某化工廠催化劑生產(chǎn)廢水含有大量NO3--N，單股廢水NO3--N質(zhì)量濃度達到1350mg/L，影響了全廠綜合污水處理場正常運行。車間采用厭氧流化床生物反應(yīng)器進行脫NO3--N預(yù)處理，實際運行結(jié)果表明，該工藝對高濃度NO3--N廢水具有良好的去除效果，NO3--N去除率達90%以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定，可滿足綜合污水處理場接收要求。同時，工程采用高濃度廢堿液作為碳源，含氨廢水作為氮源，節(jié)約藥劑投加成本，降低了裝置運行費用。

隨著GB31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》和GB31571—2015《石油化學工業(yè)污染物排放標準》的出臺，開始對企業(yè)排口總氮濃度提出了要求，如何處理氨氮外其他形態(tài)含氮廢水成為化工企業(yè)迫切需要解決的問題之一。

南京某化工廠催化劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含硝酸根沖洗廢水，硝態(tài)氮(NO3--N)質(zhì)量濃度可達1350mg/L，且水量波動大，對后續(xù)生化系統(tǒng)造成嚴重沖擊。

企業(yè)借鑒流化床和移動床處理含氮廢水研究與經(jīng)驗，選擇厭氧流化床生物脫氮工藝處理高濃度NO3--N廢水，通過載體提高反硝化菌濃度，并通過流化床反應(yīng)器強化傳質(zhì)和產(chǎn)物釋放，極大提高了反硝化脫氮效率，經(jīng)過中試取得較好處理效果，然后展開工程化應(yīng)用。

1、廢水水量水質(zhì)

高濃度NO3--N廢水主要來自企業(yè)的催化劑生產(chǎn)廢水，根據(jù)廢水中硝酸根含量，又選擇含有大量有機物的廢堿液補充碳源，含氨廢水作為氮營養(yǎng)源。具體水質(zhì)、水量見表1。

表1廢水水量及主要水質(zhì)參數(shù)

根據(jù)表1水量統(tǒng)計，混合后廢水總量為170m3/h，考慮間斷水量、不可預(yù)見量和設(shè)計余量等因素，確定處理裝置的建設(shè)規(guī)模為200m3/h。出水水質(zhì)根據(jù)中試情況，按下列指標進行考核，設(shè)計進出水水質(zhì)指標見表2。

表2設(shè)計進出水水質(zhì)指標

2、工藝流程

本著節(jié)省占地和投資的原則，根據(jù)廢水實際情況，企業(yè)選擇了以厭氧流化床生物脫氮反應(yīng)器為核心的處理工藝，工藝路線為廢水緩沖池→營養(yǎng)調(diào)節(jié)池→pH值調(diào)節(jié)池→厭氧流化床反應(yīng)器→出水監(jiān)控池的。其主要工藝流程見圖1。

圖1工藝流程

由于生產(chǎn)裝置排出的催化劑廢水、廢堿液、含氨廢水的為間斷進水，各股來水分別進入緩沖池進行調(diào)節(jié)和儲存，再由泵提升至營養(yǎng)調(diào)節(jié)池。營養(yǎng)調(diào)節(jié)池用來對各股來水進行均質(zhì)與調(diào)節(jié)，并對混合后的廢水碳、氮、磷質(zhì)量比進行調(diào)整。

調(diào)整碳、氮、磷質(zhì)量比的物質(zhì)主要為廢堿液、含氨廢水及磷酸二氫鈉，如果產(chǎn)生廢堿液的生產(chǎn)裝置停車，則采用在營養(yǎng)調(diào)節(jié)池中添加甲醇供給碳源。營養(yǎng)調(diào)節(jié)池出水進入中和池，中和池用來中和各股來水的pH值，并將混合后的廢水pH值控制在4左右，由于引入堿性較強的廢堿液做碳源，需要投加硫酸對廢水pH值進一步調(diào)整。

廢水經(jīng)營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)節(jié)、pH值調(diào)節(jié)后進入3套并聯(lián)的厭氧流化床生物反應(yīng)器進行高效生物反硝化反應(yīng)。反硝化出水通過頂部溢流堰自流進入出水監(jiān)控池，出水監(jiān)控池中設(shè)有NO3--N和pH值監(jiān)測儀表，監(jiān)測合格后通過提升泵送至綜合污水處理場進一步處理達標排放。

3、主要處理構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

3.1厭氧流化床生物反應(yīng)器

厭氧流化床生物反應(yīng)器利用生物反硝化反應(yīng)去除污水中的硝酸根。厭氧流化床生物反應(yīng)器包括進水分配系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、出水堰以及監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2厭氧流化床生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

廢水首先進入?yún)捬趿骰卜磻?yīng)器上部的溢流槽，與反應(yīng)器出水進行混合，再通過反應(yīng)器外循環(huán)泵回流到反應(yīng)器的底部。反應(yīng)器進水pH值控制在4.0左右，可中和反硝化產(chǎn)生的大量堿度，使反應(yīng)器內(nèi)的pH值控制在反硝化反應(yīng)的適宜范圍內(nèi)。

通過大比例出水回流保證了載體流化狀態(tài)，強化營養(yǎng)物質(zhì)的傳質(zhì)，也有利于反硝化產(chǎn)生的氮氣和堿度的釋放。同時厭氧流化床反應(yīng)器配備了進水分配系統(tǒng)，通過進水濾頭保證了反應(yīng)器內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定。

在厭氧流化床反應(yīng)器內(nèi)，污水中的硝酸根和有機物進行著高效的生物反硝化反應(yīng)，與傳統(tǒng)反硝化水池相比，厭氧流化床生物反應(yīng)器具有如下優(yōu)點：①NO3--N負荷高、啟動快、能耗低、抗沖擊負荷能力強;②可以在高水力負荷下運行;③處理槽內(nèi)污泥濃度高，容積負荷高，反應(yīng)器采用塔式結(jié)構(gòu)，節(jié)省占地。

本工程設(shè)置3套并聯(lián)的厭氧流化床生物反應(yīng)器，SS304不銹鋼塔式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器尺寸為Ф6m×25m，內(nèi)部填充了一定比例的0.3~0.5mm高密度載體。每個反應(yīng)器配有3臺外循環(huán)泵，2用1備，每臺泵流量260m3/h，揚程20m。

厭氧流化床生物反應(yīng)器操作參數(shù)：設(shè)計流量為66.7m3/h，進水pH值4.0，出水pH值7.0～8.0，反應(yīng)溫度15～37℃，NO3--N容積負荷4～5kg/(m3·d)。3.2營養(yǎng)調(diào)節(jié)池營養(yǎng)調(diào)節(jié)池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐，地上式(地下2m)，尺寸為21m×19m×6.5m，HRT為10.5h。池內(nèi)配置水下攪拌機4臺，電機功率5.5kW。

營養(yǎng)調(diào)節(jié)池操作參數(shù)如下：污水溫度15～35℃，營養(yǎng)控制ρ(C)∶ρ(N(NO3--N))為(3~4)∶1，ρ(C)∶ρ(N(NH3-N))∶ρ(P)為300∶5∶1。

3.3pH值調(diào)節(jié)池中和池1座(分2格)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐，單格尺寸為5m×5m×6.5m，HRT為45min。每格配立式攪拌機1臺，電機功率15kW。

3.4出水監(jiān)控池

出水監(jiān)控池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。尺寸為24m×8m×2m，有效容積為285m3。出水池中設(shè)置pH分析儀、NO3--N分析儀、COD分析儀以及在線溫度監(jiān)測儀，監(jiān)測出水水質(zhì)情況。

4、設(shè)計創(chuàng)新點

本工程借鑒國內(nèi)外生物流化床脫氮技術(shù)[1-3]，采用厭氧流化床生物處理技術(shù)處理高濃度NO3--N廢水，并設(shè)計成塔式生物流化床反應(yīng)器，通過大回流比，處理高濃度含NO3--N化工廢水，節(jié)省占地。與其他生物脫氮工藝相比，生物流化床反應(yīng)器具有容積負荷高、傳質(zhì)速度快、抗沖擊能力強、占地面積小、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，在流化床反應(yīng)器內(nèi)進行反硝化反應(yīng)，硝酸鹽被有效去除。

為節(jié)省反硝化所需碳源，本項目引入了廢堿液，與傳統(tǒng)工藝采用甲醇、葡萄糖等作為碳源，費用更低，安全性更好。荊建波等[4]在厭氧脫硝流體化床技術(shù)處理NO3--N廢水研究中利用高濃度RD有機廢水代替甲醇做碳源時，NO3--N去除效果基本不受影響，仍保持良好去除能力。

朱海興等[5]以某煉油廠廢堿液為碳源，采用短程硝化-反硝化法處理低碳高氨氮廢水，2h內(nèi)可將硝化階段產(chǎn)生的NO3--N基本去除，去除率達95.1%。肖思海等[6]利用剩余污泥在厭氧水解酸化階段產(chǎn)生的高濃度有機酸作為系統(tǒng)內(nèi)碳源，替代了外碳源的投加，在解決碳源不足問題的同時實現(xiàn)污泥的減量化與資源化利用。

由此可見，尋找廢堿液等物質(zhì)代替甲醇作為碳源是可行的，且可節(jié)約運行成本。本工程特意在本企業(yè)內(nèi)部篩選適合做碳源和氮源的廢水，通過現(xiàn)場試驗比選，最后選擇高濃度廢堿液作為碳源，含氨廢水作為氮源，達到了“以污治污、變廢為寶”的目的。

5運行情況

該工程從建設(shè)完工后經(jīng)調(diào)試，目前已運行近1a，廢水處理效果見表3。

表3實際進出水水質(zhì)及處理效果

由表3可以看出，廢水實際進水水質(zhì)在設(shè)計范圍內(nèi)，實際出水水質(zhì)穩(wěn)定，廢水COD，NO3--N，NH3-N去除率分別為88.1%，91.3%，80.3%，各項指標達到設(shè)計要求，廢水經(jīng)脫氮處理后的出水:ρ(NO3--N)≤100mg/L，ρ(COD)≤500mg/L，ρ(NH3-N)≤15mg/L，減輕了該公司綜合污水處理場處理負荷，保證了整個污水系統(tǒng)穩(wěn)定運行。本工程總投資為3683.4萬元，其中土建費用938.3萬元，設(shè)備費用1229.7萬元，其他費用1515.4萬元。

6結(jié)論

(1)采用厭氧流化床生物技術(shù)處理高硝態(tài)氮化工廢水，運行結(jié)果表明：出水NO3--N，COD，NO3--N質(zhì)量濃度分別低于100，500，15mg/L，滿足該公司綜合污水處理場接管要求。

(2)厭氧流化床生物反應(yīng)器中反硝化菌附著在細小的載體表面，對高NO3--N化工廢水具有良好的去除效果，NO3--N去除率達90%以上，為廢水中總氮的達標排放做出重要貢獻。

(3)本工程采用高濃度廢堿液作為碳源，含氨廢水作為氮源，節(jié)約藥劑投加成本，達到了“以污治污、變廢為寶”的目的。