张永涛，丁志伟，王素英
（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡453000）
［摘 要］某450 kt/a煤制合成氨项目设置有中水回用装置,但中水回用装置外排浓水中总氮含量高达50 mg/L，需进行降总氮处理后才能达标排放。为此，在分析中水回用装置外排浓水水质特点及几种脱氮工艺的基础上，决定选择反硝化生物脱氮工艺对中水回用岗位外排浓水通过几种技术的有机结合进行回收利用。浓水回收利用项目投运后，浓水总氮含量由50 mg/L降至5 mg/L以下，回收利用除盐水约60 m3/h，不仅可避免外排水总氮超标的风险、缓解除盐水供应紧张的问题，而且可减少一次水的取水量，使整个水系统达到良性循环的状态，从而为生产系统的稳定、优质运行提供有力的支撑。
［关键词］合成氨项目；中水回用装置；浓水脱氮；反硝化生物脱氮；回收利用；运行情况；效益分析
［中图分类号］TQ085+.4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）04-0023-03
1 概 述
氮素在自然界中主要以分子氮、有机氮化合物、无机氮化合物三种形态存在，水体中的氮主要包括有机氮和无机氮两大类，其总量称为总氮。近年来，水体污染情况比较严重，尤其是在赤潮和水体富营养化方面，有研究表明，赤潮和水体富营养化与水体中氮含量的增加有着紧密的联系［1］，降低水体中的氮含量已迫在眉睫。
某煤制合成氨企业450 kt/a合成氨项目气化装置采用国内具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化炉（激冷流程），两开一备，单炉设计投煤量为1 200 t/d。该合成氨企业的直接外排废水主要包括循环水排污以及污水终端处理之后达标的废水。随着企业的不断发展，取水量和外排水量随之增加，由于水资源的日益紧张且原水水质较差，为提高水资源的利用率，该企业增设了中水回用装置，通过降浊度、除盐分等措施将直接外排的循环水排污水通过处理后重新补入循环水系统，其中水回用装置外排浓水水质数据见表1。可以看出，其中水回用岗位外排浓水中总氮含量为50 mg/L，而企业规定的外排浓水中总氮含量需在15 mg/L以下，因此中水回用装置外排浓水需进行降总氮处理后才能达标排放。
随着水资源管控力度越来越大以及环保形势的日益严峻，对企业的取水量以及外排水量管控越来越严，企业需从自身园区内部的废水中寻找资源，以提升水资源的综合利用率。进一步分析中水回用装置外排浓水水质分析数据（见表1），可以看出，中水回用岗位产生的浓水的总氮含量、总硬度及COD值较高，通过该企业园区内的浓水处理装置可以有效降低此股浓水的COD值及总硬度，但不能降低其总氮含量，即利用园区内的超滤和反渗透装置对此部分浓水进行净化处理后，所产生的浓水总氮仍不能达到直接外排的要求。简言之，为回收此部分浓水，减少一次水的取水量以及外排水量，需增设脱氮装置对中水回用岗位的浓水进行预处理。
2 脱氮工艺及选择
铵态氮和亚硝酸盐是水体中氮的主要赋存形态。随着环保形势的日益严峻，选择环境友好型、不产生二次污染的脱氮工艺是业内研究的重点。生物脱氮具有效果显著、成本低廉、环境友好、无二次污染等优点，是目前具有代表性的脱氮工艺技术。生物脱氮工艺主要分为反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化三大类，就是反硝化细菌将NO3-、NO2-、NO还原为N2的过程［2-4］。
2.1 反硝化工艺
利用细菌将以硝酸盐形式存在的氮（NO3-）通过一系列载体（NO2-、NO、N2O）发生生物化学反应，进而生成氮气（N2）的过程，参与这一过程的细菌统称为反硝化菌［5］。反硝化菌所需的能量通过无氧条件下硝酸盐（NO3-）或亚硝酸盐（NO2-）作为电子受体进行缺氧呼吸而获得。
2.2 短程硝化反硝化工艺
正常硝化是NH3生成NO2-、进而生成NO3-的过程。反硝化为NO3-在缺氧条件下生成NO2-、再进一步生成N2的过程。短程硝化反硝化就是将硝化过程控制在NO2-阶段，阻止NO2-进一步氧化为NO3-，NO2-直接作为电子最终受氢体进行反硝化，其电子受体是NO2-，其脱氮的核心在于NO2-的积累［6］。
2.3 厌氧氨氧化工艺
厌氧氨氧化工艺诞生于上世纪90年代［7］，厌氧氨氧化菌属于浮霉菌目，该工艺打破了传统生物脱氮工艺中的基本理论范畴，其以NH4+为电子供体，以硝酸盐（NO3-）或亚硝酸盐（NO2-）为电子受体，利用厌氧氨氧化菌将废水中的NH4+和NO2-转化为氮气（NO2-+ NH4+→N2+2H2O）。以NH4+为电子供体的优势在于无需补充碳源，可缩减处理成本，其不足之处在于厌氧氨氧化菌细胞产率较低，会致污泥产量远低于传统生物脱氮工艺。
2.4 脱氮工艺的确定
由于该企业中水回用装置外排浓水中总氮主要以硝态氮为主，不具备使用厌氧氨氧化工艺和短程硝化反硝化工艺的底物条件，反硝化工艺最为适合，因此选择反硝化工艺进行脱氮。
3 浓水回收利用系统工艺流程
由表1可知，中水回用装置外排浓水水质较差，总氮、总硬度和COD值均较高，因此脱氮过程中需利用该企业现有的浓水处理装置将中水回用装置外排浓水的总硬度和COD值降低。鉴于目前对一次水取水量和外排水量的管控越来越严，系统除盐水供应紧张以及循环水水质差等问题，决定将中水回用岗位外排浓水经过脱氮装置及浓水处理装置降COD和总硬度之后，
更多内容详见《中氮肥》2020年第4期