高氨印染廢水脫氮處理工藝

紡織印染是我國傳統(tǒng)的支柱產(chǎn)業(yè)，環(huán)保問題是影響其可持續(xù)發(fā)展主要因素之一，尤其是水污染，紡織工業(yè)廢水排放量長期居各工業(yè)行業(yè)前3位，而印染廢水在紡織行業(yè)廢水中占比約80%。數(shù)碼印花作為印染行業(yè)的重要門類，印花工藝由于多品種和按需制造、印制要求高等特點(diǎn)，使得印花過程中不可避免地大量使用含氮染料或助劑（如尿素），造成水中成分復(fù)雜，氮濃度高，大量的高氮廢水進(jìn)入污水廠或者河流勢必引起嚴(yán)重污染，必須有效處理后才能排放。

對(duì)于高氨數(shù)碼印花廢水，總氮的去除不僅困難且成本較高，主要由于廢水中含氮有機(jī)物結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定，不易被氨化與總氮脫除，同時(shí)COD較低，造成C/N比值較小，無法正常提供微生物所需的碳源，此類廢水已成為行業(yè)難題。

目前，高氮廢水傳統(tǒng)處理方法有鳥糞石、折點(diǎn)加氯、吹脫、膜分離等物化處理法。

采用物化處理方法容易產(chǎn)生二次污染（吹脫產(chǎn)生的廢氣、加氯產(chǎn)生的余氯等）且運(yùn)行成本極高，達(dá)到30~60元/t以上。因此，性價(jià)比最高的生化處理仍是首選處理方法。傳統(tǒng)的生化法如活性污泥法脫氮效率已無法滿足現(xiàn)行嚴(yán)格的總氮排放限值，只有開發(fā)新型高效的生物脫氮工藝并通過馴化優(yōu)勢生物菌種以提高其生物活性與生物濃度，強(qiáng)化并提升處理效率，才能滿足對(duì)高含氮廢水高脫氮效果的要求。曝氣生物流化床（ABFT）是近年開發(fā)出的專門處理高氨氮廢水的工藝，氨氮去除效果較好，但對(duì)總氮去除效率不高，筆者在ABFT工藝基礎(chǔ)上針對(duì)高氨印花廢水的處理進(jìn)行改進(jìn)（簡稱MABFT），提出并設(shè)計(jì)采用缺氧A1-MABFT-缺氧A2多段復(fù)合工藝應(yīng)用于數(shù)碼印花廢水的脫氮處理工程中，考察其處理效果。

1、工程設(shè)計(jì)與調(diào)試

1.1 廢水及來源

低C/N高氨印染廢水來自杭州某數(shù)碼印花企業(yè)污水調(diào)節(jié)池，包含車間生產(chǎn)廢水、地面沖洗廢水和生活污水，經(jīng)均質(zhì)混合后，具體水質(zhì)為pH7~8、COD600～800mg/L、NH3-N120～300mg/L、NO2--N≤1mg/L、NO3--N≤5mg/L、TN150～380mg/L。廢水處理量為250～300m3/d。

1.2 處理工藝流程

廢水處理工藝流程如圖1所示。

1.3 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

缺氧池A1：1座，分2格串聯(lián)，總有效容積100m3，HRT=8h。第一格進(jìn)水端設(shè)置邊長0.5m的配水槽，原水與回流硝化液由配水槽混合導(dǎo)流進(jìn)入A1底部，降低DO對(duì)缺氧的瞬時(shí)沖擊。池內(nèi)設(shè)置懸掛型親水性高密度載體填料，掛膜量15～20g/L，設(shè)置潛水?dāng)嚢柘到y(tǒng)2套，使懸浮型污泥呈低度紊流狀態(tài)。

MABFT池：1座，內(nèi)設(shè)3格梯度式串聯(lián)，總有效容積為150m3，HRT=12h，DO2～5mg/L，曝氣通過流量計(jì)進(jìn)行控制，池內(nèi)DO呈前高后低，逐步遞減，末端控制在（2±0.3）mg/L。池內(nèi)設(shè)置NC-5ppi型顆粒態(tài)親水性多相聚合物生物載體填料。填料為正方體網(wǎng)孔狀，邊長50mm，比表面積達(dá)到25000m2/m3，投加體積比為45%。在池內(nèi)增設(shè)攪拌裝置，槳葉處于填料層頂部，每周運(yùn)行1h，解決ABFT運(yùn)行中填料擠壓在上層造成堵塞、流水不暢、區(qū)域內(nèi)發(fā)生厭氧使硝化效果不佳等問題，使填料在水中處于多相流化狀態(tài)，和氣泡有力地碰撞，大大地提高了微生物、溶氧的傳質(zhì)效果，微生物快速完成著床并增殖，生物固化量大，填料固化污泥量達(dá)10～20kg/m3，懸浮污泥質(zhì)量濃度達(dá)到4～5g/L。

缺氧池A2：1座，共1格，總有效容積31.5m3，HRT=2.5h，池內(nèi)同缺氧1。

澄清池：1座，表面負(fù)荷0.7m3/（m2?h）。

1.4 調(diào)試

MABFT利用原有。缺氧池A1接種期間廢水來自好氧出水，污泥來自附近市政污水廠脫水污泥，A1投加污泥馴化后生物量達(dá)到20g/L，A2投加污泥馴化后生物量達(dá)到10g/L，同步加入MKNC-003（反硝化干粉菌種）。在污泥和菌種投加完成后，調(diào)試初期采用間斷性曝氣，控制DO為0.2～0.5mg/L，水溫保持在25～30℃，按比例投加葡萄糖進(jìn)行馴化。進(jìn)水量由4m3/h提升至12.5m3/h，當(dāng)出水NH3-N＜20mg/L，TN＜30mg/L，即為調(diào)試成功。

1.5 測定方法

COD采用重鉻酸鹽法，氨氮采用連華科技氨氮測定儀（5B-6D），污泥量采用稱重法，總氮采用連華科技總氮測定儀（LH-TN200），pH采用上海雷磁pHS-3C臺(tái)式酸度計(jì)，溶氧采用上海雷磁JPB-607A便攜式溶氧儀，最終測試數(shù)據(jù)為2次測定結(jié)果的平均值。

2、運(yùn)行結(jié)果與討論

2.1 A1對(duì)氨氮/總氮的去除

缺氧池A1以馴化培養(yǎng)反硝化菌去除總氮為目的，采用前置，通過硝化液內(nèi)回流，并充分利用原水中的碳源來處理總氮，根據(jù)調(diào)試期對(duì)A1內(nèi)DO的監(jiān)控，確定最佳回流比300%，圖2為缺氧池A1處理效果。

由圖2可以看出，總氮的去除主要在此階段完成，雖然進(jìn)水中氨氮和總氮波動(dòng)性比較大，但總氮的平均去除率達(dá)到76.7%，效果比較好，相比裘偉明等的研究中一級(jí)AO段總氮去除率為60%，這可能是由于設(shè)置了高密度生物載體填料使得掛膜量大幅提高，內(nèi)部固化了足夠的微生物量對(duì)污染物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化造成的。同時(shí)，經(jīng)檢測分析，此階段中NO2--N≤0.5mg/L，NO3--N≤7mg/L，較回流液硝酸鹽氮均降低，可認(rèn)為此階段主要以硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庖绯龅姆聪趸饔脼橹鳌?/span>

2.2 MABFT池對(duì)氨氮/總氮的去除

MABFT池內(nèi)經(jīng)過馴化培養(yǎng)，池內(nèi)總污泥質(zhì)量濃度達(dá)到8～10g/L，能有效地將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，去除效果如圖3所示。

A1池的出水為MABFT的進(jìn)水，如圖3所示，其對(duì)氨氮的去除效果非常好，去除率穩(wěn)定達(dá)到88.8%，筆者前期利用MABFT技術(shù)處理高氨氮印花廢水過程中氨氮去除率達(dá)到99.6%，分析認(rèn)為主要是因?yàn)榍岸畏聪趸牧魅牒拖趸旱拇罅髁炕亓?，停留時(shí)間大大縮短，增加了MABFT內(nèi)微生物群落的豐富性，減緩了系統(tǒng)的硝化能力，這從池內(nèi)總氮有平均約10%的去除率可以得到驗(yàn)證。經(jīng)檢測分析，此階段中NO2--N≤0.5mg/L，NO3--N≤25mg/L，硝酸鹽氮大幅升高，可認(rèn)為此階段主要以氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的硝化作用為主。

2.3 缺氧池A2對(duì)氨氮/總氮的去除

前端MABFT出水氨氮已達(dá)到并遠(yuǎn)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)，而出水中總氮（經(jīng)間歇取樣檢測，硝態(tài)氮/總氮≈70%，總氮－硝態(tài)氮－氨氮=7～9mg/L）理論上可以全部回流至缺氧池A1進(jìn)行處理，但實(shí)際運(yùn)行中需考慮：（1）動(dòng)力成本，大比例回流會(huì)增加泵用功率；（2）大量的回流會(huì)給A1帶去溶解氧，使其DO偏高，破壞反硝化環(huán)境；（3）回流不及時(shí)造成的溢出等。因此在后端設(shè)置缺氧A2池，去除后續(xù)的總氮，保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，其效果如圖4所示。

由圖4可知，出水中氨氮始終并遠(yuǎn)低于15mg/L，由于進(jìn)水濃度較低，整體去除率不高，甚至出現(xiàn)出水有升高的現(xiàn)象，此階段中NO2--N≤0.05mg/L，NO3--N≤4mg/L，硝酸鹽氮濃度較低，分析認(rèn)為廢水中含有的部分未分解有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為了氨氮。除了4t/h和8t/h提升階段由于碳源補(bǔ)充不及時(shí)造成的總氮偏高，總氮去除率平均達(dá)到53%以上，有效地保障了出水總氮穩(wěn)定在30mg/L以下。

2.4 全流程對(duì)COD的去除

在生物脫氮過程中，碳源是決定微生物反硝化效果的因素之一。經(jīng)檢測統(tǒng)計(jì)，原水中平均C/N≈2.6，BOD5/COD≈0.85，同時(shí)，根據(jù)王麗麗等研究的不同碳源的最佳反硝化碳氮比，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，為確保達(dá)標(biāo)并節(jié)約運(yùn)行成本，通過補(bǔ)充葡萄糖，控制A2進(jìn)水端C/N≈4，且COD≤200mg/L，全流程COD的去除效果如圖5所示。

由圖5可知，原水COD在滿足反硝化過程對(duì)碳源的消耗需求時(shí)，出水能穩(wěn)定達(dá)到200mg/L以下，去除率達(dá)到81.2%。

2.5 運(yùn)行成本分析

直接運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、配藥劑用水費(fèi)、人工費(fèi)、折舊及維修費(fèi)等。

（1）電費(fèi)：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)總功率為20.5kW，1.0元/（kW?h），則每天耗電費(fèi)492元。

（2）藥劑費(fèi)：每日耗葡萄糖量0.15t，單價(jià)3200元/t，則每天耗藥劑費(fèi)480.0元。

（3）配藥劑用水費(fèi)：每日耗自來水約3t，單價(jià)4.0元/t，則每天耗水費(fèi)12.0元。

（4）人工費(fèi)：按運(yùn)行情況，1名工人常白班，夜班自控運(yùn)行或管理人員兼職操作，按月工資2500元計(jì)，則每天人工費(fèi)83.33元。

（5）折舊、維修費(fèi)：每天約30元。每天按處理250～300t廢水計(jì)，則廢水的直接處理費(fèi)用為3.66～4.39元/t（不含污泥處置費(fèi)）。

3、結(jié)論

經(jīng)調(diào)試啟動(dòng)階段和35d的滿負(fù)荷運(yùn)行的監(jiān)測觀察，A1-MABFT-A2工藝在處理低C/N數(shù)碼印花廢水的工程上具有可行性，進(jìn)水NH3-N為120～300mg/L、TN為150～380mg/L、COD為400～800mg/L時(shí)，出水NH3-N＜15mg/L、TN＜30mg/L、COD＜200mg/L，總?cè)コ史謩e為98.7%、90.2%、81.2%，出水穩(wěn)定達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287―2012）表2間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求。（來源：中煤科工集團(tuán)杭州研究院有限公司）