廢水處理中硝酸對總氮的影響

發表時間：2021-11-15 12:57:14 閱讀次

　　總氮是反應水體富營養化的主要指標，是硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮和有機氮的總稱。水體中硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量超標，不但會使水環境質量惡化，還會對人類以及動植物有嚴重的危害作用，如飲用硝酸鹽和亞硝酸鹽含量過高的水，可使肝癌、食管癌、胃癌的發病率增高，因為硝酸鹽和亞硝酸鹽在自然條件下有可能轉化為強致癌的亞硝酸胺，GB13456-2012《鋼鐵工業水污染物排放標準》中對排水中總氮要求控制在15mg/L以下。

　　1、系統概況

　　某鋼廠硅鋼堿廢水處理系統處理來自生產線機組排放的堿性清洗廢水、廢液以及濃堿含油乳化液廢水系統超濾出水，主要工藝流程如圖1所示。

　　由于廢水處理生化池pH控制指標及排水水質要求，將pH控制在6~9，在處理過程中采用硝酸作為pH調節劑。

　　2、存在的問題

　　在排水水質檢測過程中，發現MBR出水總氮較高，超出排水控制指標要求，于是連續對處理工藝進行取樣化驗，具體數值見表1。

　　從表1中可看出，稀堿廢水處理后總氮超出排放標準，雖然水處理站有其它廢水處理后合并達標排放，但該股廢水處理還需提升水質。

　　3、原因分析

　　來水總氮較低，但到處理工藝末端升高較多，在工藝處理過程中，引起總氮升高的只有硝酸及生化池投加的氮源，通過表1數據分析，經過硝酸pH調節后總氮升高較多，而生化后有所減低，稀堿廢水使用硝酸作為pH值調節劑，在現有稀堿廢水處理流程中無反硝化生物脫氮工藝的情況下，造成排放水中總氮濃度(主要是投加硝酸引入的硝酸鹽引起)升高甚至超出排放標準。

　　4、解決方案

　　因來水堿性強，pH調節一般采取硝酸、鹽酸、硫酸等強酸，硝酸引起總氮升高，而鹽酸中氯離子高對生化、MBR膜影響較大，硫酸根對好氧生物處理工藝影響不大，較多廢水處理系統采用硫酸進行pH值調節，然后進入好氧生化處理，系統運轉良好，可進行借鑒。

　　5、可行性分析

　　5.1 微生物營養需求

　　稀堿廢水處理系統設計時，由于考慮到生產來水中氮源的匱乏，引入硝酸作為pH調節劑的同時，也能對微生物補充充足的氮源。現稀堿廢水原水BOD5值在200~500mg/L，對于好氧微生物群體，其所需營養比經驗值為BOD5：N：P=100:5:1，則氮源需10~25mg/L，根據實際運行監測，稀堿原水中氮源在5~15mg/L(由來水及超濾硝酸清洗液貢獻)，不足部分可在接觸氧化池中投加營養劑進行補充。

　　因此，從好氧微生物群體所需營養考慮，稀堿原水中所含氮源，并配合營養劑的使用，完全能滿足微生物群體對氮源的需求，可降低因投加硝酸向系統引入過多硝酸鹽造成總氮超標的環保壓力。

　　5.2 對生化池的影響

　　稀堿廢水處理生化系統采用接觸氧化工藝降解廢水中有機污染物，屬于好氧生物處理工藝。目前沒有資料顯示硫酸根離子對好氧生物處理系統存在大的影響，考慮到微生物針對特定環境的適應性，為維持系統運行的穩定，在使用硫酸替代硝酸過程中將采取循序漸進的替代方式，使微生物得到足夠時間的馴化，在替代方案實施過程中，同時配合生物增效劑和營養劑的使用。

　　5.3 對MBR的影響

　　硫酸投加入稀堿廢水處理系統，針對MBR反應器主要擔心有硫酸鈣在膜表面沉積造成膜污堵的風險。通過分析，稀堿廢水系統來水中鈣硬度(以碳酸鈣計)在50~100mg/L，折算成Ca2+離子濃度在0.5×10³~1.0×10³mol/L。經查硫酸鈣的溶度積常數為9.1×10^-6，如有硫酸鈣沉淀析出時，系統中SO₄^2-離子濃度需達到18.2×10^-3~9.1×10^-3mol/L，即873.6~1747.2mg/L，而稀堿廢水來水pH值正常在10.0~12.0，中和至pH值7.0時，消耗硫酸產生的SO₄^2-離子濃度最高在480mg/L左右，同時MBR反應器采用的是超濾膜組件，超濾膜主要用于去除懸浮物、膠體、大分子有機物、細菌以及病毒，對Ca2+離子和SO₄^2-離子截留率小，不會造成兩種離子在MBR池的濃度累積。因此，從Ca2+離子和SO₄^2-離子濃度分析，硫酸鈣在MBR反應器膜表面的沉積概率小，在整個稀堿廢水處理系統流程中，廢水進入MBR反應器之前，需要依次經過混凝和絮凝、氣浮、接觸氧化等處理工序，硫酸絕大部分在混凝池投加，即使因濃度高形成硫酸鈣不溶物，在混凝和絮凝、氣浮工序中也將會得到良好的去除。MBR反應器經過連續不斷的運行，有機物和無機鹽將會造成膜的污染和結垢，導致跨膜壓差升高，通量下降。為了穩定運行，須定期對膜組件進行清洗，清洗方式包括在線清洗和離線槽外清洗，清洗包括針對無機物的酸性清洗和針對有機污染物的堿性清洗，因此，即使MBR反應器膜上有硫酸鈣沉積物的污染，可通過正常的酸性清洗進行消除。