工藝概述

結(jié)合煤化工生化段水質(zhì)特點和處理要求，泓濟公司開發(fā)了HBF工藝包用于煤化工高氨氮廢水的處理，它是在傳統(tǒng)的A/O工藝及SBR技術(shù)的基礎(chǔ)上改進成功的污水處理工藝，其實質(zhì)是兩級A/O工藝后接序批分離，并在O1、O2池及序批池內(nèi)增加固定床平板填料。該方法為各種優(yōu)勢微生物的生長繁殖創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件和水力條件，使得高難度有機物的降解、氨氮的硝化、反硝化等生化過程保持高效反應(yīng)狀態(tài)，有效地提高生化去除率。該法采用組合式聯(lián)體結(jié)構(gòu)，占地面積小，運行費用低，剩余污泥量少。

污水進入HBF池的前置缺氧區(qū)，并與回流污泥及硝化液混合，進行反硝化反應(yīng)。前置缺氧池出水進入好氧池，在曝氣作用下完成脫碳過程及硝化反應(yīng)，由于平板填料的存在還實現(xiàn)了同步硝化反硝化反應(yīng)，有超過80%的總氮在第一段A/O得以去除，前置好氧出水再進入后置缺氧區(qū)，剩余的硝態(tài)氮在此處進行反硝化反應(yīng)得到去除，出水進入后置好氧區(qū)，進一步對剩余有機物進行降解。后置好氧區(qū)出水流入序批沉淀池1或序批沉淀池2。如果序批沉淀池1作為沉淀池出水，則序批沉淀池2處于曝氣好氧或沉淀狀態(tài)，序批沉淀池的污泥通過污泥泵回流到前置缺氧區(qū)，污泥回流用于強化整個系統(tǒng)的反硝化效率及污泥濃度的平衡，根據(jù)要求的反硝化效率高低，可通過變速調(diào)節(jié)回流泵改變系統(tǒng)的回流量。剩余污泥從序批沉淀池排出直接送入生化污泥池。其兩組序批反應(yīng)分離池的工作階段周期如表1所示：

與傳統(tǒng)的活性污泥法和SBR工藝相比，HBF工藝具有以下幾個方面的特征和優(yōu)點：

1)工藝流程簡單，土建和投資低，無二沉池，自動化程度高，同時在生物池中微生物總量由懸浮態(tài)的活性污泥及附著生物的生物膜組成，污泥濃度可達6000mg/L以上，即使在生物負荷不增加的情形下，也使得系統(tǒng)可以承受更高的容積負荷，故池容遠較傳統(tǒng)的生化處理系統(tǒng)為低，使得土建占地及投資遠低于現(xiàn)有生化處理工藝。

2)對于單格序批沉淀池為間斷進水，但對于整座序批沉淀池而言，實現(xiàn)了連續(xù)進水、出水，使得整個工藝出水連續(xù)均勻，操作管理方便。

3)池內(nèi)水位基本恒定，好氧區(qū)處于常曝氣狀態(tài)，增加了池子容積利用率，提高了設(shè)備的利用率；鼓風機壓力穩(wěn)定、效率高；空氣氧轉(zhuǎn)化利用率高，容積負荷和污泥負荷高。同時，由于填料的填充，對于射流曝氣所釋放的氣泡起到二次剪切及防止并聚作用，相應(yīng)延長了空氣與水、微生物傳質(zhì)時間；填料攔截所形成的紊流水力剪切，使氣泡高度細化并均勻分散，決定了系統(tǒng)內(nèi)空氣氧的轉(zhuǎn)化利用率高。足夠的溶解氧是保證好氧生物處理系統(tǒng)高負荷運行的條件，這也是HBF工藝的優(yōu)勢所在。

4)固液分離效果好，剩余污泥產(chǎn)量較少，降低污泥處理與處置費用。由于剝落的生物膜污泥所含原生動物成分較多和比重較大，且污泥顆粒個體較大，因而具有良好的污泥沉降性能，易于固液分離。由于生物膜中食物鏈較長，因而剩余污泥量明顯減少，特別是平板填料的生物膜較之傳統(tǒng)的生物膜法更厚，內(nèi)部的厭氧菌能夠分解部分好氧過程所合成的剩余污泥，從而使總剩余污泥大大減少。

5)耐沖擊負荷能力強， HBF工藝進水期間相當于一個完全混合式反應(yīng)器，具有強大的稀釋功能，因而具有較強的耐沖擊負荷和耐毒物能力，沉淀期間屬于靜止沉淀，沉淀條件好，反應(yīng)器內(nèi)可以積累較高的污泥濃度，從而可以不設(shè)二沉池；

6)良好的脫氮性能。生化反應(yīng)區(qū)填充固定床平板填料，反應(yīng)器內(nèi)存在不同菌種的穩(wěn)定立體生態(tài)位組合，硝化和反硝化過程可有機結(jié)合，并同時進行，從而能降低系統(tǒng)在硝化反硝化過程中發(fā)生的pH變化，減少脫氮過程對碳源和堿度需求，脫氮程度高、效果穩(wěn)定。同時，工藝通過專門的缺氧反應(yīng)區(qū)加強了反硝化過程，另外，序批沉淀池非曝氣階段沉淀污泥床也有一定反硝化作用，從而使系統(tǒng)有良好的脫氮效果；

7)根據(jù)生物反應(yīng)動力學原理，采用多池串聯(lián)或并聯(lián)運行，使污水在反應(yīng)器的流動呈現(xiàn)出整體推流而在不同區(qū)域內(nèi)為完全混合的復雜流態(tài)，不僅保證了穩(wěn)定的處理效果，而且提高了容積利用率。

8)HBF工藝在序批沉淀池后端出水區(qū)增加傾斜式(60度-75度角)平板填料，用以過濾出水及增加分離池分離面積以降低出水池的分離表面負荷，從而保證較低的出水SS。

9)序批池專利裝置出水，控制靈活，可有效防止表面浮渣及其它懸浮固體進入出水管道，出水懸浮固體量的降低是保證較高出水水質(zhì)的重要前提。

項目概況及進水水質(zhì)、水量

本文所述項目為山東晉煤明水化工集團有限公司采用潔凈煤氣化技術(shù)實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級項目配套污水處理工程，項目由上海泓濟環(huán)?？萍脊煞萦邢薰境邪Ｎ鬯畞碓礊檐囬g生產(chǎn)廢水及生活污水，處理規(guī)模為260m³/h，處理后水質(zhì)達到《山東省小清河流域水污染物綜合排放標準》(DB37/656-2006)重點保持區(qū)標準和《山東省氮肥工業(yè)水污染物排放標準(座談會稿)DB37-2014》中最嚴標準(其中COD、NH₃-N執(zhí)行《濟南市人民政府辦公廳關(guān)于提高部分排污企業(yè)水污染物執(zhí)行標準的通知》)。

本項目污水處理規(guī)模為260m³/h。進水水質(zhì)如表2：

水質(zhì)分析及主體工藝選擇

1) 化學需氧量及生物需氧量

本廢水中的有機物主要為甲醇、乙酸、丙酮等易于降解的有機物，可生化性較好，已有類似工程表明，廢水通過生化可以穩(wěn)定達到出水CODcr<40mg>

2) 氨氮及總氮

本廢水中總氮主要以氨氮存在，根據(jù)所給進水水質(zhì)、廢水中氨氮加權(quán)平均約為300mg/L，而出水要求較為嚴格，這就要求生化系統(tǒng)有較高的氨氮降解率及總氮脫除率。

就氨氮本身的降解而言，氨氮不是難降解物質(zhì)，但氨氮濃度過高會影響廢水中硝化菌的活性，導致其降解效率下降甚至失去活性。而在合適條件下，高濃度的氨氮仍可以穩(wěn)定達到小于2mg/L，滿足排放要求，本系統(tǒng)進水濃度雖然較高，但可以通過有效的回流手段使得生化池內(nèi)廢水氨氮濃度遠低于氨氮對微生物抑制濃度以保證微生物降解效率，同時由于氣化污水溫度較高，即使在冬季也可保證好氧池水溫在25℃以上，故通過生化可使出水氨氮穩(wěn)定小于2mg/L甚至更低。另一方面，單級的AO系統(tǒng)要達到較高的反硝化脫氮效率較為困難，需要設(shè)置后置脫氮系統(tǒng)使硝酸鹽最大程度轉(zhuǎn)為氮氣從廢水中釋放出來，以保證出水總氮達標。

3) 石油類

石油類主要來自生產(chǎn)區(qū)地面沖洗水及庫存罐區(qū)沖洗水以及壓縮機含油水，該部分污水盡管水量較大，但由于其排放時間相對較短，如不預處理，將會對后續(xù)的生化系統(tǒng)造成沖擊，影響微生物的絮凝及吸氧過程，降低生物反應(yīng)效率，根據(jù)已有工程運行經(jīng)驗可將其先進入隔油池，經(jīng)簡單隔油后再與其他水混合調(diào)節(jié)后再進行后續(xù)處理工藝。

4) 懸浮物

本污水站中所接納的懸浮物以惰性無機物質(zhì)為主，盡管招標文件中所給進水懸浮物加權(quán)平均不到100mg/L，但已有類似氣化污水處理設(shè)施運行表明，氣化灰水中所夾帶的粉煤灰等惰性物質(zhì)含量較高，且易于與微生物結(jié)合，影響微生物的傳質(zhì)及代謝，長期運行將造成惰性物質(zhì)包裹活性物質(zhì)(微生物)，使得處理裝置的運行出現(xiàn)周期性波動。當廢水中惰性物質(zhì)累積量超過活性物質(zhì)自身增殖能力時，一些長泥齡的微生物在系統(tǒng)內(nèi)將隨著排泥而流失，而對于本系統(tǒng)而言，脫氮所需硝化菌即屬于長泥齡微生物。當未經(jīng)預處理的廢水直接進入生化系統(tǒng)時，將導致硝化能力周期性下降。故本廢水經(jīng)調(diào)節(jié)后需對懸浮物進行有效預處理。

5) 硬度

從所給水質(zhì)及相似廢水運行經(jīng)驗看，氣化污水硬度較高，極易在污水處理系統(tǒng)及管道內(nèi)結(jié)垢。管道內(nèi)結(jié)垢會造成管道有效過水流量降低及增加運行阻力，從而增加運行能耗。同時，如果對硬度沒有進行預處理，且在有粉煤灰等細小惰性物質(zhì)存在的情況下，更易于包裹活性物質(zhì)而降低生化系統(tǒng)傳質(zhì)效率。

6) 硫化物

硫化物對微生物而言具有一定的毒性，但同時又是較強的還原性物質(zhì)，易于氧化去除或與金屬鹽進行化學沉淀去除。本工程混合廢水的硫離子濃度為10mg/L。而排到站區(qū)的氣化污水硬度較高且含有一定的鐵鹽，故與硫化廢水混合后可去除一部分硫化物，同時綜合廢水進入生化系統(tǒng)前設(shè)置混凝沉淀預處理也可通過化學沉淀去除大部分硫化物。余下硫化物將對生化系統(tǒng)不產(chǎn)生抑制作用，并可確保出水硫離子的安全達標排放，保證最終濃排水處理后硫化物滿足排放標準。

本項目廢水中C/N低，約為2.3，且進水硬度高。因此，氣化廢水經(jīng)冷卻降溫后與其他壓力流及集水井的重力流廢水在調(diào)節(jié)池內(nèi)充分混合，應(yīng)先通過軟化混凝沉淀后再進入生化處理階段。由于廢水氨氮含量較高，而出水又對于總氮要求高，因此本項目采用泓濟環(huán)保特有的兩級AO(HBF)工藝。生化出水后進入混凝沉淀去除SS，并進一步去除COD(圖 2)。

運行結(jié)果

項目通水后，水質(zhì)、水量逐步達到設(shè)計值，出水水質(zhì)穩(wěn)定，COD去除率達90%以上，氨氮去除率達98%以上，HBF對污染物的去除率如圖3所示。

穩(wěn)定后的出水水質(zhì)如表3所示，各項污染物出水均穩(wěn)定達標。

整套工藝運營成本為2.62元/m³，包含污泥脫水費用，不包含人工成本。其中，電費為1.24/m³，藥劑費用為1.38/m³，含軟化藥劑費。

結(jié)論

綜上所述，以泓濟公司自主研發(fā)的HBF工藝包為主導的生化工藝，工藝流程簡單，土建和投資低，具有良好的脫氮性能和耐負荷沖擊能力，對于處理粉煤氣化/水煤漿氣化廢水具有出水穩(wěn)定達標及運行費用較低的特點。