污水处理技术工艺

大型钢铁企业综合废水深度处理与回用研究

发布日期:2019-09-15 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

针对大型钢铁企业中以生物滤池为核心的综合废水深度处理技术,结合进化生物法一次脱氮新工艺、曝气生物滤池硝化工艺和厌氧生物滤池二次脱氮工艺,设计深度反硝化处理系统改造方案,并对中试研究和实验结果进行分析,最终应用到工程实践中,无论是中试研究还是工程实践都取得了较为理想的效果。

钢铁企业是工业领域中的用水大户, 节约工业新水用量,加强回收利用,减少工业污水的排放量,是当前钢铁企业共同追求的目标。目前,我国国内重点钢铁企业的吨钢耗新水量虽然呈现逐年下降的趋势,但与发达国家相比仍然较高。如在日本、德国等发达国家,钢铁企业的吨钢耗水量基本达到2 m3 左右。而我国大部分钢铁企业的吨钢耗水量仍在3 m3 左右。由此可见,在节水、废水循环利用方面,国内钢铁企业仍蕴含巨大潜力,水资源的节约方面仍有非常大的发展空间, 同时说明国内钢铁企业在节能减排及环保方面责任重大。

目前,我国钢铁废水大多采用物理化学处理,如高密度沉淀池、V型滤池等。处理后的水可以回用于海水淡化,但海水淡化工艺采用的双膜法水质要求较高,污染物质集中在浓缩水中,不能从根本上去除。因此,有必要研究一种既能从根本上降低污染物浓度,又能保证膜的进水质量,又能达到排放标准,灵活分配水的方向,防止污染物在系统中富集的工艺。

本研究基于进化生物法脱氮,生物曝气过滤器硝化和反硝化生物滤池反硝化等新工艺,对污水综合处理厂废水深度处理进行了初步研究。根据研究结果,将实施整体改造项目的设计,建设和运营。

1 工艺设计

根据某大型污水综合处理厂的改造要求,处理后的水满足《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)和省部级标准的水质要求和回用要求。哈格标准(具体要求变更表1),采用“进化生物法”、“曝气生物滤池”和“反硝化”。将生物滤池与其它技术相结合,设计形成了一套新型的反硝化深度处理系统。通过对新系统采用的几种新技术的研究和分析,得到了实际工程应用的基本数据和设计参数。

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综合污水处理厂原有工艺和深度处理系统的翻新情况见图1。它包括综合污水处理厂的物理处理过程(第一阶段工程)、原有的深度处理系统(第二阶段工程)和最新的除氮深度处理系统(第三阶段工程)。由于国家废水排放标准的提高,特别是对氨氮和总氮排放的要求更加严格,建立尾水脱氮系统势在必行。为此,公司与国内著名大学、科研机构联合提出了氮素深度处理系统的改造方案,并对系统中使用的新技术进行了试验研究。

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2 中试研究和实验结果

研究先进脱硝系统中进化生物法的一次脱硝,曝气生物滤池的硝化和生物滤池的二次脱硝,分析废水经过理化处理后的脱硝效果..

2.1 进化生物法一级反硝化实验

采用进化生物法一级反硝化工艺,对原物化处理系统处理的尾水进行了反硝化试验研究。试验持续49天,期间进行了人工配水生物驯化、实际尾水试验、加荷(缩短停留时间)和极端条件试验。进化生物法一级反硝化系统的实验结果如图2所示。

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如图2所示,在4h(1~10天)、2h(11~24天)的负荷提升过程之后,原水中所含的平均硝酸盐为14.8毫克/升,1h(25~49天),进入初级反硝化系统进行反硝化的水的硝酸盐平均为7毫克/升,去除平均7.8毫克/升的硝酸盐。

在极限实验中,停留时间为0.5h,系统能去除4~5mg/L的硝酸盐,具有较强的脱氮能力。在试验过程中,通过配水使原水总氮平均提高到24.0mg/L,1h后总氮去除率达20.1mg/L,去除率达91%。因此,在极端或稳定运行条件下,一级反硝化对总氮的去除效果显著高于其他反硝化工艺(占城市污水总氮去除率的50-80%)。

2.2曝气生物滤池硝化实验

由于污水综合处理厂接收的原水氨氮浓度在10-30mg/L之间,而处理水要求氨氮小于5mg/L,总氮小于15mg/L,因此氨氮的硝化过程氮将成为控制生化处理好氧装置设计的主要因素。本研究建立了一种常用的曝气生物滤池,利用滤池中陶瓷填料上生长的硝化细菌去除氨氮。中试系统每小时处理含氨废水10m3。试验数据为后续工程实践提供了设计依据。2017年曝气生物滤池去除氨氮的试验结果如图3所示。

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从图3可以看出,系统内进出186天的氨氮是平均11.15毫克/升的氨氮,平均1.25毫克/升的氨氮。试验期内,依从率为182天,依从率为98天,氨氮去除率达到89倍。同时,虽然在实验开始时,原水中的氨氮浓度有很大的变化,但曝气生物滤水系统的水质性能稳定,只有几天的时间出现超过标准的现象,表明该系统对浓度变化的影响具有较好的稳定性和适应性。

2.3反硝化生物滤池的硝化实验。

总氮是氮污染的另一个重要指标。排放标准≤15mg / L,综合污水处理厂接收的总氮量通常高于30 mg / L,这给总氮标准带来了压力。因此,在该系统中建立二次反硝化过程,应用厌氧反硝化生物过滤器过程,将碳源添加到过滤罐中,并且在陶瓷填料上生长的异养细菌用于异养反硝化。 2017年厌氧反硝化生物滤池的总氮指数如图4所示。

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图4示出了系统内外212天的总氮指数。系统总氮平均23.47mg/L,进水总氮平均13.67mg/L,超标13天,达标率93.9%,去除率41.7%。

实验数据表明,厌氧反硝化生物过滤器的反硝化效率不太理想。分析的原因是:1.生物曝气过滤器在前端对氨氮进行强曝气。从曝气槽中产生高溶解氧(7~8mg/l),进而使较高溶解氧进入厌氧反硝化滤池,加入的碳源处于充足的溶解氧条件下,碳化而不是反硝化更有可能发生。根据目前加入的碳源,应去除20毫克/升的总氮,但实际上只去除约10毫克/升。添加的碳源只有50<垃圾和GT;用于反硝化。2由于入水含有大于10mg/l的硝酸盐,这部分硝酸盐和硝酸盐在曝气生物滤池的硝化过程中新产生,同时在厌氧反硝化生物滤池中去除,增加了二次反硝化的压力。为此,在前端建立了进化生物学方法的第一阶段反硝化过程,首先处理原始水中存在的硝酸盐,大大减少了随后的二次反硝化过程的负荷,从而完成了系统的总除氮目标。

3 应用效果

根据中试结果,对整个改造项目进行了设计、施工和运行。结果表明,在含硝酸盐原水水力停留时间为1h的条件下,总氮的平均去除率大于50%,采用进化生物法一级反硝化系统处理后,总氮的平均去除率大于50%。在水力停留时间为2h的条件下,曝气生物滤池的氨氮去除率和二级反硝化率分别达到80%和41.9%以上。加入一级反硝化预反硝化系统后,二级反硝化压力减轻,最终在两种反硝化系统的综合作用下,系统总氮达到标准。

4 结论

针对我国大型钢铁企业综合污水处理厂尾水深度处理系统改造项目,设计了脱氮深度处理系统改造方案,进化生物法一级反硝化,曝气生物滤池硝化。计划中包含的分析在试验中研究了氧气生物过滤器中两级反硝化的三个核心技术,并分析了研究实验的结果。最后,实际工程验证表明,含硝酸盐的原水的水力停留时间为1小时。进化生物学方法反硝化系统中总氮的平均去除率在50%以上;当水力停留时间为2 h时,曝气生物滤池的氨氮去除率大于80%;厌氧生物滤池的二次反硝化氮效率达到41.9%,达到了系统的总氮去除率。

大型钢铁企业综合废水深度处理与回用研究

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