工業(yè)廢水經(jīng)處理后回用已成為工業(yè)企業(yè)節(jié)水減排的主要方式。不同的回用途徑，其對水質(zhì)要求不同，處理工藝也不相同。新疆某石化公司以低濃度生產(chǎn)廢水和裝置污染區(qū)的初期雨水為回用水處理水源，經(jīng)處理后用作電廠循環(huán)冷卻水補充水，要求出水氨氮質(zhì)量濃度小于1mg/L。該污水回用處理項目的生化處理采用純氧曝氣+Linpor-N工藝。本研究針對Linpor-N池實際運行中出現(xiàn)的問題，總結了運行經(jīng)驗，對影響氨氮去除率的因素進行分析，摸索出合適的運行參數(shù)，以期指導生產(chǎn)運行。
1、廢水回用處理系統(tǒng)
該廢水回用處理系統(tǒng)主要處理煉油裝置、乙烯裝置及電廠排出的低濃度生產(chǎn)廢水和裝置污染區(qū)的初期雨水，處理規(guī)模為14400m3/d，ρ(CODCr)≤300mg/L、ρ(氨氮)≤10mg/L、ρ(鹽)≤1000mg/L、ρ(油)≤30mg/L，處理后回用作電廠循環(huán)冷卻水補充水，水質(zhì)達到企業(yè)標準QB2011—09中水回用指標，具體數(shù)值如表1所示。
1.1 回用水處理工藝流程
企業(yè)廢水排入污水處理廠，首先進行均質(zhì)調(diào)節(jié)，停留時間為12h，以充分均勻水質(zhì)，再將pH值調(diào)節(jié)至6～9，經(jīng)兩級氣浮將懸浮物和浮油分別降至30、10mg/L以下，進入純氧曝氣單元降解CODCr和氨氮，再進入Linpor-N池進一步降低氨氮，最終經(jīng)流砂過濾和活性炭過濾后達標回用，工藝流程如圖1所示。
1.2 Linpor-N工藝系統(tǒng)
Linpor-N工藝是將多孔聚氨脂海綿裝入好氧池中(海綿填料為1.5cm×1.5cm×1.2cm塊狀結構，相對密度約為1，比表面積大于1000m2/m3)，微生物在填料表面和內(nèi)部生長，以及以懸浮絮體的形式生長，池底設置微孔曝氣器，通過鼓風機提供好氧微生物所需的氧氣，好氧菌和厭氧菌在水體內(nèi)共同作用，達到去除氨氮的目的，池體配置氣動脫膜泵，人工定期開啟將填料上的老化污泥脫出，以滿足硝化細菌的新陳代謝周期要求。
Linpor-N工藝具有如下特點：
(1)氧利用率高。該工藝采用微孔曝氣的方式，將280根薄膜曝氣軟管在池底均勻分布，該薄膜曝氣軟管氧轉(zhuǎn)移率可達15g[O2]/(m3•m•h)，氧氣被剪切成微小氣泡從池底鼓入，更易于被微生物吸收，曝氣過程中能對水體起到較好的水力攪拌作用，氧利用率能達到20%~30%。
(2)脫氮效果好。Linpor-N工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法的優(yōu)點，依靠曝氣作用使填料處于流化狀態(tài)，進而形成懸浮生長的生物膜系統(tǒng)。氣-固-液三相狀態(tài)結合，增大接觸面積，強化傳遞過程，填料受到?jīng)_刷，可保持生物膜活性。由于有機物濃度較低，具有適合于硝化菌生長的良好環(huán)境條件，不存在異養(yǎng)菌與硝化菌的競爭作用，故其硝化效果好。
Linpor-N池中，微生物在填料表面和內(nèi)部吸附生長，能同時滿足好氧菌和厭氧菌的生長條件，NO2-和NO3-直接在好氧及厭氧生物界面轉(zhuǎn)移，效率得到很大提高，脫氮效果較傳統(tǒng)的A/O法、SBR法等有較大優(yōu)勢，且占地面積小。
(3)產(chǎn)泥量小。Linpor-N池設置在純氧曝氣單元后，進水CODCr、SS濃度相對較低，由于較低的有機負荷，僅約0.1kg[BOD5]/(kg[MLSS]•d)，剩余污泥產(chǎn)量很少，硝化菌大部分附著、生長于載體上，延長了污泥齡，一部分剩余污泥通過氣動脫膜泵從填料上脫落，隨出水流出Linpor-N池。
脫膜系統(tǒng)是為了防止填料上污泥老化而專門設計，系統(tǒng)采用水射器原理，利用氣流將池底密度較大、掛膜較多的填料抽提上來，經(jīng)過提升管道的變徑擠壓作用，使填料上老化的污泥脫落，而達到微生物膜新老更替的目的。
2、Linpor-N池運行控制
2.1 溶解氧
由于硝化細菌為專性好氧自養(yǎng)菌，硝化反應的直接電子受體為O2，缺氧將直接導致硝化作用的下降，從而影響氨氮的去除。該公司2017年9月3~11日的Linpor-N池運行監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。9月5~9日，Linpor-N池鼓風機出現(xiàn)故障，出口風量有所下降，由900m3/h降至300m3/h左右，導致Linpor-N池溶解氧濃度降低，不滿足有機物氧化及硝化所需氧氣量，最終導致出水氨氮超標。
針對當前水質(zhì)，為滿足有機物去除和硝化階段的需要，該Linpor-N池鼓風量應控制在900m3/h左右，確保Linpor-N池溶解氧質(zhì)量濃度控制在4.0mg/L左右。
2.2 pH值
Linpor-N池進水pH值為6.8～8.4，滿足硝酸菌的生長要求，但硝化反應會消耗一部分堿度，導致水體pH值降低，從而影響微生物生長，因此必須控制合適的pH值。2017年9~12月Linpor-N池pH值與出水氨氮平均值對比如圖2所示。
pH值的高低直接影響微生物體內(nèi)酶的活性，從而影響處理效果。從Linpor-N池的運行結果看，硝化細菌和反硝化細菌的正常生長繁殖所需的適合pH值應控制在7.5～8.0，pH值過低或過高，硝化反應將受到嚴重影響。
2.3含鹽量
2017年10月6~10日的Linpor-N池的監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3所示。
從表3數(shù)據(jù)看，Linpor-N池10月6~8日受高鹽水沖擊，導致出水氨氮超標。
水體含鹽量大幅度升高導致滲透壓劇增，微生物的活性降低，甚至會因此脫水死亡。目前，硝化細菌已適應電導率為800~1300μS/cm的低鹽水質(zhì)，并能維持較好的處理效果。
2.4 污泥齡(SRT)
硝化細菌為自養(yǎng)菌，生長速度緩慢，世代時間較長。為保持硝化菌群在微生物中的比例，必須保證SRT大于硝化細菌最短的世代時間，但也不易過長，過長易導致污泥老化，硝化系統(tǒng)失效。該公司Linpor-N池有一段時間填料脫膜泵出現(xiàn)故障，長期未執(zhí)行Linpor-N池填料脫膜，導致Linpor-N池填料污泥老化，脫氮效果嚴重下降，氨氮去除率僅為14.3%，出水平均質(zhì)量濃度為5.3mg/L，遠未達到回用標準。對填料脫膜泵的修復啟用后，控制SRT為15d，硝化細菌和反硝化細菌新生繁殖，處理效果逐漸體現(xiàn)，氨氮去除率達到90.3%，最終出水氨氮合格。自2017年以來，不同SRT條件下，Linpor-N池對氨氮去除效果監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。
Linpor-N池通過定期啟動脫膜泵，控制污泥齡在適宜的范圍內(nèi)，使新生的硝化、反硝化細菌代替老化污泥占據(jù)主導地位，脫氮處理效果較好。
2.5 進水碳氮比
該公司2017年10月20日～11月10日進水氨氮及處理效果監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。Linpor-N池正常運行時平均進水氨氮質(zhì)量濃度為6mg/L左右，10月26日Linpor-N池進水氨氮質(zhì)量濃度降為2mg/L，10月27日~11月5日期間，進水氨氮平均質(zhì)量濃度為3.31mg/L。進水氨氮濃度突然降低后，出水氨氮濃度升高，甚至出現(xiàn)出水氨氮高于進水氨氮的現(xiàn)象。
Linpor-N池進水m(BOD5)/m(TKN)是影響硝化效果的一個重要因素。m(BOD5)/m(TKN)與硝化菌所占比例關系如表4所示。m(BOD5)/m(TKN)越大，活性污泥中硝化細菌所占的比例越小，硝化速率也就越低;反之，m(BOD5)/m(TKN)越小，硝化速率越高。
為恢復硝化細菌的活性，2017年11月2日在Linpor-N池進水投加60kg尿素后，情況好轉(zhuǎn)，氨氮去除率得到提高。
m(BOD5)/m(TKN)對脫氮效果影響較大，其值過高或過低均不滿足脫氮需要，過低會導致反硝化碳源不足，過高會導致硝化細菌生長受到抑制，一般將m(BOD5)/m(TKN)控制在3～5。
3、綜合利用
Linpor-N池出水經(jīng)流砂過濾、活性炭過濾等進一步去除SS和CODCr后，達到企業(yè)標準QB2011—09中水回用指標，經(jīng)殺菌消毒后作為循環(huán)冷卻水補充水，實現(xiàn)了工業(yè)廢水的循環(huán)利用，有很大的經(jīng)濟、環(huán)境價值。
4、結論
Linpor-N池對氨氮的去除效果，主要受溶解氧、pH值/堿度、含鹽量、污泥齡、碳氮比等參數(shù)的直接影響。新疆某石化公司Linpor-N池運行參數(shù)宜控制為：溶解氧質(zhì)量濃度為4.0mg/L左右，pH值為7.5～8.0，維持SRT在15d，控制進水的m(BOD5)/m(TKN)=3～5。同時控制進水電導率在800~1300μS/cm。此運行條件下，處理出水的氨氮質(zhì)量濃度小于1mg/L。( >
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