SBR工艺处理煤气化废水的异常工况原因分析及对策.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 6 月第 46 卷第 3 期Jun.2023Vol.46 No.3某化工企业四期废水处理装置建于 2017 年，采用序批式活性污泥法工艺（简称 SBR），共有 4 个生化反应池，设计处理能力 155m3 h。废水主要来源为德士古煤气化高氨氮废水，该废水具有水质不稳定、水温及氨氮含量相对较高以及碳氮比失衡等特点。以 20182022 年废水处理装置运行过程中，SBR 生化反应池经历的高氨氮废水冲击导致硝化系统崩溃、低负荷运行时间长导致污泥老化、余氯中毒导致硝化菌群死亡等事故案例为鉴，为同行提供了宝贵的借鉴意义。1废水处理装置简介1.1进、出水指标四期废水处理装置设计进、出水指标见表 1。表 1四期废水处理装置设计进、出水指标mg L分析项目进水指标出水指标pH7969CODCr 500 50氨氮 400 12总氮 500 20总磷 1.5 0.51.2工艺流程废水处理工艺采用高密池+SBR 生化反应池，接收的煤气化废水首先进入预处理高密池，通过投加聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、磷酸二SBR 工艺处理煤气化废水的异常工况原因分析及对策郭淑平，李扬（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南 714000）摘要：介绍了某化工企业采用序批式活性污泥法 SBR 工艺处理德士古煤气化高氨氮废水过程中出现的典型案例，分析了 SBR 在工艺运行过程中出现的污泥解体、老化、发泡、中毒等异常情况产生的原因以及采取的相应对策。关键词：煤气化废水SBR 工艺高氨氮废水污泥老化污泥中毒收稿日期：2022-08-24；收到修改稿日期：2023-02-10。作者简介：郭淑平，男，1973 年出生，大专学历，工程师，1994 年毕业于陕西省化工学校化工工艺专业，现任陕西渭河煤化工集团有限责任公司副总工程师，生产部部长。联系电话：18809135680。E-mail：。氢钠（NaH2PO4）和氢氧化钠等药剂进行混凝沉淀去除悬浮物和钙离子后，进入 SBR 反应池按时间步序进行好氧和厌氧反应，好氧时通过风机曝气提供溶解氧（DO）供硝化菌群将氨氮转化为硝态氮，厌氧时投加甲醇作为碳源供反硝化菌将硝态氮转化为氮气，反应结束后进行沉淀排放，活性污泥沉淀后上清液排至废水回用收集池进行深度处理后回收利用。预处理及 SBR 产生的污泥通过排泥泵送往污泥浓缩池，经履带式污泥脱水机脱水后形成含水量75%80%的泥饼外运进行处置，废水处理装置工艺流程见图 1。图 1废水处理装置工艺流程1962023 年第 46 卷2SBR 生化反应池异常问题和解决对策2.1高氨氮废水冲击导致生化系统崩溃2.1.1异常分析2018 年 8 月 30 日由于气化装置高位冷却器泄漏，导致高氨氮气化废水冲击废水处理装置，使 SBR反应池中活性污泥大量流失，污泥沉降比急剧下降，生物相急剧减少甚至消失，出水氨氮和化学需氧量（COD）严重超标。SBR 池进、出水指标见表 2。2.1.2解决措施2.1.2.1进水负荷调整2018 年 8 月 30 日至 9 月 8 日高氨氮废水冲击期间，为避免废水系统整体崩溃，根据 SBR 反应池污泥活性现状，分别维持 1、3 号 SBR 池 30%进水负荷，并投加生物增效剂保持超低负荷运行；同时因 2、4 号 SBR 受冲击严重，80%以上活性污泥已经死亡流失，因此保持其 100%进水负荷，几乎是过水状态，尽最大可能为 1、3 号 SBR 池活性污泥恢复赢得时间。2.1.2.2活性污泥的恢复冲击结束后，开始对活性污泥进行培养恢复。因生化反应池活性污泥在线恢复难度大、时间长、不确定因素较多，恢复的活性污泥沉降性能相对较差；为了缩短活性污泥在线恢复时间，选用某市政污水处理厂脱水后含水率为 80%的干化污泥进行接种。通常生化系统恢复的顺序为先硝化，后反硝化。首先分别向 1、3 号 SBR 池投加活性干化污泥40t，每日曝气 1620h，期间不进水不排水，不进行反硝化，溶解氧维持在 27mg L。持续闷曝 3d后 SBR 池内氨氮、出水 pH 值、碱度开始缓慢下降，污泥浓度和硝态氮开始上升，说明硝化反应已开始恢复，此时开始投加碳酸钠补充碱度，控制总碱度不小于 180mg L，并开始少量投加甲醇作为碳源，增加活性污泥培养速度。待 SBR 池内氨氮不大于25mg L 时，每天提高进水负荷 20%，此时 SBR 池出水氨氮不大于 5mg L，硝态氮大于 150mg L，待负荷稳定后再开始减少曝气时间进行反硝化，控制溶解氧不大于 4mg L，逐步提高甲醇投加量，最终达到好氧厌氧时间 3:1 左右，处理能力达到满负荷，1、3 号 SBR 池生化系统基本恢复正常，整个过程持续约 4 周。2.1.2.3加强上游气化来水监控本次生化系统崩溃的起因是来水高氨氮冲击，因此加强来水指标监控是重中之重。原先废水系统只设计了在线出水氨氮分析，上游来水指标每日人工分析 1 次。而此后新增了进水在线氨氮分析，并将人工分析频次提高到了每日 2 次，便于和在线分析进行比对，以确保能第一时间发现来水指标异常。2.2低负荷运行导致污泥老化2.2.1异常分析2021 年 10 月，由于生产装置大检修，气化废水停运 40d，在此期间 SBR 生化反应池内微生物的营养源主要通过外加尿素和甲醇来维持。当系统恢复运行后，4 个 SBR 生化反应池出水氨氮均有不同程度的上升，尤其 1 号 SBR 生化反应池氨氮最高达到160mg L 以上。观察污泥沉降比时发现污泥絮体松散变大，颜色发灰，凝聚性和沉降性能变差，沉降比数值都大于 70；通过镜检发现污泥内存在大量的表壳虫（图 2），活性污泥菌胶团逐渐处于解絮状态；表 2SBR 池进、出水指标mg L日期气化来水1 号 SBR 池出水2 号 SBR 池出水3 号 SBR 池出水4 号 SBR 池出水氨氮COD氨氮COD氨氮COD氨氮COD氨氮COD2018-08-3011505003332412374382018-08-3110834957731688105114672018-09-019865291278571341857391012018-09-029755842555931553169721252018-09-0396357844801251655285991582018-09-049026343193161193471021311772018-09-05886585179918721735951472022018-09-0678746188120723726931792162018-09-0774147367825822611872132422018-09-08699436569282230573245254197第 3 期郭淑平等.SBR 工艺处理煤气化废水的异常工况原因分析及对策由此判断活性污泥发生老化，经分析导致污泥老化的主要原因有两方面。1）投加的营养源不足。停水期间每日投加尿素400kg，甲醇 2400kg，经计算有机负荷率（食微比）为 0.055，远小于正常范围 0.20.4，微生物因缺乏营养物质而开始利用自身储存的物质进行内源呼吸，从而引起细胞内分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体逐步老化死亡。2）停水期间反硝化反应过强。由于停水期间水中氨氮、COD 等耗氧反应物较少，曝气时间缩短了70%，曝气风机根据溶解氧联锁停运，但循环泵仍按设定时间运行，相当于将原 70%硝化时间用于反硝化，大大延长了反硝化时间。期间虽然出水指标正常，但氧化还原电位从原-50200mV 下降为-350-50mV，说明反硝化反应不断增强，使硝化菌生存环境不断受到影响，活性下降导致菌体死亡。图 2镜检时活性污泥中的表壳虫2.2.2解决措施2.2.2.1SBR 池互相倒泥并投加生物增效剂对于污泥老化严重的 1 号 SBR 池，首先进行大量排泥，将污泥浓度由 4000mg L 降到 1500 mg L，从 2、3、4 号 SBR 池将曝气时的泥水混合物倒入 1 号 SBR 池，每个池子往 1 号池输送约 10%的泥水混合物，再投加 200kg 的生物增效剂，加快污泥恢复，10d 后 1 号 SBR 池已恢复正常。2.2.2.2控制食微比和反硝化强度在 2022 年 5 月大检修废水停运期间，通过投加尿素甲醇控制食微比为 0.10.2，并在好氧段将循环泵设定为与曝气风机同时停运，保持活性污泥大部分时间处于静置状态，避免厌氧搅拌时间过长导致反硝化反应过强。经过 22d 低负荷运行，废水装置恢复运行后出水指标正常，未发生污泥老化的情况。2.3活性污泥中毒导致硝化菌群死亡2.3.1异常分析2022 年 1 月 4 日开始，SBR 池耗氧量逐步下降，曝气时间由原先 3.5h 降为 1h，同时出水氨氮指标也持续上涨。观察污泥沉降比时发现污泥颜色发白，污泥絮体细碎，颗粒化较明显，上清液有少量浮泥。降低进水负荷后，溶解氧消耗仍很微弱，硝化反应基本停止，污泥性状持续恶化并且浮泥增多。通过分析进水中的氰化物、硫化物、挥发酚以及余氯等工艺指标，发现余氯严重超标，最高可达 1.0mg L。水样有毒物质分析检测数据见表 3。表 3SBR 生化反应池进、出水有毒物质检测分析数据mg L分析指标氰化物硫化物挥发酚余氯气化来水0.310.110.49未检出1 号 SBR 池出水0.280.130.420.52 号 SBR 池出水0.170.090.330.83 号 SBR 池出水0.230.070.471.04 号 SBR 池出水0.190.100.371.0由于整个废水处理工艺流程中都不投加杀菌剂，排查余氯的产生至关重要。经过排查发现，由于中水回用装置大量投加杀菌剂，处理后的回用水带着余氯进入生产用水管网，而 SBR 池循环泵冷却水及投加甲醇等药剂的稀释水都来自生产用水管网，余氯少量连续进入 SBR 池，在池内不断积累，最终导致活性污泥中毒。2.3.2解决措施2.3.2.1投加硝化菌菌种针对活性污泥中毒而导致硝化菌大量死亡现象，投加硝化菌种是最直接也是最有效的恢复方式。首先通过注入清水置换排放将池内余氯浓度控制小于 0.1mg L，给 SBR 池内投加 200kg 的硝化菌苗并进行闷曝，期间不进水不排水，48h 后 SBR 池内氨氮开始缓慢下降，溶解氧消耗速度开始加快，硝态氮升高，说明硝化反应已开始恢复。待 SBR 池内氨氮不大于 25mg L，每天提高 30%负荷，稳定后开始恢复反硝化，约 10dSBR 池彻底恢复正常。2.3.2.2改造还原剂投加管线为了避免回用废水中的余氯影响 SBR 池内的微生物安全，在回用废水进入生产水管网前增加亚硫酸氢钠投加管线，控制进入管网的余氯小于0.1mg L，即保证了杀菌效果也避免了 SBR 池内余氯的积累。3运行经验及建议3.1加强分析监测无论是来水超标冲击还是含有有毒物质，来水1982023 年第 46 卷指标异常会对废水处理装置的生化系统造成很大的冲击，甚至导致污泥解体微生物大量死亡，因此建议尽可能在进水端加设在线监测设施，并在废水日常分析项目中适当增加有毒有害物质的分析频次，确保能够及时发现问题进行调控，将隐患消灭在萌芽阶段。3.2加强微生物镜检和分析频次发生污泥老化、中毒等状况初期，常规分析往往没有任何指示性变化，而一旦发现出水指标异常后污泥已“病入膏肓”、难以调整，只能进行倒泥恢复。因此建议日常运行中加强微生物镜检和污泥沉降比分析频次，通过观察活性污泥的表观性状及微生物种群，不断积累日常数据，提高对异常变化的敏感度，当污泥性状出现异常时能及时分析判断找出问题，将损失降到最少。3.3污泥接种前的准备活性污泥出现异常后，仅靠自身进行恢复较慢，往往以月为单位。通过倒泥和投加生物增效剂可以较快速的恢复生化系统，将恢复周期减少一半以上，建议废水站提前对接好污泥接种单位（如运行稳定的污水厂），并常备生物增效剂，当活性污泥出现问题后，及时拉干污泥接种并配合使用增效剂，以最快