终端污水处理系统节能减排探讨

摘要：洛阳骏化生物科技有限公司150t/h终端污水处理装置建设于2007 年，采用A/O生化处理工艺。为实现节能减排，降低消耗，企业提出将终端污水处理后作为企业一次水补充水（代替部分外调河水），实现中水回用，在现有污水生化处理系统的基础上增加深度处理装置。选用国内先进的MBR膜生物反应器，利用膜的抽吸作用来进行泥水分离，污泥膨胀不会影响MBR系统的正常运行和出水水质。2014 年投入运行。经过近几年的实际运行，运行稳定，废水在线数据正常，取得了良好的环保效果。

关键词：终端污水处理；加药混凝气浮；MBR膜；好氧池；缺氧池；硝化；反硝化

洛阳骏化生物科技有限公司（以下简称“洛阳骏化”）成立于2002 年，其前身为洛阳氮肥厂。现有终端污水处理装置建设于2007 年，采用A/O生化处理工艺。其依据当时厂区生产情况而建设，设计处理能力为150t/h。根据洛阳骏化发展规划以及节能减排、降低消耗的指导思想，企业提出将终端污水处理后作为企业一次水补充水（代替部分外调河水）。参照《污水再生利用工程设计规范》（GB/T50335 ―2002 ）中再生利用相关水质指标，现有污水处理系统的出水水质不足以满足中水回用的要求，特别是悬浮物浓度、氨氮浓度指标的差距较大。因此，为实现中水回用，需要在现有污水生化处理系统的基础上增加深度处理装置。依据洛阳骏化发展规划及终端污水处理系统运行经验，终端水处理系统改造工程设计规模为3000t/d。2013 年11 月底，完成中水回用改造、调试完成，2014 年投入运行。

1 改造项目布置

改造工程包括四大部分：一是新建1 座混凝气浮池、1 座加药间（混凝气浮装置放在加药间的房顶平台上），可布置在现有A池西侧；二是新建1 座A2 池、1 座MBR池及1 座清水池，可布置在现有二沉池东侧；三是新建1 套紫外线消毒装置，可布置在清水池池壁上；四是新建1 座风机房、1 座膜清洗加药间，均在二沉池北侧［1-2 ］。

2 新增污染防治设施

① 污水进水口在线监测设备：增加进水COD、氨氮含量的在线监测设备，及时发现系统进水超标问题，对调整后续处理设备的最佳运行状态、降低系统电耗和药剂加入量、提高系统抗冲击能力至关重要。② 加药混凝气浮设备：去除废水中的悬浮物及油类，减轻后续生化处理负荷，提高整个系统去除有机物、氨氮的效率。③MBR设备：进一步去除废水中的有机污染物、氨氮，处理后的污水通过MBR膜过滤作用，使出水中SS指标大大降低，是实现中水回用的重要一步。④ 甲醇加药系统：甲醇储槽定期压入甲醇，根据在线监测到的进水COD、氨氮浓度，调节甲醇加入量，使系统的脱氮效果达到最大化。⑤ 烧碱加药系统：烧碱储槽定期压入烧碱（液态），通过电动阀开启度调节烧碱加入量，使得系统硝化效率最大化。⑥ 紫外线消毒系统：杀灭污水中的病原微生物，防止其对人类及畜禽的健康产生危害和对生态环境造成污染。

3 改造后工艺流程简述

厂区污水经收集后进入隔油池，去除大多数油分，进入初沉池，去除大多数沉砂等固体杂质，之后进入细格栅、调节池，调节水质水量，再进入混凝气浮池，进一步去除污水中油分及悬浮固体，降低后续生化处理设备的负荷。之后进入A1 池，在缺氧条件下进行反硝化反应，把由O3 池回流污水中的硝态氮、亚硝态氮转化为氮气去除，污水由A1 池出来后按顺序依次进入O1 、O2 、O3 池，去除有机碳、氨氮等污染物，在曝气的条件下，把氨氮转化为硝态氮、亚硝态氮，之后进入二沉池（改造为缺氧池）、A2 池、MBR膜池，进一步反硝化、硝化，并在MBR池中进行泥水分离，最后进行紫外线消毒，使出水达到中水回用标准。在A2 池中设置污泥泵，泵出口管路与MBR池污水回流管路分支管合在一起，使整个生化系统的剩余污泥由此管路进入污泥浓缩池。MBR池污水回流泵将MBR池内高浓度污水回流到O1 池进口，从而实现整个生化系统污泥浓度的均一性，提高整个生化系统的效率。根据反硝化反应的需要，反硝化池投加甲醇。硝化区主要用于去除有机碳和氨氮等污染物，为保证硝化菌的正常生长，系统中配备了风机曝气，同时投加NaOH补充硝化反应消耗的碱度。膜区主要用于泥水分离，系统中采用中空纤维丝截留活性污泥，获得高质量的出水。生化处理出水用自吸泵抽出并输送至回用水池回用或排放。气浮池的浮渣和生化池的剩余污泥排入污泥浓缩池，用污泥离心脱水机脱水后泥饼外运。具体工艺流程如图1 所示。

4 改造项目工艺选择说明

4.1 预处理改造：混凝气浮工艺

洛阳现有终端污水处理对厂区汇集污水，在进入生化阶段的缺氧池之前，先期的预处理包括隔油池初步除油、沉淀池除泥沙、调节池调节水质水量。对于高COD、高氨氮、高含油量的污水来说，预处理过于简单，污染物去除率低，造成后续生化处理负荷过大，出水水质超标。特别是隔油工艺，仅仅依靠油滴与水的密度差产生上浮而进行油、水分离，油的去除率一般较低，出水仍含有大量的乳化油和附着在悬浮固体上的油分。隔油池一般有平流式隔油池和斜板式隔油池，前者可以去除的最小油滴直径为100 ～150 μm，后者可去除的最小油滴直径约为80 μm，所以隔油池只能去除可浮油（直径大于100 μm）、部分细分散油（直径10 ～100 μm），对于乳化油（直径小于10 μm）、溶解油（直径一般为纳米级别）无法去除。改造工程在调节池后，加混凝气浮工艺，调节池污水经提升泵流入混凝池，首先在混凝的前段投加PAC，并通过搅拌机的快速搅拌对废水中的油进行破乳、形成絮体架桥，捕捉水中的油和悬浮物；之后在混凝池后段投加PAM，并通过搅拌机的慢速搅拌形成粗大絮体以利于后续的气浮处理。在混凝池中加药PAC、PAM，在药剂及搅拌的作用下，污水中悬浮物质发生混凝，之后污水流入加压溶气气浮池，气浮池中的加压溶解空气经布气管道在水中形成微小气泡。该微小气泡与水中悬浮颗粒黏附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒黏附上气泡后，形成表观密度小于水的漂浮絮体，絮体上浮至水面，形成浮渣被刮除，从而实现悬浮物质及油的去除。气浮法除油效果较好，增加该改造工艺后，污水的预处理程度大大提高，进入后续生化处理构筑物的悬浮物质及油含量大大减少。

4.2 生化处理改造：缺氧+MBR工艺

4.2.1MBR工艺简介。《污水再生利用工程设计规范》（GB/T50335 ―2002 ）推荐的城市污水再生处理基本工艺中有二级处理、微孔过滤、消毒工艺，其中微孔过滤包括纳滤、超滤、膜生物反应器等。由于该项目水量较大，若选用纳滤、超滤，则成本较高，故本项目选用MBR膜生物反应器。MBR处理工艺是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能。首先通过活性污泥去除水中可降解的有机污染物，然后用膜将净化后的水和活性污泥进行固液分离，所用膜为中空纤维膜，能够截留活性污泥和绝大多数的悬浮物、微生物，出水水质主要指标达到回用水要求。为了使得膜能够长期稳定使用，在中空丝膜的下方以一定强度的空气对膜进行抖动，既为生物氧化供氧，又防止活性污泥附着在膜的表面造成膜污染。MBR工艺运行管理方便。传统的好氧活性污泥处理工艺在高污泥负荷的情况下运行会出现污泥膨胀的现象，使污泥难以分离，导致系统不能正常运行、出水不达标。而MBR工艺是通过膜抽吸作用来进行泥水分离的，污泥膨胀不会影响MBR系统的正常运行和出水水质。传统的活性污泥工艺的活性污泥浓度一般在3000 ～5000mg/L，而MBR工艺的活性污泥浓度一般在8000 ～12000mg/L，且不需要生化沉淀池，故大大减少了占地面积和土建投资，其土建占地约为传统工艺的1/3 。中空丝膜能够截留几乎所有微生物，尤其是针对难以沉淀的、增殖速度比较慢的微生物。因此，系统内的生物相极大丰富，活性污泥驯化、增量的过程大大缩短，处理的深度和系统抗冲击能力得以加强，处理水质稳定。MBR系统有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高。膜分离污水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，可以大大减少剩余污泥的排放。4.2.2 缺氧+MBR工艺。本次改造工程是在原A/O工艺基础上再增加一个“A/O”工艺，即增加1 座缺氧池（A2 池）和1 座MBR池（一座两池），从而加强脱氮效果。新增“A/O”工艺选用MBR池，从而在完成曝气硝化的同时实现泥水分离。A/O工艺系统简单，运行费低，占地小；以原污水中的含碳有机物和内源代谢产物为碳源，节省了投加外碳源的费用；好氧池在后，可进一步去除有机物；缺氧池在先，由于反硝化消耗了部分碳源有机物，可减轻好氧池负荷；反硝化产生的碱度可补偿硝化过程对碱度的消耗。故本改造工程在现有条件基础上再增加一个“A/O”工艺，进一步去除氨氮、总氮，使出水达标。

5 新增设备情况新增设备情况

如表1 所示。

6 设计指标

设计的进水指标和出水指标分别如表2 和表3 所示。废水处理后水质达到《合成氨工业水污染物排放标准》（DB41/538 ―2016 ）要求。经过近几年的运行，各项在线数据正常，在指标范围内，出水指标能够满足要求，实现了清洁生产，适应当地环保要求。7 结语洛阳骏化生物科技有限公司原有两条生产线：一条是合成氨联醇工艺，同时生产尿素；另一条是硝酸、硝基复合肥生产线。合成氨工艺以煤为原料，采用固定层间歇气化炉制气，属限制淘汰工艺。2019 年9 月份，该公司实施转型发展战略，停掉合成氨尿素生产线，不再生产，开硝酸、硝基复合肥生产线，从传统化工向绿色生态产业进行战略转型，打造复合肥生产基地。2014 年至2019 年，达标废水回用压缩循环水、硝酸消防水补充水、厕所冲水、洒地等。合成氨联醇装置停用后，终端废水外排量大大减少，外排水量由140m3/h减少至45m3/h，回用水间断用于硝酸消防水补充水，多余清净废水外排进入宜阳县污水处理站，满足环保要求。

［1 ］周本省.工业水处理［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［2 ］周柏青.全膜水处理技术［M］.北京：中国电力出版社，2006.