末端污水处理方案

末端污水生化处理方案

“源头治理”是收益所在，应是治污重头戏；而“末端处理”作为全厂治污的把关设施，也应给予重视，两者相辅相成，缺一不可，实现源头、末端治污联动处理。

末端处理选何工艺，对投资和运行费用及应用效果关系重大，必须慎重选择。为便于企业领导了解并利于决策，特将污水处理有关知识及化肥污水特征作一简介及分析。

3.1含氨污水常规处理方法简介

目前氨氮废水的处理方法有物理法、化学法和生物法等。物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换法、空气吹脱、化学沉淀法、折点氯化法、电渗析、电化学处理、催化裂解；生物方法有多种形式。生物处理法有厌氧生物处理和好氧生物处理，主要工艺有：A/O法、氧化沟法、SBR法、接触氧化法、曝气生物滤池等。3.1.1物理化学法

（1）空气吹脱法

空气吹脱法是使水作为不连续相与空气接触，利用水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异,使氨氮转移至气相而去除。废水中的氨氮通常以铵离子（NH4+）和游离氨（NH3）的状态保持平衡而存在（NH4+＋OH-→NH3+H2O）。将废水PH值调节至碱性时，离子态铵转化为分子态氨，然后通入空气将氨吹脱出。

该法适合于高氨氮废水的预处理，脱氮率高、操作灵活、占地小，

但NH3仅从溶解状态转化为气态，并没有彻底除去。当温度降低时，脱氮率急剧下降，因此不适合在寒冷的冬季使用；同时容易受吹脱装置大小及长径比例、气液接触效率的影响；装置及管道时间长久易产生CaCO3沉淀。该法需不断鼓气、加碱，出水需再加酸调低PH。因此，投资和处理费用比较高，对周围环境有一定的污染，目前该方法在实际应用（尤其在较大处理水量的工程上）很少。

（2）折点加氯法

折点加氯法是将氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量较低，而氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多，因此，该点称为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气，其反应方程式为：NH4+＋1.5HClO→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-。N2逸入大气，使反应源源不断向右进行。加氯比例：Cl2与NH3-N质量之比为8:1-10:1。当氨氮浓度小于20mg/L时，脱氮率大于90%，pH影响较大，pH高时产生NO3-，低时产生NCl3，将消耗氯，通常控制pH在6-8。

此法用于废水的深度处理，脱氮率高、设备投资少、反应迅速完全，并有消毒作用。但液氯安全使用和贮存要求高，对pH要求也很高，产生的水需加碱中和，因此处理成本高。另外副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。

（3）化学沉淀法

化学沉淀法是通过向废水中投加某种化学药剂，使之与废水中的某些溶解性污染物质发生反应，形成难溶盐沉淀下来，从而降低水中

溶解性污染物浓度的方法。整个反应PH值的适宜范围为9-11。此法可去除氨氮、重金属及某些大分子有机物，常与其它处理技术组合，既适用于反渗透、活性炭吸附等深度处理的预处理，也可用于生化处理的须处理或深度处理。絮凝剂常用FeCl3、Al2(SO4)3和阴阳非离子型聚合物。

此法对氨氮的去除率很高，可达90%以上，但费用比吹脱法高，产生的污泥对环境造成二次污染，但当其用于脱氮预处理时，也可采用PO43-类物质，污泥可作肥料使用，故有很大的灵活性，但药剂费用比较贵。已用该法处理垃圾渗滤液（NH4+-N浓度为1500mg/L），去除率为96%。

（4）离子交换法

离子交换是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程。离子交换法采用无机离子交换剂沸石作为交换树脂，沸石具有对非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用，它是一类硅质的阳离子交换剂，成本低，对NH4+有很强的选择性。PH=4-8是沸石离子交换的最佳范围。当PH＜4时，H+与NH4+发生竞争；PH＞8时，NH4+变为NH3而失去离子交换性能。

离子交换法具有投资省、工艺简单、占地小、操作较为方便、温度和毒物对脱氮率影响小等优点，适用于中低浓度的氨氮废水（500mg/L），对于高浓度的氨氮废水，会因树脂再生频繁而造成操作困难。离子交换法去除率高，但再生液为高浓度氨氮废水，仍需进一步处理。常用的离子交换系统有三种类型：固定床、混合床、移动床。

（5）液膜法

液膜法去除氨氮的机理是：氨态氮（NH3-N）易溶于膜相（油相），它从膜相外高浓度的外侧，通过膜相的扩散迁移，到达膜相内侧与内相界面，与膜内相中的酸发生解脱反应如下: NH3＋H+→NH4+。

（6）电渗析除氨氮

电渗析是一种膜法分离技术，它利用施加在阴阳膜对之间的电压去除水溶液中溶解的固体。在电渗析室的阴阳渗透膜之间施加直流电压，当进水通过多对阴阳离子渗透膜时，含氨离子及其它离子在施加电压的影响下，通过膜而进入另一侧的浓水中去，并在浓水中集聚，因而从进水中分离出来。

（7）催化湿式氧化法

催化湿式氧化法是在一定温度、压力下，在催化剂作用下，经空气氧化，使污水中的有机物和氨分别氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质，达到净化的目的。具有净化效率高（废水经过净化后可达到饮用水标准）、流程简单、占地面积少等特点。

（8）土壤灌溉法

土壤灌溉是把低浓度的氨氮废水（＜50mg/L 作为农作物的肥料来使用，既为污灌区农业提供了稳定的水源，又避免了水体富营养化，提高了水资源利率。但用于土壤灌溉的废水必须经过预处理,去除病菌、重金属、酚类、氰化物、油类等有害物质,防止对地面、地下水的污染及病菌的传播。

（9）循环冷却水系统脱氨

循环冷却水系统由冷却塔、循环泵和换热设备组成，它是一个特殊的生态环境，具有合适的水温、长的停留时间、巨大的填料表面积、充足的空气等优良条件，可促使氨氮的转化。氨氮主要是在冷却塔内得以脱除，其中80%为硝化作用，10%为解吸作用，10%为微生物同化作用，三种作用综合影响，但以硝化作用为主。本法适宜处理低浓度氨氮废水。循环冷却水系统兼用脱氨不需增加费用就可使废水处理达标，具有双重效益。然而在实际运用中,必须要考虑系统内生物膜的形成对热交换效率、水质稳定等造成的影响。

3.1.2生物法

生物法生物脱氮法可去除多种含氮化合物，总氮去除率可达70%-95%，二次污染小且比较经济，因此在国内外运用最多。以下介绍主要的几种生物脱氮机理和方法。

（1）传统硝化反硝化

传统硝化反硝化工艺脱氮处理过程包括硝化和反硝化两个阶段。在将有机氮转化为氨氮的基础上，硝化阶段是将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的过程；反硝化阶段是将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气的过程。只有当废水中的氮以亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的形态存在时，仅需反硝化一个阶段。A/O法、SBR法、氧化沟等工艺就属于传统脱氮工艺，都可实现生物硝化和反硝化。

（2）短程硝化反硝化

短程硝化反硝化又称亚硝化反硝化，把硝化反应过程控制在氨氧化产生NO2-的阶段，阻止NO2-进一步氧化，直接以NO2-作为菌体呼吸

链氢受体进行反硝化。此过程减少了亚硝酸盐氧化成硝酸盐，然后硝酸盐再还原成亚硝酸盐两个反应的发生，降低了需氧量、反硝化过程中有机碳的投入量，降低了能耗和运行费用。短程硝化反硝化与传统的生物脱氮相比具有以下优点：①对于活性污泥法，可以节省25%的供氧量，降低能耗；②节省反硝化所需碳源40%，在C/N一定的情况下可提高总氮（TN）的去除率；③减少污泥量可达50%；④减少碱耗；⑤提高反应速率，缩短反应时间，减少反应器容积。实现短程硝化与反硝化的关键是抑制硝化菌的活性而使NO2-得到累积。影响硝化菌活性及NO2-累积的因素有自由氨、PH、DO、温度等。

短程硝化反硝化工艺我所已经攻克，正推广中。此工艺省投资，省处理费，节能效果好，是一种最适合处理NH4-N污水的好工艺。

（3）厌氧氨氧化

厌氧氨氧化（Anaerobic ammonia oxidation，简称ANAMMOX）是指在厌氧条件下，以Planctomycetalessp为代表的微生物直接以NH4+为电子供体，以NO2-或NO3-为电子受体，将NH4+、NO2-或NO3-转变成N2的生物氧化过程。该过程利用独特的生物机体以硝酸盐作为电子供体把氨氮转化为N2，最大限度的实现了N的循环厌氧硝化，这种耦合的过程对于从厌氧硝化的废水中脱氮具有很好的前景，对于高氨氮低COD的污水由于硝酸盐的部分氧化，大大节省了能源。目前推测厌氧氨氧化有多种途径。其中一种是羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应，而N2O可以进一步转化为氮气，氨被氧化为羟氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成氮气并生成4个还原性[H]，还原性[H]

被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是：一方面亚硝酸被还原为NO，NO被还原为N2O，N2O再被还原成N2；另一方面，NH4+被氧化为NH2OH，NH2OH经N2H4，N2H2被转化为N2。厌氧氨氧化工艺的优点：可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗；免去反硝化反应的外源电子供体；可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中和试剂；产生的污泥量极少。厌氧氨氧化的不足之处是：到目前为止，厌氧氨氧化的反应机理、参与菌种和各项操作参数不明确，仅停在试验室阶段。

（4）曝气生物滤池(Gaia-BAF)生物处理工艺

该工艺是固定化微生物与曝气生物滤池结合发展而成的一种新型污水处理工艺。在Gaia-BAF反应器中投加占曝气池有效容积的从10％-60%的微生物载体，微生物大量的附着并固定于其上，通过附着的微生物来降解污水中的污染物。各级Gaia-BAF反应器中，通过培养不同的特效菌种，来达到降解污染物的目的；载体材料表面所生长的生物量通常为18-25g/L。Gaia-BAF的曝气器位于反应器下部，系统在曝气运行过程中，进入载体内部的氧气逐渐减少直至氧气消耗完毕，这样使每一个载体内部生成良好的缺氧区、兼氧区和好氧区，使得载体的内部形成无数个微型的硝化和反硝化反应器，因而可在同一个反应器中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用（可能存在短程硝化/反硝化和厌氧氨氧化，详尽的机理目前有关科研单位正在研究中），从而达到对氨氮去除目的。该工艺有关科研单位进行过研究，由于产生污泥冲洗困难，此工艺一般适合处理污染浓度低的水或作二级处理工艺用。

综上所述，氨氮去除方法有多种，不同方法有各自的优势与不足

之处，有时需要采取多种技术的联合处理，才能取长补短达到较好的处理效果。而且由于不同废水性质上的差异，我们必须针对不同工业废水的性质，以及它所含的成分进行深入系统的研究，选择和确定处理技术及其工艺。与此同时，我们还要尽可能的选择高效、经济、稳定的方法处理氨氮废水，避免二次污染。本方案选用我所新研发成功的新工艺——短程硝化A/SBR组合新工艺。

3.2化肥污水特性及处理难点

虽经源头治理，外排污水量、水质大为减少，但还是有少量污染物超标外排，化肥污水经治理后外排水中超标物一般为COD、NH3-N、氰化物、硫化物、SS。其中SS、氰化物、硫化物经加药处理沉淀，大多可除去，余少量进入生化池也易除去，不会成为问题。而COD含量一般不大，同NH3-N比值1~2：1为多，除NH3-N反应后步为反硝化处理，需NH3-N含量的4~6倍COD来满足反硝化的反应，而进水COD 仅是1~2倍，光满足反硝化也不够，所以化肥厂除COD不是关键，化肥污水中COD不是多了，而是少了，还需另外再补充，一般补甲醇或其残液来满足反硝化之需。

综上可见，化肥污水主要污染源是NH4-N。

含氨污水一直是污水处理中一种极难处理的污水，也是处理成本很大的污水，这是因为：

化肥污水中COD较易处理，COD/BOD比值＞0.35，且处理成本低，反应快，好氧异养菌即可完成。

而NH3-N则不然，以生化反应式表示

NH4+——NO2－——NO3－——NO2－——N2

在好氧条件下，好氧型亚硝酸菌和NH4+作用，生成NO2－，再与好氧型硝化菌反应生成NO3－，同时补加碱度，完成硝化除NH4反应。再由缺氧型异养菌和NO3－作用，发生反硝化反应，生成无害的N2，最终完成除氨反应。

除氨反应步骤多，参加菌种多，反应条件又分好氧条件和缺氧条件；而亚硝酸、硝酸菌生长周期又长，且占总菌群数量又少（5%），这更是雪上加霜。

硝化反应耗氧量是COD 4.54倍，还会消耗大量碱度（1mgNH4+耗碱度7.14mg/L），反硝化时又要补充有机碳（污水中缺），更增加处理成本。由于反应速度慢，生长周期长，条件要求苛刻，更加大成本，这就形成了化肥污水的处理难点。投资大，处理费高，技术要求更高，这就是化肥企业排水中NH4-N极少有企业能处理达标的原因。（虽有少量企业可以达标，不是大量掺水，就是花费较高处理费用换来的。）3.3末端污水处理站设计——短程硝化A/SBR新工艺

3.3.1工艺的确定

通过对化肥厂外排污水特征分析及论证了技术难点，并介绍了污水处理几种方法，不难得出如下看法：一是活性污泥法技术成熟、可靠，优于生物膜法。比固化菌法投资少，处理费低，应是治污首选工艺。二是活性污泥法中的新工艺——短程硝化技术，比常规除氨工艺省O225%，省有机碳40%，少产污泥50%，节碱20%，因此少投资

20~30%，处理费用也会下降1/3！无疑也是应优先采用的。此技术我所已率先全面突破，经二年努力全线打通了流程，掌握了核心技术，已在大型企业处理含氨废水工程中应用。一套出力15000m3/d的污水设施采用A/O污泥法除氨工艺计算，投资3000余万元，采用我所短程硝化的A/SBR新工艺，投资不足2000万元，节省1000余万元。不但省投资1/3，处理费用还会下降30%。

这是得益于本工程不但采用了“短程硝化技术”，还采用了“清污分流分治技术”及短程硝化配套的A/SBR新工艺。

本工程建议贵方采取这一最新污水工艺，即短程硝化的A/SBR新工艺。

3.3.2设计进水量、水质及外排量或回用水质的确定

（1）设计水量确定

经过源头治理，末端排污已降至33m3/h。考虑到事故情况及下雨情况等，最终设计确定终端生化装置处理1000m3/d（40m3/h）。

（2）设计进水水质确定

经加权平均和厂方要求，进水水质按下设计：

COD＜600mg/L NH3-N＜1200mg/L PH：7~9

SS＜200mg/L CN－＜15mg/L 硫化物＜30mg/L

石油类＜10mg/L 酚＜1mg/L

经源头治理后各工段外排进入终端生化装置水质如下：

①造气污水

SS：100mg/L PH：9 S2－：0.06mg/L 氨氮：200mg/L

含油量：213mg/L CN－：30mg/L

②变换、脱硫排污水

PH：6~9 氨氮：70mg/L COD：200mg/L

③联碱洗塔水

PH：6~9 Cl－：8000mg/L Ca2+：20mg/L Mg2+：96mg/L

氨氮：5000mg/L（以NH4+为主）COD：1804mg/L

④炼油COD出水

SS：253mg/L PH：8.5 S2－：0.06mg/L Cl－：177mg/L

Ca2+：24mg/L Mg2+：64mg/L 氨氮：70mg/L 含油：7000mg/L COD：181mg/L

⑤其它污水

氨氮：100mg/L COD：300mg/L

（3）设计外排水质

按GB13458-2001标准的一级排水设计及当地环保标准

COD SS＜150mg/L 石油类＜5 mg/L NH4-N≤30 mg/L

挥发酚：0.1mg/L SS＜100mg/L CN：1.0mg/L

硫化物＜0.5 mg/L PH：6~9

（4）回用水质

化肥行业无回用水标准，依据循环水水质实际应用情况，可视用途自定。回用用于一般循环水水质要求高些，回用于造气可差些。要求标准太高，必然会增大投资及处理费用，能满足要求即可。还是一句老话“有所治，有所不治”。如对COD、NH3-N、CN等环保标准，污

水经生化处理，不但可以满足外排要求，也能满足回用要求，回用水不需再除COD 、NH 4-N 、CN 。

如回用水质能满足循环水水质标准即可回用，参见前文《工业循环水设计规范》GB50050-95。如不能满足，应加设脱盐设施。 3.3.3末端处理工程设计

（1）设计流程

排污水——均质池——泵

预反应器——

吹脱塔池——泵

—A 池SBR 池—缓冲池

—过滤——排污口——外排

（2）新工艺特点（短程反硝化工艺见除氨工艺简介）

短程硝化先进工艺匹配新型生化组合池A/SBR 是一种强强组合工艺，具有投资省、占地小、运行费用低、出水水质好、耐负荷冲击的最佳组合工艺。优点是：

一是短程硝化效果好，成本低。优点见前介绍。

二是A/SBR 组合将A 池（反硝化）放前，利用进水中COD 进行同步反硝化反应，利用进水中COD 弥补了化肥厂污水中COD 之不足，反硝化好，省O 2还副产碱度，可将硝化除氨耗碱量下降20%，节省费用，节省后置反硝化时间。

三是SBR 工艺为序列式运行，进水、曝气、沉淀滗水、排泥、待机多工序一池完成，省却二沉池和污泥循环，投资省，抗负荷冲击强，因SBR 对进水有几十倍的“稀释”能力，即使进水NH 4-N 由200mg/L 升

加石灰

营养剂CO 2中和

碱

排泥池

加药

杀菌

回用

至1000mg/L，一样不影响SBR处理，只需延长一些曝气时间即可。

四是出水水质任意调整，以NH4-N为例，如现阶段出水标准为＜70mg/L，等一段时间又升为25mg/L，只需调整一下各阶段工况，延时曝气即会＜25mg/L，几乎不要进行设备增加或改动，这是其它工艺无法实现的优点。

第三、四条化肥厂污水最常见，本工艺解决了处理难题。

五是易实现自动化操作控制。

本工序因是批序法，易实现自动控制与操作自动化，节省人力、物力，处理稳定。

3.3.4主要污水处理单元

（1）格栅

作用：拦截污水中杂物，保护水泵。

规格：HF-300 数量：1套功率：1.5KW

（2）均质沉淀池

作用：调节进水均匀性，水量和水质，沉淀固形杂质。

设计参数：

结构：地下，钢砼结构

容积：V 400m3

尺寸：10m×10m×4 m

停留时间：10h

数量：1个

设备：

提升泵：2台型号：

流量：60m3/h 扬程：10m

功率：7.5KW

加药设备：一套

（3）预反应器

作用：澄清水质，预除去COD30%，沉淀CN、S，提高PH值，为下步生化作准备。

结构：钢制一台

容积：V 140m3

尺寸：φ 6000mm×h 6500mm

出力：50m3/h

进水水压：＞0.2MPa

配置设备

石灰加药设备一套

絮凝剂加药设备一套

PH调节设备一套

（4）吹脱塔

作用：吹脱30~50%水中NH3-N，减轻生化负担，减少处理NH3-N 费用。

参数：

结构：钢一台

尺寸：φ3000*7000

出力：40m3/h

NH3脱除率：＞30%

风机：一台电机：22KW

（5）中和池

结构：地上，钢砼结构

容积：40 m3

尺寸：4*5*2m

数量：1个

CO2分配装置：1套升压泵2台

PH调整测试仪：1套

（6）A反硝化池

作用：与硝化同步除NO2，降低生化池负荷，改善处理水质。参数：

结构：半地下，钢砼

数量：2个

尺寸：

容积：500m3

停留时间：12h

配置设备

潜水搅拌机

数量：1台

型号：

加药装置：一套

（7）SBR生化池

作用：生化处理污水中COD、NH4-N达标。参数：

结构：半地下，钢砼

数量：2个

尺寸：

容积：3600m3

停留时间：80 h

配置设备：

A、高效自调微孔曝气器

数量：600 m2

型号：

O2利用率：25~30%

B、潜水推流机

型号：

数量：2台

功率：5KW

C、滗水器

型号：

数量：2台

D、内循环泵

型号：流量：100 m3/h 扬程：3~5m 数量：2台

功率：4KW

E、污泥泵

型号：流量：10 m3/h 扬程：5~8m 数量：2台

功率：2.2 KW

F、风机

型号：60m3/min

数量：2台

功率：110KW

（8）缓冲水池

结构：地下，钢砼

尺寸：10m*10m*3m

容积：300m3

数量：1个

（9）回用水泵

型号：流量：50 m3/h 扬程：25m 数量：2台

功率：7.5KW

（10）杀菌装置

作用：回用水时作杀菌用，不回则不设。

型号：

数量：1台

功率：3KW

（11）末端过滤器

作用：确保出水中SS＜20mg/L，回收活性污泥不外排。

参数：

φ2000 mm

数量：1台

压力＜1.0MPa

（12）配电、自控、仪表、管阀另定。

（13）操作、分析、风机房面积另定。

3.3.5其它

（1）自控程度高低，投资差距大，本方案暂不定。

（2）排污口应设专用规范的自控仪表，一般由当地环保部门负责，本方案未涉及。

3.3.6末端处理成本估算

（1）药耗

絮凝剂费用估算：0.05元/m3

石灰处理费用估算：0.2元/m3

营养剂费用估算：0.1元/m3

碱费用估算：生化每除1kgNH4-N耗纯碱4.0kg,碱价按1200元/吨。

（1.2－0.4）×1.2×4=3.84元/m3

（2）用电

注：功率因素按0.8计算。

人员、折旧未作估计。

（3）药剂、电耗成本：5~6元/m3

年直接成本：182万元/年（按8000小时计）

3.3.7污泥处理

污泥比A/O等常规工艺减60%，新工艺污水生化池处空气无臭味，每周排泥1~2次，污泥含水量97~98%。

估算污泥量：

COD每kg产干泥按0.4kg计算1000×0.5×0.4=200kg/d（干泥）NH3-N每kg产干泥按0.1kg计算1000×0.8×0.1=80kg/d（干泥）依据以上污泥量由厂方选，采用箱式或带式过滤机。

3.3.8末端处理单元设施处理效果

处理后水质符合排放标准。