李宇慶，馬楫，余杰，宋小康

廢水生物脫氮與零排放技術(shù)應(yīng)用研究

李宇慶1，2，馬楫1，2，余杰1，2，宋小康1，2

（1．江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司，江蘇蘇州215122；2．蘇州蘇凈環(huán)保工程有限公司，江蘇蘇州215122）

采用生化、反滲透（RO）和三效蒸發(fā)器組合工藝，對(duì)某企業(yè)有機(jī)廢水進(jìn)行深度處理，首先通過混凝沉淀、生化處理去除部分有機(jī)物和氨氮等污染物，然后利用RO系統(tǒng)去除剩余的有機(jī)物和鹽分等，最后采用三效蒸發(fā)器對(duì)RO系統(tǒng)濃水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。運(yùn)行結(jié)果表明，出水水質(zhì)可滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求，并達(dá)到零排放的目的。

有機(jī)廢水；生物脫氮；回用；零排放

化工、屠宰、食品加工等行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中有機(jī)物和氨氮含量非常高，難以生物降解，是目前國內(nèi)外廢水處理的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。長期以來，污水的處理均以去除有機(jī)物（COD）和懸浮固體（SS）為目標(biāo)，未能全面考慮對(duì)氮素等營養(yǎng)物質(zhì)的去除。2007年氮磷富營養(yǎng)化引起太湖藍(lán)藻事件后，中國環(huán)境問題的主要矛盾已經(jīng)開始由有機(jī)污染物轉(zhuǎn)向了氮素的問題。氮素污染是造成水體富營養(yǎng)化及缺氧性水質(zhì)惡化的重要因素，特別是水中氨氮對(duì)水質(zhì)的影響最為明顯。近年來，氮污染迅速加劇，氮素成為許多水體和流域的第一超標(biāo)污染物。在“十二五”階段，氨氮已繼COD、二氧化硫之后成為污染物總量減排的重要控制指標(biāo)。2008年1月1日實(shí)施的江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32 1072—2007）中表3太湖地區(qū)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值要求排污單位最后出水氨氮小于5mg/L，總氮小于15 mg/L。在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)如太湖流域地區(qū)對(duì)新建項(xiàng)目更是要求實(shí)行含氮廢水的零排放。

筆者針對(duì)普通生化法處理高氨氮有機(jī)廢水效果不理想而膜法處理又存在膜污染的技術(shù)難題，采用混凝沉淀、生化、反滲透（RO）和三效蒸發(fā)器組合工藝來處理這類廢水。采用該組合工藝不僅實(shí)現(xiàn)廢水處理達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)進(jìn)行深度處理實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用和零排放，達(dá)到節(jié)能減排的要求。

1　項(xiàng)目情況介紹

1.1水量水質(zhì)

某半導(dǎo)體企業(yè)主要產(chǎn)品為微波功率器件和開關(guān)功率器件，為無線通訊、汽車電子、工業(yè)控制、新能源等應(yīng)用領(lǐng)域提供高效的半導(dǎo)體產(chǎn)品，該企業(yè)生產(chǎn)廢水的水質(zhì)特征是含氮量高，碳氮比低，其主要水質(zhì)指標(biāo)：COD≤2 000mg/L，NH4+-N≤100mg/L，TN≤150mg/L，SS≤200mg/L，電導(dǎo)率≤4 000μS/cm，pH為6～8，設(shè)計(jì)處理水量為216 t/d。經(jīng)過處理后的水達(dá)到回用水質(zhì)要求，具體指標(biāo)：COD≤50mg/L，SS≤1 mg/L，TN≤1mg/L，電導(dǎo)率≤100μS/cm，pH為6～9。

1.2測(cè)定指標(biāo)與方法

COD采用重鉻酸鉀法；SS采用重量法；pH采用玻璃電極法；電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀法；氨氮采用納氏試劑分光光度法；總氮采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法。

1.3工藝流程

由于廢水中含氨氮和有機(jī)物濃度較高，因此考慮將該廢水收集后經(jīng)pH調(diào)整后加藥混凝沉淀，出水再次調(diào)整pH至中性，然后進(jìn)入缺氧/好氧反應(yīng)池，通過生物代謝作用去除有機(jī)物和氨氮，泥水分離后出水經(jīng)自動(dòng)砂濾器、保安過濾器和RO系統(tǒng)進(jìn)一步深度處理后RO產(chǎn)水直接回用，RO濃水經(jīng)三效蒸發(fā)后冷凝液回流到缺氧池，濃縮液結(jié)晶離心后委外處理，清液循環(huán)蒸發(fā)處理。具體工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程

1.4主要處理構(gòu)筑物和設(shè)備

（1）調(diào)節(jié)池。該池用于儲(chǔ)存生產(chǎn)廢水。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸7 000mm×4 000mm× 4 500mm，有效容積V=112m3，水力停留時(shí)間（HRT）為12.4 h。設(shè)液位控制器3套，設(shè)提升泵2臺(tái)，1用1備，通過液位控制器控制提升泵，高位啟動(dòng)，低位停止，超低位報(bào)警。設(shè)水力攪拌系統(tǒng)1套，進(jìn)行廢水的均質(zhì)均量。

（2）pH調(diào)整池1。在該池向廢水中加入堿調(diào)節(jié)pH到適宜的范圍，設(shè)藥劑投加裝置1套，設(shè)pH控制器1套，用于自動(dòng)控制定量加藥；另設(shè)1套機(jī)械攪拌設(shè)施，使加入的堿與廢水快速混合。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸1 500mm×1 500mm× 2 500mm，有效容積V=4.5m3，HRT為0.5 h。

（3）混合池。在該池向廢水中投加混凝劑，并機(jī)械攪拌，使得廢水中的污染物以混凝劑為凝聚核心，通過混凝劑的水解、吸附、架橋等電化學(xué)反應(yīng)作用，懸浮物凝結(jié)為大的顆粒物。該池設(shè)攪拌機(jī)設(shè)施1套，藥劑投加裝置1套。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸1 500mm×1 500mm×2 500mm，有效容積V=4.5m3，HRT為0.5 h。需要特別說明的是，碳氮比影響生物脫氮效率，當(dāng)生產(chǎn)廢水氨氮超過100mg/L，可以在混合池投加次氯酸鈉將廢水中的氨氮氧化成氮?dú)狻?-2〕。

（4）絮凝池。在該池向廢水中投加絮凝劑，并機(jī)械攪拌，通過改善絮凝顆粒間的靜電斥力及其強(qiáng)大的橋聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)絮凝作用，使混合池形成的混凝顆粒物增大，凝聚到一起，從而使廢水中的懸浮顆粒得以分離。該池設(shè)攪拌機(jī)設(shè)施1套，藥劑投加裝置1套。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸1 500mm× 1500mm×2500mm，有效容積V=4.5m3，HRT為0.5h。

（5）沉淀池1。該池采用豎流沉淀池，該池處理能力大，處理效率高，停留時(shí)間短，占地面積小。經(jīng)過混合絮凝反應(yīng)的廢水進(jìn)入該池，在重力作用下，進(jìn)行固液分離，重金屬氫氧化物沉淀下來，上清液進(jìn)入下一處理工序，沉淀的泥渣排入污泥池做進(jìn)一步處理。該池采用鋼結(jié)構(gòu)。工藝尺寸3 500mm×3 500mm× 5 000mm。該池表面負(fù)荷為0.73m3/（m2·h），有效容積V=44.1m3，HRT為4.9 h。

（6）pH調(diào)整池2。在該池向廢水中加入酸調(diào)節(jié)pH到適宜的范圍，設(shè)藥劑投加裝置1套，設(shè)pH控制器1套，用于自動(dòng)控制定量加藥；另設(shè)1套機(jī)械攪拌設(shè)施，使加入的酸與廢水快速混合。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯FRP，工藝尺寸1500mm×1500mm×2 500mm，有效容積V=4.5m3，HRT為0.5 h。

2.在客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中，物質(zhì)維度對(duì)于民營企業(yè)社會(huì)責(zé)任滿意度的評(píng)價(jià)影響是比較大的，僅次于環(huán)境維度，高于心理維度。具體說來，民營企業(yè)社會(huì)責(zé)任的物質(zhì)維度包括三方面評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)權(quán)重的計(jì)算，薪酬制度最為重要，其次為薪酬激勵(lì)方式，最后為社會(huì)保障體系。

（7）缺氧池。在缺氧條件下，廢水中的大分子有機(jī)物在微生物水解酶的作用下，降解為小分子物質(zhì)，增強(qiáng)其可生化性，同時(shí)反硝化細(xì)菌在缺氧條件下生存和增殖，達(dá)到脫氮的效果。池內(nèi)設(shè)高效生物脫氮填料，使反硝化微生物附著于填料表面。池內(nèi)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，令污泥與廢水有效接觸。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸3 000mm×5 000mm×4 500mm，有效容積V=60m3，HRT為6.7 h。

（8）好氧池。經(jīng)過缺氧處理后的廢水進(jìn)入好氧池，然后對(duì)廢水進(jìn)行充氧曝氣，此時(shí)水中好氧菌落占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并具有較好的活性，各種微生物在好氧條件下，充分利用廢水中有機(jī)物質(zhì)，在溶解氧為2～4 mg/L條件下，進(jìn)行好氧生化反應(yīng)（自身的新陳代謝作用），將污水中大量有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、N2和H2O以達(dá)到降低BOD5和COD的目的。好氧池活性污泥維持在2 500～4 000mg/L。設(shè)混合液回流泵2臺(tái)，1用1備，混合液回流比控制在100%～200%。該池為鋼砼結(jié)構(gòu)，工藝尺寸5 000 mm×9 000 mm× 4 500mm，有效容積V=180m3，HRT為20 h。

（9）沉淀池2。該池采用豎流沉淀池，該池處理能力大，處理效率高，停留時(shí)間短，占地面積小。經(jīng)過混合絮凝反應(yīng)的廢水進(jìn)入該池，在重力作用下，進(jìn)行固液分離，重金屬氫氧化物沉淀下來，上清液進(jìn)入下一處理工序，沉淀的泥渣排入污泥池做進(jìn)一步處理。該池采用鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)污泥回流泵2臺(tái)，1用1備，污泥回流比控制在50%～100%。工藝尺寸3 500mm× 3500mm×5000mm，該池表面負(fù)荷為0.73m3/（m2·h），有效容積V=44.1m3，HRT為4.9 h。

（10）中間水池。經(jīng)過前道處理后的廢水排放到中間水池儲(chǔ)存，中間水池設(shè)有1個(gè)10m3PE水箱，設(shè)提升泵2臺(tái)，1用1備，HRT為1.1 h。

（11）自動(dòng)砂濾器。廢水在砂濾器內(nèi)經(jīng)過過濾，直徑較小的顆粒物等在這里得到去除，以此保證后續(xù)處理工藝的正常運(yùn)行。由于過濾器的濾料經(jīng)過一段時(shí)間工作后，會(huì)產(chǎn)生污染物的積聚等情況，需要定期對(duì)濾料進(jìn)行反沖洗，保證其工作質(zhì)量。而反沖洗水將回到一級(jí)沉淀池進(jìn)行重新處理。砂濾器自動(dòng)反沖洗，每套設(shè)氣動(dòng)閥6個(gè)。砂濾器凈空尺寸D 1 200mm× 1 500mm，過濾速度8m/h，反沖洗頻率1天1次，反沖洗歷時(shí)8min，濾層高度1.2m，投放濾料為2mm（10目）～4.75mm（4目）和0.212mm（70目）～0.425mm（40目）精制石英砂。

（12）保安過濾器。保安過濾器以去除濁度1度以上的細(xì)小微粒，來滿足后續(xù)工序?qū)M(jìn)水的要求；筆者方案中設(shè)有5μm過濾器截留上述過濾器的穿透物，保護(hù)RO膜。

（13）RO系統(tǒng)。主要由RO膜元件（型號(hào)BW 30-400-FR，10支）、高壓泵、加藥系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和PLC自控系統(tǒng)等組成。RO膜元件為聚酰胺抗污染反滲透膜。設(shè)計(jì)處理規(guī)模9.0m3/h，24 h連續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)水率為60%。

2　工程應(yīng)用情況

該廢水處理及回用設(shè)備自2014年2月正式投入實(shí)際應(yīng)用以來，各處理工藝段運(yùn)行情況如表1所示。

表1　各處理工藝段水質(zhì)情況

RO系統(tǒng)出水水質(zhì)完全可以達(dá)到生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求，RO系統(tǒng)產(chǎn)水率穩(wěn)定在60%～70%，剩余30%～40%的RO濃水經(jīng)三效蒸發(fā)器處理后濃縮液委外處理，冷凝液收集后返回到缺氧池，達(dá)到了含氮廢水零排放的目的。

3　處理成本分析

該工程實(shí)際運(yùn)行一年多來，處理水量為216 t/d，處理成本主要包括：電費(fèi)1.51元/t，藥劑費(fèi)用0.64元/t，燃?xì)忮仩t天然氣費(fèi)用126.2元/t，人工費(fèi)1.15元/t。以上合計(jì)噸水處理成本為129.50元/t。以處理水量為216 t/d為例，筆者工藝與常規(guī)達(dá)標(biāo)排放工藝（混凝沉淀-AO工藝）相比，一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用都很高，如表2所示。

表2　不同工藝對(duì)比

4　結(jié)論

（1）采用混凝沉淀+生化+石英砂過濾+RO組合工藝進(jìn)行高氨氮有機(jī)廢水深度處理及回用，RO系統(tǒng)出水水質(zhì)可以達(dá)到生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求，RO濃水經(jīng)三效蒸發(fā)后冷凝液回流到缺氧池，濃縮液結(jié)晶離心后委外處理，并達(dá)到零排放的目的。

（2）組合工藝系統(tǒng)對(duì)廢水中的污染物具有很高的去除效率，產(chǎn)水率為60%～70%，當(dāng)進(jìn)水COD為1 431～1 852mg/L時(shí)，RO產(chǎn)水COD為6～8mg/L，對(duì)有機(jī)物的去除率達(dá)到99.4%～99.7%，進(jìn)水電導(dǎo)率在3 329～3 786μS/cm時(shí)，出水電導(dǎo)率為35～49μS/cm，脫鹽率為98.5%～99.8%。

（3）在缺氧池設(shè)置高效脫氮填料可以強(qiáng)化脫氮效果，AO生化系統(tǒng)對(duì)氨氮和總氮具有較高的去除效率，AO工藝進(jìn)水TN為112～134mg/L，出水TN為9～15mg/L，脫氮效率為86.6%～93.2%。

（4）該工程處理廢水量為216m3/d，工程總投資為336萬元，一次性投資較高。在未考慮設(shè)施大修費(fèi)和設(shè)備折舊的情況下，日常運(yùn)行成本為129.50元/t。

［1］何巖，趙由才，周恭明.高濃度氨氮廢水脫氮技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工業(yè)水處理，2008，28（1）：1-4.

［2］鄧瑋瑋，王曉昌.低碳氮比廢水脫氮研究進(jìn)展［J］.工業(yè)水處理，2015，35（2）：15-19.

Research on the engineering app lication ofbiologicaldenitrification and zero discharge technologies forwastewater

LiYuqing1，2，Ma Ji1，2，Yu Jie1，2，Song Xiaokang1，2
（1.Jiangsu SujingGroup Co.，Ltd.，Suzhou 215122，China；2.Suzhou Sujing Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Suzhou 215122，China）

The engineering application of the combined process，biological chemistry-RO（reverse osmosis）-tripleeffect evaporator to the advanced treatment of the organic wastewater in an enterprise is introduced.Firstly，part of pollutants，such asorganisms，ammonia nitrogen，etc.can be removed by coagulating sedimentation and biochemical treatment.Then，the residualorganismsand saltcan be removed by RO system.At the end，the triple-effectevaporator can be used for the evaporation and concentration of RO system concentrated water.The operation results show that the effluentwater quality canmeet the requirements forwater to be used in production in enterprises，and reach thegoalof zero discharge.

organicwastewater；biological removalofnitrogen；reuse；zero discharge

X703.1

A

1005-829X（2016）09-0095-04

李宇慶（1975—），博士，高級(jí)工程師。E-mail：yvqinglee@ 163.com。

2016-06-26（修改稿）

江蘇省第四期“333工程”科研資助項(xiàng)目（BRA2015101）