提升泵，用电费用有部分增加，另增加提供微生物营养物的药剂费用等。脱总氮项目成本如表4所示。

表4 脱总氮项目成本

因此，该脱总氮项目每年运行费用约158.9064万元。

4 结语

本次总氮提标改造是我司自主开展的一次探索研究，在不增加水处理设施的前提下，利用现有构筑物，通过一系列改造，改变运行模式，实现后置反硝化功能，脱色出水总氮稳定在20mg/L以下；摸索总结出适应OAO焦化污水处理工艺的去除总氮的运行参数及控制措施，实现焦化污水排放全因子达标，为其他焦化污水处理工艺总氮提标改造提供借鉴。