A2/O+MBR工藝去除PCB廢水氨氮的中試及工程應(yīng)用

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【摘要】我國(guó)自2013年1月開始執(zhí)行《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》。環(huán)保行業(yè)面臨著巨大的壓力。為了達(dá)到表三要求，我司通過半年多時(shí)間的中試驗(yàn)證，主動(dòng)對(duì)我司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)的工程進(jìn)行提標(biāo)改造。改造后經(jīng)3個(gè)月的調(diào)試檢驗(yàn)，實(shí)際工程效果與中試結(jié)果相吻合。在常溫下，出水氨氮多日平均值能穩(wěn)定在1.0mg/L以下，遠(yuǎn)優(yōu)于《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》中表三要求。A2/O+MBR工藝除NH4-N效率高、耐沖擊、運(yùn)營(yíng)成本低、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠。

【關(guān)鍵字】A2/O+MBR；PCB廢水；氨氮；表三

0、前言

氨氮一直以來是PCB廢水處理中的達(dá)標(biāo)難點(diǎn)。原來業(yè)內(nèi)執(zhí)行的最高標(biāo)準(zhǔn)NH4-N<15mg/L尚難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?！峨婂兾廴疚锱欧艠?biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》表3要求總排口NH4-N<8mg/L。這使環(huán)保行業(yè)面臨著巨大的壓力。新標(biāo)準(zhǔn)迫使我們?cè)诩夹g(shù)上必須有所突破。

PCB廢水中的氨氮主要來源于PCB企業(yè)中的堿性蝕刻、OSP、中和和生活污水。目前氨氮主要去除工藝主要：空氣吹脫與水蒸氣提氣法、折點(diǎn)氧化法、生化法、化學(xué)沉淀法、電解法、離子交換法和吸附法。生化法因處理效果好、運(yùn)行成本低、穩(wěn)定可靠、不易造成二次污染，近年來得到廣泛的應(yīng)有。

氨氮生化處理經(jīng)典工藝是厭氧氨化→好氧亞硝化（亞硝化菌）→好氧硝化（硝化菌）。比較新的工藝有短程反硝化、厭氧氨氧化等。本中試及改造工程主要以硝化、亞硝化理論為基礎(chǔ)。暫不對(duì)厭氧氨氧化等新技術(shù)進(jìn)行探討。

1、工程概況

我司為了達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》中表3標(biāo)準(zhǔn)要求，特選取我司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)的某污水廠做提標(biāo)試點(diǎn)。該污水廠為PCB工業(yè)園污水處理廠，設(shè)計(jì)水量12000m3/d。。原有的生化工藝為A/O+MBR，提標(biāo)改造后改為A2/O+MBR工藝。改造方法是在原有池體內(nèi)增加隔墻和潛水?dāng)嚢铏C(jī)，在原有好氧池內(nèi)部增加缺氧段，并預(yù)留進(jìn)一步升級(jí)為A3/O+MBR的改造空間，以強(qiáng)化系統(tǒng)的脫氮除磷能力，使出水穩(wěn)定達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》中表3標(biāo)準(zhǔn)要求。為了科學(xué)合理地實(shí)施改造，我司特按目標(biāo)工藝A2/O+MBR工藝、A3/O+MBR工藝等比縮小各做1套總池容5m3的中試裝置。改造完成后，廢水站工藝流程如圖一所示：

圖一 工藝流程圖

2、試驗(yàn)方法

從生化進(jìn)水提升管上引出一根支管，用流量計(jì)控制，按210L/H的流量連續(xù)進(jìn)入中試裝置中與實(shí)際工程水源一致。通過每7-15天改變一個(gè)參數(shù)來試驗(yàn)提標(biāo)改造所用工藝的可行性。

2.1 中試/大試裝置

水解酸化池HRT=7.0h，缺氧池HRT=4.4h，好氧池HRT=6.4h，MBR池HRT=4.2h。

2.2 化驗(yàn)方法

pH——上海雷磁儀器廠pHS-3C型pH計(jì)。

CODcr——微波快速消解法。

Cu——火焰原子吸收分光光度法。

Ni——火焰原子吸收分光光度法。

NH4-N——納氏試劑分光光度法。

TN——堿性過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。

TP——過硫酸鉀氧化-氯化亞錫還原分光光度法。

2.3 生化進(jìn)水水質(zhì)

生化中試裝置進(jìn)水為物化系統(tǒng)出水，與原有在用生化系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)一致。生化進(jìn)水水質(zhì)如下：pH=7.8-9.5，CODcr≈175mg/L，NH4-N≈65mg/L，TN≈150mg/L，TP≈4mg/L。

3、影響因素驗(yàn)證

3.1水溫

水溫是一個(gè)變化不大但是影響很大的指標(biāo)。水溫低于15℃或高于38℃時(shí)，很多細(xì)菌的活性會(huì)受到明顯抑制；低于5℃時(shí)，硝化反應(yīng)幾乎停止。據(jù)中試及工程實(shí)踐檢驗(yàn)，PCB廢水進(jìn)生化系統(tǒng)的水溫通常不會(huì)高于38℃，但會(huì)受低溫的影響。工程實(shí)踐證明，當(dāng)水溫低于15℃時(shí)，硝化細(xì)菌活性會(huì)受到明顯抑制，但仍可達(dá)標(biāo)。更低的溫度需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 pH

一般認(rèn)為硝化反應(yīng)最佳pH=6.5-8.5。經(jīng)半年多中試、并用A/B兩套并聯(lián)生化系統(tǒng)中的一套進(jìn)行3個(gè)月調(diào)試驗(yàn)證并結(jié)合該廠投產(chǎn)4年多來運(yùn)行數(shù)據(jù)，好氧池pH=5.0-9.0，常溫下，生化出水NH4-N都在5.00mg/L以內(nèi)。特別是pH=6.00-8.50，生化出水NH4-N<1.0mg/L。只要把pH控制在總排口需要的pH=6-9以內(nèi)，NH4-N<3.00mg/L沒有明顯影響。只要保證缺氧池反硝化正常進(jìn)行，亞硝酸鹽及硝酸鹽積累對(duì)好氧氨氧化菌的抑制可以有效避免。從而保證NH4-N得以高效去除。

3.3 COD

在實(shí)際生產(chǎn)中，有機(jī)碳含量主要靠COD來控制，不是用BOD5或者TOC等。Fe2+、S2-等造成的干擾在好氧池中對(duì)COD的影響不大，因此筆者認(rèn)為在日常生產(chǎn)中用COD來控制水質(zhì)更及時(shí)有效。

硝化細(xì)菌為好氧自養(yǎng)菌，在有大量有機(jī)碳源存在的情況下。硝化菌不能成為優(yōu)勢(shì)菌種。NH4-N的降解效率會(huì)大幅降低，甚至完全被抑制。經(jīng)過中試和工程檢驗(yàn)，好氧池出水COD≤70mg/L，生化出水NH4-N<8.00mg/L。此時(shí)因?yàn)镸BR的截留作用出水COD<50mg/L，能滿足表三要求。當(dāng)好氧池出水COD>70mg/L時(shí)，出水NH4-N不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。當(dāng)好氧池進(jìn)出水COD均在50mg/L以下時(shí)，硝化細(xì)菌有較高的活性，生化出水NH4-N可以穩(wěn)定在8.00mg/L以下。PCB廢水是低C/N廢水，自身碳源不足以完成反硝化，需要人工補(bǔ)加甲醇、葡萄糖、蛋白胨等有機(jī)碳源。此時(shí)，必須嚴(yán)格控制投加量，以免影響NH4-N及TN、TP的處理效果。

3.4污泥濃度

MLVSS是一個(gè)反應(yīng)活性污泥濃度的指標(biāo)。中試以15天為一個(gè)周期，從MLVSS=5g/L開始逐步降低污泥濃度，系統(tǒng)穩(wěn)定后MLVSS/MLSS通常穩(wěn)定在0.5-0.8之間。由于MLSS、MLVSS檢測(cè)比較費(fèi)時(shí)，但比較穩(wěn)定，通常用SV30來控制。一般可以用好氧池SVI=50-100ml/g估算對(duì)應(yīng)的SV30以便控制泥量、判斷污泥狀況。

3.5 SVI

在傳統(tǒng)工藝中，生化系統(tǒng)末端會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)二沉池來實(shí)現(xiàn)泥水分離。SVI是一個(gè)控制污泥狀況、防止膨脹重要指標(biāo)，一般要求SVI=50-150ml/g，一般SVI>200ml/g時(shí)出現(xiàn)絲狀菌性污泥膨脹。但是在引進(jìn)MBR技術(shù)之后，污泥膨脹便不再是令人生畏的事故。PCB廢水生化系統(tǒng)很少出現(xiàn)污泥膨脹，并且缺氧段控制DO≤0.2mg/L可以有效抑制污泥膨脹。即便出現(xiàn)絲狀菌膨脹，MBR也能很好地實(shí)現(xiàn)泥水分離。SVI在本工藝中是幾乎可以忽略不計(jì)的指標(biāo)。

3.6 DO

傳統(tǒng)活性污泥法要求好氧池DO=1.00-2.00mg/L。也有觀點(diǎn)認(rèn)為好氧池控制DO=1.0-5.0mg/L。經(jīng)中試及工程驗(yàn)證，好氧池DO=0.50-7.00mg/L，NH4-N都能降到8.00mg/L以內(nèi)。但因常規(guī)溶解氧儀允許誤差是0.20mg/L，要嚴(yán)格控制DO=0.50mg/L而不缺氧很難實(shí)現(xiàn)。主流觀點(diǎn)認(rèn)為DO=0.5-1.0mg/L容易出現(xiàn)污泥膨脹，而A2/O+MBR工藝處理PCB廢水不需要擔(dān)心污泥膨脹，也不容易出現(xiàn)污泥膨脹。好氧池DO=0.7-1.0mg/L也是可選的操作范圍。DO>5.50mg/L，污泥容易自氧化。但短時(shí)間DO=5.50-7.00mg/L是不影響NH4-N達(dá)標(biāo)的。中試及我司工程均采用浸沒式MBR，用吹掃曝氣抖動(dòng)膜絲。容易造成MBR池DO偏高，類似應(yīng)用中應(yīng)注意控制曝氣量，控制DO=0.70-5.50mg/L。

3.7重金屬

線路板廢水的主要重金屬只有Cu和Ni，生化進(jìn)水Cu≤2.0mg/L，Ni≤1.0mg/L，微生物均保持足夠的活性。表三要求水質(zhì)遠(yuǎn)在試驗(yàn)范圍以內(nèi)，若依表三標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，重金屬對(duì)微生物沒有明顯抑制和毒害。

3.8 無機(jī)碳源

硝化細(xì)菌為好氧自養(yǎng)菌。合成細(xì)胞的碳源是無機(jī)碳。用純堿來調(diào)節(jié)pH同時(shí)補(bǔ)充無機(jī)碳源可以使系統(tǒng)運(yùn)行更平穩(wěn)。

3.9 泥齡

硝化細(xì)菌為好氧自養(yǎng)菌，繁殖速度慢。從NH4-N處理角度和減少排泥量考慮，泥齡越長(zhǎng)越好。

3.10 污泥負(fù)荷

Nitrosomonas自養(yǎng)型亞硝化分解速度為7mgNH4-N/（gMLVSS.h）[1]。經(jīng)中試及大試驗(yàn)證，NH4-N污泥負(fù)荷取5-6mgNH4-N/（gMLVSS.h）是穩(wěn)定可靠的。接近7mgNH4-N/（gMLVSS.h）若來水NH4-N突然升高，則MBR膜池內(nèi)NH4-N有個(gè)別數(shù)據(jù)8.00-12.8mg/L，經(jīng)MBR截留后，NH4-N<8.00mg/L。

3.11 厭氧氨化

在厭氧環(huán)境下，厭氧菌會(huì)把水中的氨基磺酸等有機(jī)氮釋放出來，使NH4-N增加。生化進(jìn)水NH4-N只有60-70mg/L，水解酸化池的NH4-N卻可以達(dá)到100-120mg/L。因此，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)以予充分的重視。設(shè)計(jì)時(shí)去除的NH4-N不應(yīng)該是進(jìn)出水的差值，而應(yīng)改用厭氧氨化后的NH4-N或者進(jìn)水NH4-N的1.5-2.0倍計(jì)算。以免造成池容不足或者曝氣不足，影響NH4-N達(dá)標(biāo)。

4、結(jié)論及展望

在不增加池容的前提下，A2/O+MBR工藝比原有的A/O+MBR工藝處理COD、NH4-N的效果好很多。在常溫下，控制好運(yùn)行參數(shù)，NH4-N可以穩(wěn)定達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008》表3標(biāo)準(zhǔn)。日?？刂频年P(guān)鍵參數(shù)為好氧池進(jìn)水COD≤70mg/L、DO=0.70-5.50mg/L，污泥濃度MLVSS≈2g/L，確保硝化菌的活性和維持較低的NH4-N負(fù)荷，出水NH4-N可以穩(wěn)定在表三要求的8.00mg/L以內(nèi)，并有比較大的參數(shù)改變空間。系統(tǒng)耐沖擊性較強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)此改造系統(tǒng)具備了A/O系統(tǒng)所不具備的同步脫氮除磷功能。生化系統(tǒng)得到了有效而經(jīng)濟(jì)的升級(jí)。

以往線路板廢水生化系統(tǒng)大多按A/O工藝設(shè)計(jì)，難以達(dá)到表三要求。本技術(shù)用于PCB廢水生化系統(tǒng)的升級(jí)改造或新工程建設(shè)中會(huì)有相當(dāng)好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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第一作者簡(jiǎn)介：

覃貴福（1982年6月-）男，廣西百色籍，工學(xué)學(xué)士，助理工程師職稱，多年從事污水處理調(diào)試、運(yùn)營(yíng)、研發(fā)方面的工作?，F(xiàn)任新大禹環(huán)境科技股份有限公司研發(fā)員。