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污水中的TN含量是反映污水处理程度的一个重要指标。水体中的NH4+-N经微生物氧化为NO2--N和NO3--N,并没有完成脱氮反应,而需要配合有机物质,在一定的溶解氧、碱度环境下,由反硝化细菌转化为氮气,彻底地从系统中去除。

对于高含NH4+-N的有机废水,以往的排放标准及工艺设计只关注COD物质及NH4+-N的去除,而忽视了反硝化及TN的去除,现阶段一些国家及地方标准已经把TN含量列入污水排放考核指标,高效的完整脱氮工艺是目前污水处理研究重点之一。

反硝化产甲烷工艺是新型的脱氮工艺流程之一,该工艺在单一厌氧反应器中耦合了厌氧消化和缺氧反硝化过程,无需另建反硝化池,避免了传统反硝化工艺中需要补充碳源、碱度等问题,同时抑制了产甲烷工艺中脂肪酸的积累,有望替代传统的厌氧-好氧-缺氧工艺处理高含氮有机废水。

自1994年Akunna等研究人员在单一厌氧反应器中实现了该工艺过程,国内外的研究者从COD/ρ(NO3--N),碳源类型、NO2--N含量等多个角度研究了同时反硝化产甲烷工艺的控制条件,并利用该工艺对淀粉废水、晚期渗滤液和畜禽粪水等实际废水进行小试处理研究。

已有研究工作表明,在恰当的工艺流程设计及操作条件下,同时反硝化产甲烷工艺可以满足厌氧消化与反硝化同时进行的条件要求,取得理想的COD和TN去除率。但目前为止,研究大多停留在实验室小试阶段,国内鲜有同时反硝化产甲烷工艺的应用实例报道,在工程层面开展同时反硝化产甲烷工艺的研究,对探索该工艺的脱氮潜力和应用环境,具有重要的理论和实际意义。

本案例将同时反硝化产甲烷工艺作为某集约化奶牛场养殖废水处理工程的主体工艺,通过结合现场实际情况的设计调试,废水的COD、NH4+-N、TN等指标均达到DB32/1072-2007中的要求;生化处理系统稳定性增加,废水回用率达75%。同步反硝化产甲烷工艺的工程化应用可为同种类型高含氮有机废水的处理工艺设计和现有工程的提标改造提供新的思路。

1工程概况

该工程项目服务于太湖流域某现代化集约式奶牛养殖场,该场存栏奶牛约800头,主要提供鲜奶产品。牛舍采用新一代干式清粪作业,最大化地减少了牛粪尿液进入污水系统,但挤奶车间及清洗车间仍有约150m3/d废水量产生,加上场区生活污水及其他生产废水量约50m3/d,废水总量稳定在200m3/d左右,属于高含氮有机废水。pH为7.5~8.5,COD为4.0~4.5g/L,NH4+-N、TN的质量浓度分别为200~250、200~250mg/L。

该工程设计水量250m3/d,执行DB32/1072-2007中“其他行业”排放要求。

2工艺流程

废水由场区排水系统收集至污水处理站,经格栅过滤掉大尺寸的悬浮物后进入集水井,然后由提升泵提升至初沉池,沉淀大部分颗粒物后进入调节池。调节池中的废水由提升泵提升进入上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,出水进入好氧池,完成剩余COD物质的氧化和NH4+-N的硝化。

好氧泥水混合物经沉淀池泥水分离后,硝化液全部回流至调节池,与废水原水混匀后进入UASB反应器,在UASB反应器中去除大部分COD物质并完成脱氮反应,完成同步硝化产甲烷工艺过程。氧化池中有表面曝气机对废水进行二次充氧,后经质量分数5%的二氯异氰尿酸钠溶液氧化脱色消毒,约50m3/d的废水经活性炭过滤后外排,约150m3/d废水回用至车间冲洗地面。

沉淀池污泥定时回流至曝气池前端,保证好氧池中悬浮污泥量,剩余好氧污泥与初沉池中的沉淀物及过滤草料残渣、场区牛粪等有机固体废弃物一同外运至堆肥场。

3主要构筑物及参数

3.1格栅-集水井

格栅-集水井设计尺寸1.5m×2.0m×2.0m,钢砼结构,内部设置非标定制格栅,安装角度75°,栅距10mm,人工清渣,配有集水井提升泵1台,体积流量12m3/h,扬程10m。

3.2初沉池-调节池

初沉池与调节池采用共壁形式,总设计尺寸8.0m×4.5m×5.0m,初沉池共有4个集泥斗,由于经格栅过滤后的废水颗粒物质较少,泥量不大,故采用静压力人工排泥;调节池容积100m3,由于硝化液全部100%,两池总调节时间<30min,防止废水停留时间过长产生气体影响初沉池沉淀效果。硝化液回流位置与废水进入调节池的位置重叠,有利于废水与回流水均匀混合。配备2台UASB提升泵,单泵体积流量30m3/h,扬程15m,1用1备。