隨著近年來人們對清潔能源的重視，太陽能行業加速發展，尤以晶體硅太陽能電池板發展最為成熟。在電池板制作過程中，會排出大量的含高氮(硝氮氮)廢水，需要進行處理。高氮(硝態氮)廢水氮濃度高，處理難度大。基于我司對于含高氮廢水處理豐富的工程經驗，并結合光伏廠電池片廢水水質特性，該工廠采用高效生物脫氮工藝對含氮(硝態氮)廢水進行處理，經處理后的出水濃度如總氮、SS等指標滿足《電池工業污染物排放標準》(GB30484-2013)中間接排放標準，即T-N≤40mg/L、SS≤140mg/L。
1、某光伏廠電池片廢水改造項目概況
江蘇省某光伏廠在生產中會排放約1500m3/d的含氮(硝態氮)廢水。其中濃氮廢液30m3/d(硝態氮濃度為48000mg/L)，稀氮廢水1470m3/d(硝態氮濃度為250mg/L)。原污水站采取濃氮廢液直接委外處理，稀氮廢水經過除氟后排入下游污水廠的處理方式，污水處理費用高達300萬元/月。工廠為了減少污水處理費用，于2019年8月進行污水站升級改造，增加高效生物脫氮工藝系統，2019年11月開始工藝調試，調試周期35d，最終出水達到《電池工業污染物排放標準》(GB30484-2013)中間接排放標準。
1.1 廢水水質水量
濃、稀氮廢水經過污水站含氟處理系統處理并混合后，水質如表1所示。
1.2 工藝流程
廢水站的工藝流程
廢水進入高效脫氮調配池。調配池分兩格，第一格內設空氣攪拌系統，在均勻水質水量的同時強制去除廢水中少量的雙氧水(過氧化氫)，第二格設置潛水攪拌機。
在調配池內投加甲醇，作為后續脫氮反應的碳源。調配池內設置自動加溫裝置，控制池內廢水溫度。調配池內廢水pH高于8時，自動投加H2SO4溶液，調整廢水pH。調配池出水經過泵提升至高效脫氮反應器，廢水從脫氮反應器底部進入，脫氮反應器底部布有可均勻布水的布水管，布水管上開有等間距但不同孔徑的布水孔，從而實現均勻布水的目的。均勻上升的廢水中總氮(硝態氮)在反應器中與反硝化顆粒污泥充分接觸，在此過程中，反硝化顆粒污泥中反硝化菌利用投加的甲醇碳源將廢水中的總氮(硝態氮)吸收及降解，轉化為氮氣。氮氣、泥、水混合液在裝置頂部的三相分離器中進行固、液、氣的三項分離。高效脫氮反應器出水設置在線總氮(硝態氮)測定儀，達標水自動排放，不達標水自動回流至調配池內重新處理。脫氮反應器的污泥定期排入污泥池。
2、主要構筑物及設備
2.1 調配池
調配池1座，按1500m3/d進水量設計。收集含氟處理出水，池內投加必要的碳源及營養物質等。池體尺寸10.3m×7.4m×6.5m，有效水深6.0m，池體總有效容積458m3，有效停留時間7.30h，地上鋼筋混凝土結構，池內進行三布五油FRP防腐。
2.2 高效脫氮反應器
高效脫氮反應器2座，碳鋼防腐罐體，按1500m3/d進水量設計。反應器進水同循環泵出水在反應器外部匯合后進入其底部配水系統，攪動沉積在反應器底部反硝化顆粒污泥，均勻布水的同時保證廢水同反硝化顆粒污泥充分接觸。高效脫氮菌種高比活性(1.5gNO3-N/gVSS.d以上)和反硝化細菌高濃度(15g/L以上)，使反應器具有高效去除廢水中總氮的能力(硝態氮去除率達到97%以上)。單座反應器尺寸準6.5m×18m，兩座總有效容積1193m3，有效停留時間18h，容積負荷(TNUV)大于2.5kg•m-3•d-1。
2.3 藥劑配置及投加系統
(1)硫酸投加系統。使用40%的稀硫酸，投加量根據調配池進水的pH自動調整。
(2)營養鹽投加系統。營養鹽為液體，主要成分為鐵、鎳、P等微量元素。投加量為12kg/d。
(3)甲醇投加系統。使用濃度為99.99%的甲醇，投加量為3450kg/d。甲醇儲罐采用不銹鋼浮頂罐，容積8m3。甲醇投加系統考慮防爆要求。
2.4 自控檢測控制系統
為保證高效脫氮工藝處理效果，整個處理系統安裝了自控儀表及PLC自控系統。
(1)設置液位計持續監測調配池液位，并與高效脫氮反應器進水管路上的氣動調節閥及流量計連鎖。
(2)在線pH計連續檢測調配池內pH，當pH不在合適范圍內時，通過控制硫酸投加泵的啟停來自動調節廢水pH。
(3)在線溫度計連續監測調配池內的廢水溫度，當溫度不在合適范圍內時，通過控制蒸汽管路上自動閥門的啟停來自動調節廢水溫度。
(4)設有COD在線監測儀、氟離子在線監測儀、氨氮在線監測儀、電導率在線監測儀，當以上監測數據不在設定范圍內時，系統會自動給出報警信號，并自動關閉高效脫氮反應器的進水。
(5)設有總氮在線監測儀，系統能自動根據高效脫氮反應器進水流量、進水硝酸鹽氮(總氮減氨氮)計算所需的甲醇量，并由甲醇投加管路上的流量計控制甲醇投加泵的頻率，確保甲醇精確投加，既保證了總氮穩定達標，又避免了甲醇的浪費。
3、主要設備和參數
該工藝主要設備和參數如表2所示。
4、工藝調試及運行控制要點
4.1 污泥培養馴化
脫氮系統調試的主要工作是污泥馴化培養。脫氮反應器內初始啟動的污泥，一部分為我公司自行培養的高效脫氮污泥(體積1t)，另外為厭氧顆粒污泥，體積為190t。兩種污泥混合一并投入2座高效脫氮反應器，脫氮反應器進廢水至頂部出水堰板剛出水為止，開啟脫氮反應器的循環泵進行循環，每4h監測脫氮反應器內廢水的總氮(硝態氮)及COD濃度，并通過鏡檢，觀察污泥中微生物活性及數量。當廢水的總氮(硝態氮)濃度小于34mg/L時，開始小流量連續進水，進水量以保證出水總氮不超過34mg/L為宜。經過35d的工藝調試，廢水中的總氮(硝態氮)去除效果穩定，鏡檢發現大量紅色的顆粒污泥，其直徑集中分布在0.5~2mm(詳見圖2-高效脫氮顆粒污泥)。故認為脫氮系統的污泥馴化成功。
4.2 運行控制要點
(1)廢水溫度控制在25℃以上。溫度對脫氮反應器運行效果有較大影響，水溫低于20℃時，處理效果較差。此項目對脫氮反應器進行了保溫并設置了蒸汽加熱系統，能很好地將廢水水溫控制25℃~30℃之間。
(2)專屬營養液的投加。廢水中微量元素的缺失，會影響高效反應器的處理效果。我們針對此類廢水缺少的微量元素，專門配置了專屬的營養液，按需加入脫氮反應器內。
(3)控制調配池內廢水雙氧水濃度低于0.5mg/L。雙氧水濃度高于0.5mg/L時，會造成脫氮效率下降，脫氮菌種死亡。當廢水中雙氧水濃度超標時，加大調配池鼓風機的曝氣量，并人工投加還原劑來降低雙氧水的值。
(4)控制廢水中鈣離子濃度低于600mg/L。調試初期，鈣離子的存在可以降低微生物的Zeta電位，減小微生物之間相互作用的力，促進顆粒污泥的快速產生。但隨著鈣離子累計，高效脫氮污泥日℃鈣化，污泥活性逐漸降低，較高的鈣離子，會加劇污泥鈣化。反應器進水鈣離子濃度高于1000mg/L時，一般在3個月左右就要補充高效脫氮污泥，當鈣離子濃度低于600mg/L時，污泥更換時間可以延長到6個月或更長。
4.3 運行效果分析
系統調試結束后，第三方檢測機構檢測數據顯示廢水經處理后，出水水質優于《電池工業污染物排放標準》(GB30484-2013)中間接排放標準，水質檢測數據如表3所示。
由表3可知，高效脫氮反應器對于廢水中的總氮(硝態氮)去除率非常高(97%)。脫氮反應器底部經過特殊設計的布水方式，可以確保脫氮反應器均勻布水，大大提升裝置容積的利用效率，提高總氮的去除效率。
5、技術經濟分析
污水運行費用包含藥劑費、電費、蒸汽費用。藥劑費用為8.43元/m3(甲醇8.28元/m3廢水，營養鹽0.15元/m3廢水)，電費為0.17元/m3廢水，蒸汽費用為0.48元/m3廢水，合計費用9.09元/m3廢水。月運行費用約41萬元，比改造前節約259萬元/月。
6、結論
針對光伏電池片高氮(硝態氮)廢水，采用高效生物脫氮工藝，處理效果能達到設計要求，不但解決了達標排放的環保要求，還大大節約了運行費用。總工程投資1223萬元，系統運行費用合9.09元/m3廢水。運行結果表明最終出水優于《電池工業污染物排放標準》(GB30484-2013)中間接排放標準。(來源：上海碧州環保能源科技有限公司)
