化工廢水脫氮處理AO工藝
四川某鈦業公司以硫酸法生產鈦白粉，產生大量44~48℃的酸性廢水。該廢水經電石渣中和后采用氯氧化脫氮，出水氨氮達到15mg/L以下，總氮在35mg/L以下，運行成本較高。現出水水質要求執行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311—2016）中“工業園區集中式污水處理廠”標準，即氨氮≤3mg/L、總氮≤15mg/L，需對氨氮和總氮進一步處理?？紤]到原有氯氧化工藝的脫氮運行費用較高，且無法保證總氮達標，而較高溫度的廢水先降溫后處理會增加運行費用，同時排水的鈣離子含量高，可能導致冷卻塔結垢嚴重，影響穩定運行，因此進行生化脫氮十分必要。有報道指出，溫度是影響生物脫氮的重要因素之一，較高溫度下活性污泥仍表現出較高的生物活性?；诖?，筆者以AO活性污泥法為主體工藝處理鈦業化工廢水，逐步提高水力負荷，考察處理效果，以期為化工廢水的低成本運行提供指導和參考。
1、材料與方法
1.1 進水水質
某鈦白粉生產企業產生的酸性廢水經電石渣中和后作為試驗進水，其pH為7.54~9.84、COD為36.6~71.4mg/L、NH3-N為6.5~17.8mg/L、TN為11.1~27.8mg/L、TP約為0.2mg/L，因TP滿足DB51/2311—2016規定的排放標準要求，故試驗中未考慮TP。
1.2 試驗裝置
AO中試工藝流程如圖1所示。中試裝置主體設備尺寸為2.5m×5m×2.5m，生化有效容積約6.5m3。池體材質為不銹鋼，設計處理水量為0.4m3/h，水力停留時間約16.25h。試驗期間，進水提升至缺氧池，依次經過好氧池和沉淀池，經泥水分離后出水，污泥由沉淀池回流至缺氧池前端。
1.3 運行條件
試驗進水溫度在18~49℃，DO控制在3.5~4.5mg/L，混合液回流和污泥回流總比例控制在150%~200%，穩定運行期間嚴格控制在150%，其中污泥回流比為60%，混合液為90%。接種污泥為新樂市某污水處理廠好氧池污泥，由于進水碳源較低，運行期間污泥質量濃度約2000mg/L。試驗期間各階段進水流量如表1所示。
2、結果與討論
試驗于2020年3月27日開始，6月4日結束。試驗期間測定進、出水的COD、NH3-N、TN，每天上、下午測定進、出水及A池系統的溫度。
2.1 試驗期間溫度變化情況
試驗期間溫度變化情況如圖2所示。圖中均為白天（上午溫度較低時段和下午溫度較高時段）的測定值。
由圖2可見，試驗期間系統溫度總體呈上升趨勢，進水溫度變化較大主要是環境溫差造成的，系統溫度、出水溫度與進水溫度呈相同變化趨勢。進水溫度最高可達49℃，系統溫度最高達40.8℃，出水溫度最高達37.4℃。
2.2 COD去除效果
試驗期間對進出水的COD進行測定，結果見圖3。
由圖3可以看出，污泥馴化培養初期進水流量為0.2m3/h，第5天提升進水流量至0.3m3/h，出水水質急劇下降，主要是因為污泥未完全適應環境。將進水流量調低至0.2m3/h進行適應培養，調整3d后出水指標降低。為保證調試循序漸進，降低進水負荷增加梯度，增加了0.25m3/h的過渡期，后將進水流量調至0.3、0.4、0.5m3/h，此時出水COD在25~35mg/L，均能滿足出水要求。試驗進行到約50d時，進水溫度維持在40℃以上，溫度較高，但出水COD也能達到排放要求。原因在于活性污泥在17~40℃之間均能保持較高的生物活性，具有較好的去除效果。此外，從進水流量為0.5m3/h的運行效果來看，即使系統受到沖擊，出水COD在25~35mg/L，可滿足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311—2016）中的“工業園區集中式污水處理廠”標準要求（COD≤40mg/L）。
2.3 氨氮去除效果
系統對氨氮的去除效果如圖4所示。
由圖4可知，污泥馴化培養初期接種活性污泥未能很好地適應環境，出水氨氮不達標。第5天提升進水流量至0.3m3/h后，出水氨氮急劇升高，主要原因是進水負荷提升，水力停留時間縮短，污染物未來得及降解即隨出水排出。將進水流量調回至0.2m3/h進行適應培養后，出水氨氮達標。此后逐步提升進水流量至0.5m3/h，系統對氨氮仍有較好的去除效果，出水氨氮基本維持在0.2~1.5mg/L，滿足排放標準要求（≤3mg/L），說明水量沖擊對系統無明顯影響。進水溫度持續維持在45℃左右，出水氨氮由0.1~0.2mg/L升至0.8~1.0mg/L，說明高溫對氨氮的去除有一定影響。
2.4 總氮去除效果
工程經驗表明，反硝化1kg硝態氮需要至少5kgCOD。試驗進水的碳氮比平均為2.7，且進水中有部分COD為難降解有機物，因此實際可利用的碳源量更低。在缺氧池中投加工業級乙酸鈉，考察不同質量濃度的乙酸鈉對總氮去除效果的影響，結果見圖5。
從圖5可以看出，在污泥馴化初期投加52mg/L乙酸鈉，出水無法滿足排放標準要求；增加乙酸鈉質量濃度至100mg/L，污泥適應幾天后出水可達到排放標準。增大碳氮比可提供更多電子供體進行反硝化，增強脫氮效果。其中e階段出水總氮可穩定在5mg/L左右，為降低成本，逐步降低乙酸鈉質量濃度至55mg/L，出水總氮在8~10mg/L，可滿足排放標準要求（≤15mg/L）。
3、運行費用及成本分析
運行成本主要包括電費、藥劑費、污泥處置費、人工費、設備折舊費等，由于是中試試驗，僅對生化部分藥劑費和電費進行核算。
藥劑費主要為工業乙酸鈉（碳源）的費用。工業乙酸鈉價格為3000元/t，按中試最低碳源投加量55mg/L計算，則碳源費用為0.365元/t。電費：中試用電設備主要包括：進水泵（0.37kW）、2臺潛水攪拌泵（0.01kW×2）、鼓風機（0.75kW）、污泥回流及混合液回流泵（0.05kW×2），處理水量0.4m3/h，工業電費按0.6元/kW·h計，則電費成本為0.263元/t。綜上，中試的運行成本為0.628元/t。
4、結論和建議
（1）AO工藝對某鈦業生產企業排放化工廢水中的COD、氨氮和總氮有較好的處理效果，出水COD為25~35mg/L，氨氮在1mg/L以下，總氮為6~9mg/L，可滿足DB51/2311—2016《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》“工業園區集中式污水處理廠”的排放標準要求。
（2）在進水溫度達49℃、系統溫度達40.8℃的條件下，接種活性污泥經馴化后，硝化、反硝化作用穩定，能夠達到脫氮要求。
（3）進水總氮較高時，投加55mg/L碳源，出水總氮在8~10mg/L，能夠穩定達標。運行成本
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