高效曝氣生物濾池處理氮肥工業廢水的工程實踐
河北省某化肥廠主要產品生產能力為合成氨13.5萬t/a、尿素20萬t/a、甲醇3萬t/a，是河北省最大的小氮肥企業。盡管企業采用零排放技術對造氣廢水進行了循環利用，并對生產工藝進行了改造調整，但企業在生產過程中，每天排放高氨氮終端廢水約1500m3。由于經過多次濃縮，外排終端廢水中COD 約為500~1 000 mg/L，NH3-N 質量濃度高達500~700 mg/L，SS 高達300~1 000 mg/L， 另外還含有一定的油類物質，遠未達到工業循環冷卻水補給用水的要求。為了真正實現氮肥生產廢水零排放，企業擬使用有效、經濟的方法對終端廢水進行處理，以解決終端廢水直接外排所造成的污染；處理后的終端廢水回用作為循環冷卻水補給用水，可以減少企業工業用水量，具有可觀的經濟效益和環境效益。然而，由于該廢水中C/N 嚴重失調（C/N＝0.87，以COD 計），相對于一般氨氮廢水的處理，經濟有效地去除高氨氮、低C/N 廢水中的氨氮難度很大，目前尚沒有類似中試或工程實例可供借鑒。筆者采用經濟有效的高效曝氣生物濾池工藝（GBAF）處理氮肥終端廢水，取得了很好的效果。
1 工程概況
1.1 廢水水質水量及排放標準
設計處理水量為2 000 m3/d（按廠方擴產后的外排水量設計）。設計進出水水質指標見表1。
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1.2 工藝流程
1.3 GBAF 工藝特點
GBAF 與傳統的曝氣生物濾池相比，它采用的高效懸浮大孔載體， 比表面積80m2/g， 孔隙率高（98%）；同時，通過分子設計，在載體中引入大量的活性和強極性基團并通過固定化技術，將大量變異菌和酶制劑牢牢固定在載體上，單位體積生物量大，最高可達40 g/L。載體平均濕密度為1.00 g/cm3，在水中呈懸浮狀。由于采用了固定化技術，微生物不易脫落，這樣既提高了生物濃度，又避免了堵塞，可省去二沉池，大大簡化了工藝流程，使操作管理更加簡便和科學，易于控制。
在GBAF 工藝中， 依據載體性能可維持生物的多樣性，使好氧、厭氧和兼性菌同時存在，這一特點在去除高濃度、大分子、難降解有機物尤其是NH3-N方面有其獨特優勢。
2 主要構筑物及設計參數
廢水處理系統主要包括調節、生化處理兩部分。由于該廢水為低C/N 廢水，GBAF 在去除氨氮的同時對廢水中TN 亦有一定的去除效果， 考慮到節約投資和運行費用，本工程中沒有單獨設置反硝化處理工藝。
2.1 隔油調節池
該廢水水量變化較大，氨氮變化范圍較寬，為保證后續生化處理連續穩定運行， 本系統設計調節池調節水質和水量。考慮到廢水中含有部分油類污染物，調節池設計分為兩段，前段按照重力隔油池方式修建，后段設計成曝氣調節池， 池底鋪設穿孔曝氣管，對廢水進行預曝氣。隔油調節池的主要作用是去除廢水中的重油及輕油， 降低后端的處理負荷，保證后端生物處理有效進行。隔油池采用平流式隔油池（API），其特點是結構簡單、適應性強、操作方便，可分離直徑大于150 μm 的油滴，還可起到沉淀池的作用。隔油池設計表面負荷1.8 m/h，池內設置刮渣機、集油管。分離出的焦油類物質排入污油收集池。調節池產生的污泥定期排放至集泥井，并經污泥泵提升至污泥濃縮池。
2.2 初次沉淀池
由于廢水中懸浮物含量較高， 直接進入GBAF池，很容易造成濾池堵塞，影響生化處理系統的連續穩定運行。因此，在GBAF 池前設置輻流式沉淀池1座，采用化學沉淀法去除廢水中大部分懸浮物。在添加混凝劑的基礎上， 其不但對細微顆粒具有良好的沉降能力，而且對廢水中的主要污染物（如COD、氨氮、硫化物等）亦有一定的去除效果。沉淀池產生的污泥通過快開閥排放至污泥濃縮池。沉淀池出水自流進入GBAF 池。
2.3 GBAF 池
GBAF 池的主要作用是通過好氧微生物降低廢水中的COD 和NH3-N。GBAF 池的NH3-N 容積負荷為0.6 kg /（m3·d），設計停留時間為24.0 h，有效接觸時間為12.0 h；GBAF 池池底安裝管式微孔曝氣器用于曝氣，氣水比30∶1，池內溶解氧控制在2~4mg/L；GBAF 池池內投加硝化劑并補充堿度，以有效降低氨氮；GBAF 池底部設置排泥管，污泥排放至集泥井并經污泥泵提升部分至污泥濃縮池，部分回流到GBAF 池前。考慮到GBAF 工藝產生的污泥量極少，回流污泥和外排污泥的泵可以共用，其中通過閥門進行切換。終端廢水主要設施和設計參數見表2。
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3 調試及運行情況
廢水經單機設備試車和系統設備聯動試車運行穩定后進行工藝調試。工藝調試主要是混凝沉淀工藝單元調試和GBAF 工藝單元調試。整個調試過程歷時50 d。
4 設施運行監測結果
工程于2007 年5 月初開始調試，2007 年6 月中旬達到穩定運行，實際運行效果見表3。
5 技術經濟指標及環境效益分析
處理后的出水與其他廢水混和后可直接回用于循環冷卻水，回用水按照0.4 元/m3 計算（處理后的污水擬直接回用，不考慮中間少量的損耗），則每年節約廢水所帶來的直接經濟效益為：2 000×360×0.4＝288000 元。主要經濟指標見表4。
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6 小結
（1） 以GBAF 技術為主體的工藝可有效地處理氮肥企業外排終端高氨氮廢水，出水COD 為81～158mg/L、BOD5 8～15 mg/L、SS 40～70 mg/L、NH3-N 4.8～68 mg/L，可連續穩定達到《合成氨工業水污染物排放標準》（GB 13458—2001）中一級排放標準。
（2）廢水出水水質尚未完全達到《污水再生利用工程設計規范》（GB 50335—2002） 中再生水用作循環冷卻補充水（CODCr≤60 mg/L、BOD5≤10 mg/L、NH3-N≤10 mg/L、pH 6.5～9，TDS≤1 000 mg/L）的指標，但處理后的廢水與企業內其他回用水（如經澄清處理和冷卻后的造氣廢水）混合后完全可以用于循環冷卻水補給用水或該廢水經進一步深度處理后（如多介質過濾、連續砂濾和超濾等）也可直接用于循環冷卻水。
（3）該廢水含有較高濃度SS 和一定的油類物質，為保持GBAF 的連續穩定運行， 一定要加強預處理（如隔油、氣浮或沉淀等），以保證GBAF 池進水SS≤100 mg/L、石油類≤10 mg/L，而且BAF 池進水中不能有明顯的炭黑狀油類污染物。
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