CASS工艺在合成氨废水处理工程中的应用 5页

万方数据第34卷第5期762008年5月水处理技术，TECHNO啪YOFWATERTREATMENTV01．34No．5May，2008CASS工艺在合成氨废水处理工程中的应用冯素敏，邵立荣，杨景亮(河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄050018)摘要：介绍了CASS工艺在合成氨废水处理工程中的应用情况．实践表明：合成氨企业通过实施。清洁生产．清污分流”措施后，采用CASS工艺对不迭标废水进行处理，是切实可行的．在进水COD。<1000mg／L，NH，．N≤200mg，L时，CASS池的出水水质可稳定达到COD。<150mg／L，NH3．N≤70mg／L．该工艺具有投资省．占地面积小，去除有机物和脱氮效果好、运行稳定等优点．关键词：CASS工艺；合成氨废水；工程应用中图分类号lX703．1文献标识码：B文章编号：1000．3770(2008)05-076．05我国合成氨工业主要以中、小型企业为主，普遍存在清洁生产水平较低、能耗较高、废水排放量大、水污染排放点多、成分复杂等问题。合成氨废水中除含有一定浓度的有机物外，还含有较高浓度的氨氮。目前国内对该废水的处理方法主要有物化法和生化法【”。物化法包括化学中和法、混凝沉淀法以及吹脱法等，虽然投资少，但净化效果差，易产生二次污染；生化法包括A／O法、氧化沟法、SBR法等。CASS工艺是SBR法的一种新的变革形式，它将有机物降解、混合液沉淀于一体，设置了生物选择区、缺氧区和好氧反应区，同时采取污泥回流措施，能够在去除有机污染物的同时强化生物脱氮功能。该工艺已在国内工业污水处理工程中广泛的应用[2-71。因此，本工程结合河北某企业合成氨废水的水质特点，采用CASS工艺进行处理，整套装置由DCS集散系统进行自动控制。工程投运两年来，一直处于良好的平稳运行状态，去除有机物及氨氮的效果明显。1废水处理工程设计1．1设计概况河北某化工企业主要产品为合成氨和甲醇，生产能力分别为12x104t／a和3x104t／a。工程设计本着“清洁生产，清污分流，分质处理，循环利用或达标排放”的原则，在实施废稀氨水全部回收利用基础上，采取废水清污分流措施，即循环水系统排水及除盐水站(反渗透装置)排放的清洁废水，直接达标排放或经深度处理后回用；造气、脱硫、压缩、变换、脱碳、甲醇等车间排放的工艺废水及地面冲洗水等不达标废水，分别收集后进入废水处理站，经CASS工艺净化处理达标后排放。该废水处理站设计能力为1200m3／d。出水水质满足合成氨工业水污染物排放标准(GB13458．2001)标准。具体指标见表1。襄l设计水质及捧放标准———TablclDesignwaterqualityanddischargestandard1．2工艺流程废水处理工艺流程见图l。黼默——_可生产废水———叫沉淀池卜—-l调符池一—rT．一鎏蕉l污泥外运·一【堑框压滤机l·—一污泥1．污泥雒．L田l废水处理工艺漉程Fig．1Flowchartofwastewaterll'eatmentprocess收稿日期：2007．11．13基金项目：河北省高校重点学科建设项目资助作者简介：冯素敏(1962．)，女，副教授，硕士生导师，研究方向为水污染控制及水资源化联系电话：0311．83921856：E-maihfengsumin2003@sina．com。n万方数据冯素敏等，CASS工艺在合成氨废水处理工程中的应用77来自各车间的废水首先进入沉淀池，除去比重较大的悬浮颗粒等杂质，然后进入调节池利用少量清洁废水对其水质、水量进行均衡调节。由废水提升泵定时打入CASS反应池进行生物化学反应，使废水中的有机物、氨氮等污染物在微生物的作用下得到降解去除。处理后的达标废水通过滗水器排入监控池，与清洁废水混合后排放。反应产生的剩余污泥由排泥泵抽吸，并通过静态混合器与药剂混合后进入污泥浓缩池浓缩，上清液回至集水池，下层污泥由污泥泵打入板框压滤机脱水后外运。1．3主要构筑物及设计参数1．3．1CASS反应池CASS反应池l座，有效容积1438m3(分为2格)，有效水深4．7m。每格分为3个区：即生物选择区、缺氧区和好氧区，每区有效容积分别为21、106ITl3和620m3。设计容积负荷为0．83kgCOD／m3·d，污泥回流比为100％，污泥浓度为3500"4000me]L。两格池子按程序交替运行，每格工作周期为8h，其中进水2h，曝气5h(进水后1h开始曝气)，沉淀lh，排水1h。缺氧区与好氧区底部均安装微孔曝气器。好氧区设有自动升降式滗水器、污泥回流和剩余污泥排放装置、溶解氧在线测定仪及浮球阀液位计等。1．3．2排水装置每格CASS池中设有JN一300型旋转式滗水器l台，滗水量为300m3／h，滗水深度为1．6m。1．3．3曝气系统·采用圆形三元乙丙胶膜片式微孔曝气器，直径260rain，服务面积0．5m2，氧利用率i>20％。鼓风装置选用CD20．0．6离心式鼓风机2台，每台风量为20mVmm。电机功率为45kW。1．3．4污泥浓缩池采用钢筋混凝土结构污泥浓缩池1座，间歇式运行，有效容积为32m3。1．3．5污泥脱水机选用BMY20／600．U板框压滤机1台，过滤截面为20m2。1．3．6自控系统采用DCS集散控制系统，由操作站和控制站组成。所涉及的操作程序均在操作站上自动或手动控制。同时配套检测控制仪表有CASS池溶解氧就地及在线显示，调节池液位集中报警显示，CASS池超声波液位集中显示和滗水器自动启闭控制等。2结果与讨论2．1调试结果污泥的培养驯化是废水处理工程中必不可少的重要环节，污泥培养驯化方法主要有异步培驯法、同步培驯法和接种培驯法[sl。污泥驯化的目的是：使接种污泥尽快适应废水水质，微生物能够正常生长繁殖，并具备去除COD、NH3-N及其它污染物的生物活性。本工程为了缩短调试时间，采用了接种污泥培驯法，菌种污泥取自某城市污水处理厂的脱水泥饼，含水率约80％，污泥总量为24t。首先在调节池内调整适宜的进水水质，pH6．8～8．0，COD300一'350mg／L，NH3．N15～30mg／L，然后将废水打入CASS池，其注水量为池容的2／3。将菌种污泥投入CASS池，并依次按着曝气．沉淀．排水．进水4个程序不问断的运行，根据运行状况逐步提高进水COD和NH，-N的浓度，并相应调整曝气时间。经过近两个月的调试，于2005年lO月基本达到了设计负荷，进入稳定运行阶段。2．1．1COD和NI-IrN的变化情况调试过程中COD和NH，-N的浓度变化见图2和图3。时间(d)圈2COD的浓度变化Fig．2ChangeofCODconcentrationwithrunningtime90807060拿50需40篷30悄2010010203040506070时间(d)田3NIIrN的浓度变化Fig．3ConcentrationvariationofNHrN由图2和图3可知，在调试过程中，进水COD浓度由260meJL逐步增高到1000me,a-，出水COD瑚咖啪鲫枷瑚o^1／普一趟蒜Ⅱ0un万方数据78水处理技术第34卷第5期浓度为115～180mg／L，7d以后随着污泥量不断增长和污泥活性逐渐加强，出水COD浓度逐步稳定到120mg／L左右，去除率由40％逐步提高到85％；进水中NH3．N浓度由20mg／L逐步增高到210mg／L，出水NH3-N浓度为15～73mg／L，去除率由35％逐步提高到70％。2．1．2污泥沉降比SV的变化情况调试过程中污泥沉降比SV随时间的增长规律见图4。353025拿20∑奶15105010203040506070时间(d)田48V瞳运行时问的增长规律Fig．4IncreasingofSV、“tllrunningtime由图4可知，开始几天内，SV随时间延长逐渐降低，污泥絮凝效果差，无机化程度高，比较密实。而10d以后，SV又开始缓慢增加，污泥絮凝效果逐渐增强。由此说明不适应该废水的部分菌种死亡而随水流失，而保存下来的优势菌种得到了繁衍增殖，且活性逐渐加强，对有机物及氨氮的去除效率也在逐渐提高。2．1．3周期溶解氧DO的变化情况在调试后期，对CASS池好氧区运行周期内的溶解氧变化情况进行了监测分析，其变化规律见表2。由表2可知，在每个运行周期内CASS池好氧区溶解氧有较大幅度的变化。进水与弱曝气阶段，DO浓度逐渐由0．2mg／L缓慢升至1．0mg／L，污泥处于缺氧状态；3h的强曝气阶段，DO浓度由1．0mg／L迅速增至4．0mg／L，污泥处于好氧状态；弱曝气、沉淀和排水阶段DO又重新下降至0．5mg／L以下。综上所述，由于CASS池好氧区内交替呈现好氧、缺氧和厌氧状态，从而加大了硝化液的反硝化作用，增强了生物的脱氮功能。2．2稳定运行2．2．1运行周期的优化筛选为了进一步提高CASS池的效能，在进入稳定运行后，通过调整曝气时间对CASS池运行周期进行了优化筛选。其不同运行周期内COD去除效率的变化情况见图5。908580蒌，s誉，ou6560O8lUIZ运行周期(h)朋5不同运行周期COD去除效率Fig．5RemovalrateofCODinvariousoperatingperiod由图5可知，在相同进水水质条件下，各运行周期内进水、沉淀和排水时间不变，COD的去除率将随曝气时间延长而逐渐提高，其中8h的运行周期(即曝气时间5h)时，COD去除率增加显著，但运行周期延长至10h(即曝气时间7h)和12h(即曝气时间9h)时，COD去除率变化不明显。从技术经济方面综合考虑，本工程确定运行周期为8h。2．2．2运行结果自2005年10月至2007年8月以来，工程一直平稳运行。CASS池进、出水水质的日常监测结果见表3、图6和图7。由表3和图6、图7可知：采用CASS工艺处理裹2月期溶解曩变化规律Table2PeriodicalchangingofDOn万方数据冯素敏等，CASS工艺在合成氨废水处理工程中的应用79合成氨废水具有较好的工作稳定性，其出水中COD、NH，一N、SS、氰化物和硫化物均能够达到合成氨工业水污染物排放标准(GB13458．2001)，上述各污染物的去除效率分别为85％、70％、82％、87％和80％。。12001050900《750曼600篓·so8300150012345时间(月)圈6COD去除效果Fig．6OperatingresultofCODl2345时间(月)田7NHrN去除效果Fig．7OperatingresultofNHrN2．3问题讨论2．3．1NIIrN浓度对CASS池效能的影响工程实践表明：CASS工艺处理含氨废水具有较高的脱氮功能，主要是由于CASS池好氧区进行间断曝气，好氧状态下硝化细菌将废水中的Nil，-N转化为亚硝态氮和硝态氮，而在缺氧状态下，反硝化细菌又将亚硝态氮和硝态氮逐步还原成N：而脱除。同时生物选择区和缺氧区的设置，以及污泥回流的措施，保证了活性污泥不断的在选择区中经历了一个高絮体负荷阶段，从而有利于系统中絮凝性细菌的生长，提高了污泥的活性，使其快速地去除废水中溶解性易降解基质，强化了脱氮功能睁-01。但是由于微生物承受NH，．N的浓度较低，实践结果表明：CASS生物反应池进水中COD≤1000mg／L，NH3-N≤200mg／L时，CASS池的出水水质可稳定达到COD≤150mg／L，NH3．N≤70mg／L的标准要求。但是当CASS池进水中NH，．N浓度>200mg／L时，由于系统内微生物所需营养物质出现C／N比例失衡，脱氮效果会明显下降，有机物去除效率也会随之降低。2．3．2CASS池泡沫问题在工程调试和运行期间，曾出现过大量的泡沫问题，调试期间主要是由于投加的菌种污泥中含有大量絮凝药剂而引起的。运行期间主要是所配备的循环水排水中所含的季胺盐类杀菌灭藻药剂引起的。本工程除投加少量消泡药剂外，还采取了水喷淋消泡措施，即在位于池中部的污泥回流管上安装污泥喷洒装置，有效解决了泡沫问题。3效益分析3．1经济效益分析本工程废水处理能力为1200m3／d，工程总投资123万元，总占地面积1200m：，年耗电23．4万k、胁，吨水处理成本0．65元(含折旧)，日吨水投资额1025元；3．2环境效益分析本工程自投运两年来，一直处于良好的平稳运行状态，每年削减COD和NH，-N污染物外排量分别为306t和50t。4结语合成氨工业具有吨氨排水量大、成分复杂等特点，在废水处理工程设计前，应首先对全厂实施清洁生产和清污分流措施，在充分回收稀氨水的基础上，尽量将清洁废水经处理后回用或直接达标排放，不达标废水单独进行净化处理，这样可大大降低废水处理站的工程投资及运行费用。CASS工艺应用于合成氨废水的处理是切实可行的。该工艺具有去除有机物和脱氮效果好、投资省、占地小、运转灵活等特点。实践表明：在运行周期为8h(曝气时间5h)时，可使CASS池发挥更高的效能，COD和NH，．N去除率分别达到85％和70％，出水水质能够满足合成氨工业水污染物排放标准(GB13458—2001)的水质要求。废水中NH，．N浓度对CASS池效能有一定的影响。当NH3一N≤200mg／L时，CASS工艺处理含氨废水具有较高的脱氮功能，但是当NH3-N>200m舡时，脱氮效果和有机物去除效率都会明显下降。因此当NH，-N浓度>200mg／L时，应首先找出强源，并采用物化法单独进行预处理，去除部分氨后再进入生化系统进行彻底去除。0一女一姗篮峭m鲫∞加Oo一专哥髓悄!宝舳∞om"∞加"O2。一蛊引一z．nI{zn万方数据水处理技术第34卷第5期参考文献：【l】孙锦宜．含氮废水处理技术与应用【M】．北京：化学工业出版社，2003：20-26．【2】李菩评，乔鹏，庞艳，等．UASB·CASS工艺处理糠醛废水【J】．给水排水,2007．33(1)：53·55．【3】吕盛扬，何争光．水解酸化·CASS工艺处理天然骨素生产废水【J】．工业用水与排水，2007，38(1)：92．93．f4】郭长虹，刘怀胜．水解酸化／CASS／气浮工艺对再生纸废水的处理[J】．中国给水排水，2006，22(18)：64-67．【5】周健，张会展，方春玉．水解酸化-CASS在红霉素废水处理中的应用[J】．水处理技术，2006，32(12)：90—92．【6】张毅，步德新，潘勇伟．UASB-CASS-接触氧化工艺处理玉米酒精废水阴，环境工程，2005,23(5)：10-12．【7】王玉军，李冰，卢继承，等．UASB-CASS工艺处理黄原胶废水【J】．给水排水，2005，31(11)：65．66．【8】张自杰．排水工程【M】．北京：中国建筑工业出版社，2000：194-198【9】王凯军．贾立敏．城市废水生物处理新技术开发与应用[M】．北京：化学工业出版社．2001：161．167．【lO】张统．间歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例【M】．北京：化学工业出版社．2002：153．159．1lIBAPPIICA加00NOF('ASSPROCESSIN&仆衄nCAMN叼NIAWAS皿WATERTREAn征Nr团ⅫG】NEERNGFENGSu·min，SHAOLi·rong，YANGJing-liang(CollegeofEnvironmentalScienceandEn舒neenn$HebeiUmvemityof&ieneeandTechnology,ShijiazhuangHebei050018,China)^h吐瞅TheengineeringapplicationofCASSprocessinsyntheticammoniawastewatertreatmentwasintroduced,ItisfeasiblethatCASSprocessisusedtOtreatwastewaterthatdoesn'tmectthedischargestandardafterthemeasuresofcleanerproductionanddividingcleanwaterfrompollutedwater．WhenCODandNil3一Nofinfluentislessthan1000meCLand200me]Lrespectively，CODandNHrNofeffluentinCASStankislessthan150m盯一and200mg／Lrespectively．Thisprocesshastheadvantageoflowinvestment，smallacreage，goodtreatmentoforganicsubstanceanddenitrification,andstableoperation，etc．K盯鼬：CASSprocess；syntheticammoniawastewater；engineeringapplication(上接第75页)参考文献：【3】丁春生，王卫文．大型针织印染废水处理工程的设计与运行【J】．【l】奚旦立，陈季华，马春燕．印染废水处理现状及存在问题【R】．常州市：全国纺织印染废水深度处理及回用和污水达标排放学术研讨会，2005．【2】毛艳梅，奚旦立，杨晓波．印染废水深度处理技术及回用的现状和发展【J】．印染，2005，8：4-48．环境工程，2001，19(4)：60-62．【4】奚旦立，陈季华．污水的陶瓷膜处理方法及其处理设备：中国，ZL01105241．4I吲．2007-05·09．【5】徐寅汇，张春晖，奚旦立．亚滤装置用于垃圾渗滤液的深度处理【J】．中国给水排水，2001，17(3)：51-53．P咖RESEARCH0N11REAn征【N1’0FKN】T11NGPRDrID婚ANDDY：BD旧WAS’n!W-ATERT0R既JsEM_AChun-yan．YANGBo。CHENJi．hua。XIDan．1i(EnvironmentalSciencen越En酉舱e咖CollegeofDo鸭HuaUniversity,Shanghai200051，China)Abstract：Theknittingprintinganddyeingwastewaterwasdistributedtolightandheavybywaterquality．Theprojectwasdesignedtotreatlightwastewater．Thehydrolyricacidification·aerobicbiochemicalprocess·aeratingbiologicalfilter-ceramicitefilter·ceramicmembranefilterWasusedtotreatthelightwastewater．TheresultsshowedthatCODremovalWasmorethan80％．colorremovalWasmol'ethan90％．Effluentcouldbe∞IlsedtothedyeingprocesscompletelyandtherateofqualifiedproductsWashigh．蜀eywm出：knittingprintinganddyeingwastewater；reuse；ceramicmembrane；distributaryofliglltandheavywastewater英国将废水处理污泥转化为能量美国佛罗里达州Sanford公司2008年3月下旬宣布在北美第一次采用MaxWest气化系统处理生物固体。MaxWest环境系统公司开发了这一气化系统，可将城市废水处理系统的污泥转化为能量。MaxWest环境系统公司在一废水处理场建立污泥转化为能量设施。废水处理场的最后产物为污泥。也称之为生物固体，污泥在密闭的气化器内被气化，产生合成气。在连续的集成过程中，合成气再在密闭的热氧化器中被氧化而产生热能。Sanford公司使用该热能可替代天然气以驱动新的干燥器。与使用化石燃料天然气的成本相比，可使Sanford公司在20年内节约900万美元。该技术还使废弃物料强化了管理，并保护了环境。(钱伯章)