氮肥工業(yè)廢水處理設計及運轉(zhuǎn)　

概況

　　我國年生產(chǎn)合成氨30萬噸，尿素52萬噸的大氮肥裝置按原料性質(zhì)劃分主要有⑴以天然氣為原料，⑵以石腦油為原料，⑶以渣油為原料的三種類型。由于利用原料不同，產(chǎn)生的廢水水質(zhì)不同，廢水處理采取的措施也不一樣。前2種一般采用氨汽提法和酸堿中和法處理廢水。而第3種則采取物理、化學、生化相結(jié)合的方法處理廢水，包括灰沉降單元、化學處理單元和生化處理單元?；页两祮卧饕妙w粒重力沉降作用去除灰份；化學處理單元通過投加NaOH、FeSO4和陰離子高分子絮凝劑，在絮凝作用下除去重金屬V、Ni；生化處理單元采用A/O法去除COD、NH3-N。

1.工藝流程介紹

　　灰沉降單元主要處理合成氨氣化部分約40T/h的碳黑廢水，碳黑廢水經(jīng)灰沉降罐，除去部分碳黑后，約30T/h送入渣油汽化工段回用，約10T/h進入污水汽提塔脫除NH3、H2S后，經(jīng)化學處理單元處理,脫除重金屬V、Ni后，送入均衡池。

　　生化處理單元主要處理經(jīng)化學單元處理后的廢水、合成氨裝置的CO2洗滌水、尿素裝置工藝冷凝液、生活污水、經(jīng)過隔油池處理的罐區(qū)污染雨水，這五股來水首先進入反硝化池，與回流污泥經(jīng)推流式攪拌機混合均勻，發(fā)生反硝化反應；然后水經(jīng)底部回流窗進入硝化池發(fā)生硝化反應；硝化后的水在鼓風動力作用下一部分通過上部回流窗回流到反硝化池，一部分經(jīng)溢流堰通過重力作用流入脫氣池脫氣，使附著在活性污泥上的氣泡被釋放，避免活性污泥在二沉池內(nèi)漂??；脫氣后的水*終在二沉池內(nèi)進行泥水分離，澄清后的水經(jīng)溢流堰流入暴雨調(diào)節(jié)池外排。污泥一部分回流，一部分與灰沉降器、澄清池底部的污泥一起濃縮脫水外運；整個A/O工藝采取A、B兩個系列并列運行,處理水量1200m3/d。

流程圖如下：

2、主要工藝設備及構(gòu)筑物

 

單元	名稱	規(guī)格	附屬設備	數(shù)量	設計運行參數(shù)
灰沉降單元	灰沉降罐	立式：φ：8000mm,H：3400mm	配刮泥機，刮板式，φ8000mm,n:0.072r/min線速：0.03m/s,電機功率：8.6 kw	1座	水力停留時間4小時
	回水容器	臥式：V：28m3φ：2.8m，H：1.1m	配6000V高壓泵，Q：41m3/h，H：713.6m	1座
	廢水汽提塔	立式：φ1200×25200 mm	1.5″拉西環(huán)填料  13.8 m3	1座
化學處理單元	反應器1	立式，V:5.5m3,φ:2.8m,H:1.8m，機械反應式	配推進式ST-GPR-1.5型，φ400mm攪拌機	1座	水力停留時間15min
	反應器2	立式，V:5.5m3,φ:2.8m,H:1.8m，機械反應式	配推進式ST-GPR-1.5型，φ400mm攪拌機	1座	水力停留時間15min
	反應器3	立式，V:1.35m3,φ:1.0m,H:1.5m，機械反應式	配推進式ST14-GPR-0.2型，φ400mm攪拌機	1座
	澄清池	機械攪拌式，V：51m3，φ：5.0m，H：4.6m	配刮泥機，刮板式，φ5000mm,n:0.072r/min線速：0.0167m/s,電機功率：0.4 kw	1座	水力停留時間3小時
生化處理單元	硝化/反硝化池	硝化區(qū)體積：318m3，反硝化區(qū)體積：205m3	配推進式n:90r/min,φ480mm,N:3.7kw液下混合器	2座	水力停留時間21小時
	均衡池/事故池	均衡池體積：720m3，  事故池體積：300m3		1座
	二沉池	V：140m3,表面負荷q:1.0m3/m2*h，沉淀面積：47m2，中心進水，四周出水輻流式。	中心轉(zhuǎn)動φ：11200mm，n:0.09r/min虹吸式 吸泥機	2座	水力停留時間5.6小時
	脫氣池	矩形，V：16m3	配推進式φ400mm攪拌機	2座	水力停留時間30min
	回流污泥池	矩形，V：18m3	回流污泥泵Q：50m3/h	1座
	濃縮池	輻流式，V：36m3		2座
	隔油池	矩形，V：300m3		1座
	鼓風機	D45-81型離心鼓風機，Q=45Nm3/min,N=75kw D20-62型離心鼓風機，Q=20Nm3/min,N=20kw		D45-81三臺，D20-62二臺，	D45-81向硝化/反硝化池鼓風D20-62向均衡池鼓風

3、運行效果分析

3.1 灰沉降單元

   該單元設計進水SS≤820mg/l,出水SS≤40mg/l，從運行的效果來看，能滿足碳黑灰份的去除。但在試車階段出現(xiàn)了高壓回水泵葉輪結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)果導致泵軸斷裂。結(jié)垢的主要原因是由更換泵的密封水引起的，原設計該泵的密封水為透平冷凝水，由于試車階段透平冷凝水壓力不足，為了不影響試車的進度，采用生產(chǎn)水代替透平冷凝液做密封水后，運行不到半個月就出現(xiàn)泵斷軸現(xiàn)象，拆開泵體，發(fā)現(xiàn)葉輪表面結(jié)了一層致密的碳黑晶體，并且該晶體只有采用NaF、HNO3、六次甲基四銨溶液才能清洗掉。由于生產(chǎn)水中總硬度為109 mg/l（CaCO3計），密封水經(jīng)機封流入泵體內(nèi)與碳黑水循環(huán)使用，并且碳黑水溫度可達到138℃，致使鈣鹽在水中的溶解度下降，達到飽和狀態(tài)結(jié)晶析出。這些結(jié)晶體粘附在泵的葉輪上，增大了泵軸的扭矩，導致了泵軸的斷裂。    

3.2 化學處理單元

3.2.1 設計水質(zhì)

設計水質(zhì)見表（一）

表（一）化學處理單元設計水質(zhì)表

項目	COD（mg/l）	V（mg/l）	Ni（mg/l）	NH3-N（mg/l）
進水	≤300	≤52	≤141	≤265
出水	--	≤1	≤4	--

3.2.2 反應機理

　　已配好的15%的FeSO4溶液用計量泵加入到反應器1中，同時用NaOH調(diào)節(jié)PH值，PH值控制在9.5～11，加入的二價鐵與易溶的五價釩反應，生成難溶的四價釩。*終Ni以Ni（OH）2，V以VO（OH）2的形式沉淀下來，然后在反應器3中投加0.1%陰離子高分子電解質(zhì)，促進沉淀微晶的長大和凝聚。FeSO4和陰離子高分子電解質(zhì)的加藥量通過進入反應器1的在線流量計調(diào)節(jié)。

3.2.3 運行效果評價

　　原設計V去除率為98%，Ni去除率為97%，但實際平均分別只有60%、12%左右，主要的原因是進水含量V和Ni低的緣故。因此，原設計15%的FeSO4濃度是否應該降低，節(jié)約FeSO4的投加量，需要做進一步試驗。

3.3  生化單元

3.3.1 設計水質(zhì)

設計水質(zhì)見表（二）

表（二）生化處理單元設計水質(zhì)表

項目	PH	SS（mg/l）	COD（mg/l）	NH3-N（mg/l）
進水	--	--	≤1100	≤80
出水	6～９	≤70	≤100	≤15

3.3.2設計特點

    硝化池內(nèi)安裝PH、D0在線監(jiān)測儀，PH值的信號傳遞給酸堿計量泵，自動調(diào)節(jié)泵的沖程，自動控制PH在7.5～8.4，DO的信號傳遞給鼓風管上氣動閥上，自動調(diào)節(jié)閥門的開度，自動控制DO在2～3 mg/l。

　　在反硝化池內(nèi)安裝推進式液下混合器，由德國EMU液下混合器股份公司提供。為了保護電動機，設定兩個跳閘溫度：140℃和125℃，在125℃以下，就會自動再啟動，若在140℃被切斷后，必須以手動方式再進行啟動。運行幾年來未出現(xiàn)故障，并且檢修方便。

3.3.3運行效果評價

生化單元處理水質(zhì)見表（三）

表（三）生化處理水質(zhì)表

項目 月份	COD（mg/l）				NH3-N（mg/l）
	進水	出水	去除率	合格率	進水	出水	去除率	合格率
97.4	875.1	59.9	93.2%	90%	75.8	11.4	85.0%	79%
97.11	1090	27.4	97.5%	100%	80	14.1	82.4%	87%
98.4	2121	31.8	98.5%	97%	47.4	8.27	82.6%	80%
98.6	773	53.8	93.0%	100%	55.4	10	82.0%	87%
99.4	2050.7	58.6	97.2%	94%	41.2	4.36	89.4%	96%
99.5	1210.9	54.06	95.6%	100%	44.88	3.94	91.2%	100%

　　從表（二）中可以看出：進水COD平均在770～2100mg/l，COD去除率為93%以上，合格率為90%以上。NH3-N在40～80 mg/l，NH3-N去除率為82%以上，合格率在87%以上。表明該系統(tǒng)抗COD沖擊能力較強，NH3-N在40 mg/l左右低負荷的情況下去除率為90%左右，而在45～80 mg/l，去除率為82%，合格率也略低。根據(jù)現(xiàn)場運行結(jié)果表明，COD/NH3-N的比值在10～16，NH3-N去除能力較穩(wěn)定，抗NH3-N的沖擊能力也較強。而97年、98年COD/NH3-N的比值則在30以上。正是由于NH3-N長期處于低負荷運行，系統(tǒng)抵御濃度沖擊的能力比較脆弱，從而影響出水合格率。

3.3.4運行維護

　　97年二月份COD合格率僅為26%，NH3-N合格率為0，主要原因是系統(tǒng)遭受C0D沖擊，進水COD*高值達到25萬mg/l，遭受COD沖擊不久，系統(tǒng)又遭受NH3-N沖擊，NH3-N達到3065 mg/l ，因此整個系統(tǒng)C/N比完全失調(diào)，硝化**基本死亡，整個系統(tǒng)喪失處理NH3-N功能。由于營養(yǎng)過剩，其他類微生物有充足的食料，新陳代謝速度加快，相互間吸附能力減弱，導致污泥松散，沉降性能差，與此同時，硝化**和其他類菌種死亡，“尸體”隨二沉池排放水流出，影響SS的出水水質(zhì)，97年二月份的合格率為78%。處理這種污泥被嚴重受沖擊的辦法：利用硝化**的自然世代更替規(guī)律（一般為15～30d），引進生活污水作其營養(yǎng)源，停止進工業(yè)廢水，提高DO至3～4 mg/l，優(yōu)先考慮硝化**生長條件，抑制其他菌類的生長。

　　98年9月COD、NH3-N合格率也偏低，也是受COD沖擊的緣故，但沖擊程度沒有97年2月份那么嚴重，COD*高達16795 mg/l，并且沖擊時間相對較短，一般采取的措施是往硝化/反硝化池投加陽離子高分子電解質(zhì)，投加濃度為10 mg/l，一邊鼓風曝氣，一邊投加，約1小時后，停止鼓風曝氣，凈置，泥水分離，在分離過程中，二沉池中有一些懸浮物隨排水漂走，凈置2小時后，轉(zhuǎn)入鼓風曝氣。每天投加一次，待硝化功能恢復，污泥沉降性能增強，停止投加陽離子高分子電解質(zhì)。

　　98年10月出水NH3-N比進水NH3-N還要高，原因是污泥遭受重金屬中毒，由于該裝置污泥脫水單元處于停工狀態(tài)，澄清池的污泥堆積逐漸加厚，致使泥水一起流入生化處理單元，因污泥底部沉積的V、Ni等重金屬，從而導致污泥重金屬中毒。系統(tǒng)中微生物失去活性，出水NH3-N比進水NH3-N還要高，二沉池出水顏色呈橙黃色，并發(fā)出惡臭氣味。處理辦法是：利用陽離子高分子電解質(zhì)將具有活性微生物吸附在一起，讓死去的微生物通過二沉池排走。操作方法基本同前，只是發(fā)生中毒時，陽離子高分子電解質(zhì)投加量大，時間持續(xù)長。

5、結(jié)束語

 1.該處理裝置在解決廢水污染的同時，考慮到灰水的再利用，可以節(jié)約30T/h的脫鹽水。

 2.該處理裝置取消初沉池，將硝化、反硝化池建成同心圓式，采用缺氧-好氧的內(nèi)外循環(huán)流程，流程簡單，省卻了傳統(tǒng)工藝必不可少的一部分土建投資。滿足COD/TN≥10的要求，不需外加碳源。將生活污水引進系統(tǒng)中，不需投加磷營養(yǎng)源。基本實現(xiàn)了自動化操作，節(jié)省了操作費用。

 3.該裝置的生化單元具有較高的有機物去除能力和穩(wěn)定的硝化作用，主要是缺氧池能降解大部分的COD，大大緩解了硝化池的COD負荷，并且提供硝化反應的碳源，穩(wěn)定硝化反應的速度。

 4.該裝置的生化單元耐COD負荷沖擊能力強，COD/TN的比值范圍較寬，并且系統(tǒng)受沖擊后，恢復速度較快。