工业港废水排口氨氮处理技术研究与应用

俞 琴，卢 俞，舒 纯，陈 涛

（1武钢有限能源环保部，湖北武汉 430081；2内蒙古大学，内蒙古呼和浩特 010021）

引言

武钢有限厂区有两大废水排口，北湖废水排口和工业港废水排口，厂区废水经北湖、工业港两座污水处理站处理，处理后的水进入厂区回用或外排。随着武钢节水减排工作的推进，北湖排口已实现非雨期废水零排放，武钢厂区废水经工业港污水处理站处理后，经工业港废水排口排入长江。

武汉市环保局在工业港废水排口设有氨氮浓度和排水量在线监测装置，2019 年初开始，工业港废水排口无法满足废水氨氮浓度达标排放、氨氮总量受控的环保要求。排口来水氨氮总量高，现有工艺无氨氮削减能力，但工业港污水处理站及上游均无氨氮处理工艺，导致总排口氨氮达标排放及排放总量受控均很困难，存在较大环保风险。

工业废水去除氨氮有多种方法，但能真正应用于工业废水处理的方法，必须具有应用简便、处理性能稳定可靠、适应废水水质，以及经济实用等特点。按脱除氨氮的作用机理，一般可分为物理法、化学法和生物法。物理法主要包括反渗透法、蒸馏等，化学法主要包括吹脱法、汽提法和离子交换树脂法等，生物法脱氮可分为生物膜法和悬浮生物法。

国内外尚无废水排口脱氮处理的研究报道。鉴于国内冶金含中低浓度氨氮废水的排放达标一直是个难题，项目开发一种低浓度氨氮废水的脱氮处理工艺。

1 研究总体思路

本研究以高炉煤气洗涤水系统排污水和工业港水站出水为对象，通过一系列小试、中试研究，探索低浓度无机氨氮废水处理方法。创新了氨氮废水处理工艺，在高炉煤洗水排污水处理系统现场试验成功。为了现场成功应用且降低投资成本和运行成本，调整并优化工业港水站水处理工艺及管网运行压力，利用现有工艺设备做相应的技术改造，将1#调节池改为氨氮氧化池，利用虹吸装置将其出水改至2#调节池等，改造方案实施完成后，最终在工业港污水处理站成功应用。

2 技术方案

2.1 源头减排技术管理措施

采取措施降低高炉煤气洗涤水排污水量，杜绝焦炉煤气洗涤水进入系统。

2.1.1 加强排水稽查，严禁焦炉煤气、焦混煤气凝结水等高浓度氨氮废水收集水池出现高液位溢流；焦炉煤气、焦混煤气冷凝水收集至焦化集中处理。

2.1.2 清理高炉煤气洗涤系统外来水，避免其排入煤气洗涤系统。加强用水管理，合理控制高炉煤气水封补充，停用TRT液位浮标冲洗水，减少U形水封补充水和脱水机冲洗水，降低煤气系统直流用水量。

2.1.3 严禁高炉煤气洗涤水系统低电导排污。督促炼铁厂恢复5#、8#高炉煤气干法除尘。高炉煤气洗涤水系统电导率控制上限由10 000 μS/cm 提高至15 000 μS/cm，减少排污水量。瓦斯泥水站网带冲洗水直流改循环。

2.2 氧化法去除高炉煤洗水中氨氮的试验研究

向高炉煤洗排污水中加入次氯酸钠，次氯酸、次氯酸根离子与水中的氨氮反应产生一氯化胺、二氯化胺、三氯化胺。由于三氯胺在pH 值＜5.5 条件下才能稳定存在，而且在水中溶解度很低，由于高炉煤气洗涤水pH 值＞7，因此高炉煤气洗涤水中几乎不存在三氯化胺。只要在高炉煤气洗涤水中加入足够量的次氯酸钠剂量，就可以通过化学反应将水中的氨氮转化成氮气[1][2]。

相关反应机理可用下列反应式表示：

总反应式为：

2.2.1 次氯酸钠法去除高炉煤洗水中氨氮的试验

5#TRT煤气水封水，配制低浓度氨氮废水，做降低氨氮试验，测得源水的氨氮为156.3 mg/L，pH 值7.88，分别取20 mL 稀释到1 000 mL，50 mL 稀释到1 000 mL，按一定比例投加次氯酸钠，搅拌15 min，测氨氮含量，pH值。试验数据见表1。

表1 2019年3月19日5#TRT煤气水封水降氨氮试验

从表1 可知，氨氮浓度为3.706 mg/L 和8.117 mg/L 时，氨氮去除率均可以达到99%以上，次氯酸钠氧化法去除煤洗水中的氨氮可行。

2.2.2 5#水站次氯酸钠氧化法去除氨氮现场试验

试验方案：利用5#水站次氯酸钠投加装置，具体工艺为：高炉煤洗水排污水经斜板沉淀池混凝沉淀工艺处理后，其出水经pH调节池，调节废水pH至7～9 左右，再由次氯酸钠投加罐进行次氯酸投加，在氧化反应池中发生氧化脱氮反应，最后出水经调节池调节后排放至工业港，中试期间对废水的进水、出水pH 和氨氮进行监测分析，为了测算次氯酸钠的投加量，次氯酸钠的有效氯含量进行监测，现场试验工艺见图1。

图1 次氯酸钠氧化法脱氮中试试验工艺路线

中试试验数据见表2。

表2 次氯酸钠氧化法脱氮中试试验数据

对上述数据进行分析：

从图2可知，在中试试验初期，废水出水氨氮较高，氨氮去除率较低，但在中试实验后期，即3 月15日所取样监测情况来看，废水中氨氮浓度得到明显降低，最高脱除率达到95%以上。

图2 次氯酸钠氧化法脱氮中试试验中氨氮脱除率

由此可见，次氯酸钠氧化法去除高炉煤气洗涤水中的氨氮方法可行，去除率可达95%以上，为了降低处理成本，此工艺可在高炉煤气洗涤工艺排污水系统实施。各高炉煤气洗涤水源头减量管理和技术措施实施后，排污水量降低，运行成本降低。

2.2.3 工业港污水处理站次氯酸钠氧化法去除氨氮试验

工业港污水处理站出水做降低氨氮试验，参数见表3。测得原水的氨氮为3.36 mg/L，pH 值8.37，次氯酸钠的有效氯含量9.4%，按一定比例投加次氯酸钠，搅拌15 min，测氨氮含量、pH值。

表3 2019年3月22日工业港出水降氨氮试验

工业港次氯酸钠氧化法试验，氨氮去除率达85.8%，次氯酸钠氧化法去除工业港出水氨氮是可行的。

2.2.4 工业港污水处理站次氯酸钠氧化法去除氨氮现场试验

试验方案：武钢龙角湖方沟中污水通过粗格栅，由潜水泵提升到高位水池，通过重力流到细格栅、曝气沉砂池、高密度沉淀池，投加絮凝剂、石灰、助凝剂进行沉淀，澄清水投加一定浓度的次氯酸钠，氧化法降低氨氮浓度后，流入V 型滤池过滤，滤后水进入清水池，最后由回用水泵将水送入回用水管网或达标排放。试验工艺见图3。

图3 工业港现场试验工艺简图

现场试验时，源水流量9 888 m3/h，经计算，现场加药装置能力不能满足试验要求，采取措施调节12 线进水量，即增加1 线进水量，降低2 线进水量，提高2 线加药量，在2#线做试验，氨氮浓度达标，去除率达80%以上。试验数据见表4。

表4 工业港氨氮现场试验数据

上述实验证明，次氯酸钠氧化法去除工业港排口低浓度氨氮方法是可行的，与传统工艺相比，成本低，易实施。

2.3 次氯酸钠氧化法氨氮治理现场应用

工业港污水处理站现场试验成功后，调整并优化工业港水站水处理工艺，做相应的技术改造，将1#调节池改为氨氮氧化池，增加次氯酸钠投加管道，溢流口喇叭管侧向开口，增加溢流排水量；封堵1#沉砂池出水口，利用虹吸装置将其出水改至2#调节池；清水池外排水由溢流直排改为泵送至1#调节池氧化后排放；增加次氯酸钠储罐和投加泵、管道；二干线增设至1#调节池泄流管道和调节阀，转输外排水。具体工艺及变化见图4。改造方案完成后，按照现场试验方案制定了工业港氨氮治理调试方案，于2019 年9 月2 日正式实施，实施后效果明显，达到各项预期目标。

图4 工业港氨氮治理工艺简图

2.3.1 工业港水站干线压力调整措施

2.3.1.1 干线压力低调整

干线压力优先使用变频器调节，当2 台回用水泵运行，变频器基本满频后，干线压力依然偏低，可增开1 台回用水泵运行，同步调整变频泵频率；当3台回用水泵运行，变频泵基本满频后，干线压力依然偏低，可减小二干线电动调节阀开度，必要时可以全关。

2.3.1.2 干线压力高调整

当3台回用水泵运行，变频器实际频率较低时，干线压力依然偏高，可停开1台回用水泵运行，同步调整变频泵频率；当2台回用水泵运行，变频泵低频运行时，干线压力依然偏高，可增开二干线电动调节阀开度，但不能超过30%。

2.3.1.3 清水池液位调整

清水池液位优先通过二干线电动调节阀开度调整。在干线压力正常，但清水池液位低，可降低电动调节阀开度，反之，则增加开度。

2.3.1.4 提升液位调整

提升液位通过提升泵频率调整。当提升泵低频运行，且提升液位仍较低时，可减少1台提升泵运行；反之，增开提升泵，但最大提升量控制在10 500 m3/h以内。

2.3.2 水量、水质控制措施

工业港水站增加过滤器反洗水收集池，缓冲水量波动。

调整水源系统运行方式，减少非常规排水量，控制回用水电导值，减少工业港排口废水量。

调整管网系统运行方式，关闭20#水站泄水阀，进一步降低工业港排口废水量；利用变频器动态调整工业港水站干线压力，利用二干线调节阀动态调整清水池水位，避免清水池溢流造成高低浓度氨氮废水混排；调整北湖水站调节阀控制方式，减缓干线压力、流量波动。

3 创新点

3.1 探索出次氯酸钠氧化法氨氮处理工艺，与现有各种传统氨氮废水处理工艺相比，具有投资省、运行成本低、效果好、无二次污染等明显优势。

3.2 工艺方案仅对工业港水站外排水进行氨氮削减，不仅可降低氨氮处理成本，还可避免次氯酸钠对工业水管网的腐蚀，减少供水管网泄漏。

4 结语

本研究采用针对性强，效果好；实施快，投资少的技术措施；技术措施与管理措施并举，源头减排与末端治理结合；环保达标与水质保产兼顾，实现了工业港排口氨氮排放浓度稳定达标(≤5 mg/L)。2019年工业港排口氨氮总量71.26 t，完成了公司年度氨氮排放总量控制目标（≤80 t），实现工业港排口非雨期废水无翻坝（拦截闸）。目前处理效果好，达到预期目标。在实施过程中，根据进水氨氮检测结果，确定次氯酸钠的投加量，在保证氨氮浓度总量达标的情况下，降低运行成本。