隨著煉焦企業(yè)向規(guī)模化、集約化發(fā)展，大型焦化廢水處理系統(tǒng)在國內(nèi)已不罕見。由于焦化廢水中存在有害有毒物質(zhì)，傳統(tǒng)的生物處理方法很難使COD 和氨氮達到排放標(biāo)準(zhǔn)。介紹了包鋼焦化廠焦化廢水處理工藝及運行情況。該廠采用A/O2 法處理焦化廢水，通過調(diào)整進水碳氮比、利用共代謝作用和采用延時曝氣，廢水COD 和氨氮的去除效果明顯，出水各項指標(biāo)均達到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—1992）中的一級標(biāo)準(zhǔn)。同時對運行過程中存在的問題進行了分析，以供借鑒。
［關(guān)鍵詞］焦化廢水；A/O2 工藝；生物處理
工程實例
焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和焦化副產(chǎn)品精制過程中產(chǎn)生的廢水。廢水中含有氨、硫氰酸、酚類物質(zhì)和其他有機物，如含氮、氧和硫的雜環(huán)化合物以及多環(huán)芳烴。由于廢水中含有高濃度的氨氮和有毒、有害有機化合物，該類廢水對環(huán)境影響很大〔1〕。隨著國家對環(huán)保的要求日益嚴(yán)格，煉焦企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模趨于大型化、系統(tǒng)化。焦?fàn)t的大型化和產(chǎn)能的擴大，使焦化廢水的產(chǎn)生量相應(yīng)增加，由此，大型焦化廠的廢水處理顯得更為重要。常規(guī)的預(yù)處理+生化二級處理工藝難以保證焦化廢水中的COD和氨氮穩(wěn)定達標(biāo)〔2〕。
包鋼焦化廠現(xiàn)有10 座焦?fàn)t，焦炭年生產(chǎn)能力465 萬t，有焦化廢水處理站2 座，其中第二廢水處理站處理規(guī)模為350 m3/h，屬于國內(nèi)大型焦化廢水處理設(shè)施之一。第二廢水處理站于2007 年底投產(chǎn)，采用A/O2 法生物脫氮工藝，其廢水主要來源于蒸氨廢水、焦化副產(chǎn)品回收及精制過程中產(chǎn)生的廢水、煤氣管道水封排水以及包鋼燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)廢水等。其設(shè)計進出水水質(zhì)如表1 所示。
表1 系統(tǒng)設(shè)計進出水水質(zhì)
為實現(xiàn)廢水的全面達標(biāo)排放，在工藝設(shè)計和水質(zhì)調(diào)節(jié)等方面進行了有益的探索，取得了很好的效果。
1 處理工藝流程及構(gòu)筑物
廢水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。
圖1 廢水處理系統(tǒng)工藝流程
各構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)及主要功能見表2。
表2 各構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)及主要功能
2 運行結(jié)果討論
2.1 系統(tǒng)的啟動
接種污泥取自市政污水處理廠的脫水污泥。投加量為3.5 kg/m3。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，首先經(jīng)由缺氧池向好氧池注入半池清水，然后開啟鼓風(fēng)機，直接向好氧池內(nèi)多點投加去除大塊雜物后的脫水污泥。
在污泥投入好氧池后，適量投加磷鹽并注滿水進行悶曝，監(jiān)測池內(nèi)的溶解氧值，使溶解氧保持在2～4 mg/L，觀察活性污泥顏色應(yīng)由黑變黃，此過程大約需要1～3 d。繼續(xù)曝氣，直至污泥明顯轉(zhuǎn)變顏色，并有絮體生成。待污泥活性恢復(fù)后，向系統(tǒng)少量連續(xù)或間斷加入污水。每天換水1～2 次，每次換水量為設(shè)計容積的1/10，混合液進入二沉池，待二沉池液位達到額定位置時，啟動污泥回流系統(tǒng)向A/O2 池內(nèi)回流污泥。
2.2 運行參數(shù)的控制
2.2.1溶解氧
A 池溶解氧（DO）要求控制在0.5 mg/L 以內(nèi)。A池DO 的大小會隨混合液的回流比發(fā)生變化，混合液回流量過大會導(dǎo)致A 池DO 過高，影響反硝化效果。O 池DO 一般控制在4 mg/L 左右，但因其前端負荷大，要求DO 相對較高，為4～6 mg/L。O 池出口DO控制在2 mg/L。
2.2.2溫度
環(huán)境溫度對微生物的活性影響明顯，一般情況下微生物生長最適宜的溫度為10～38 ℃。在生物脫氮系統(tǒng)中，保持水溫在25～30 ℃，其中硝化菌對溫度更敏感，其最適宜水溫為30 ℃左右。在冬季調(diào)試運行中，采用了蒸汽加熱的方法，使A/O 池水溫保持在要求范圍之內(nèi)。
2.2.3 pH
在硝化反應(yīng)過程中，1 g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮約消耗7.14 g重碳酸鹽（以CaCO3計）。如果系統(tǒng)中沒有足夠的堿度，隨著系統(tǒng)中氨氮的降解，pH 會下降很快。硝化菌對pH 的變化十分敏感，為保持適宜的pH（硝化菌的適宜pH 為8.0～8.4），需在O 池中保持足夠的堿度。對比試驗表明，在O 池中投加NaOH對pH 的提高效果比Na2CO3更明顯。
2.2.4混合液回流比
O 池混合液回流到A 池的比例要足夠大，才能保證硝酸鹽更多地被轉(zhuǎn)化為氮氣。但其回流比也不宜太大，因為混合液回流量過大會導(dǎo)致A 池DO 過高，使反硝化菌的活性受到抑制。由此，混合液回流比應(yīng)控制在200%～400%，一般為300%左右。
2.2.5污泥負荷
為使系統(tǒng)達到更好的脫氮效果必須控制系統(tǒng)的處理負荷。因為在微生物菌群體系中，硝化菌的比增長速率要低于異養(yǎng)型細菌，在高負荷環(huán)境中，生長速率高的異養(yǎng)細菌能夠很快利用溶解氧將進水中的有機物降解，并形成自身的增殖；而生長速率緩慢的硝化菌則不能很好地利用系統(tǒng)的氧降解氨氮，使硝化菌不能得到增殖，脫氮效果下降。運行中系統(tǒng)的COD 污泥負荷基本上在0.1～0.2 kg/（kg·d）。好氧池通過隔墻分成O1 段和O2 段，在O1 段碳化菌和硝化菌能夠合理地生長，進水中的COD 和氨氮得到降解；在O2 段系統(tǒng)微生物利用內(nèi)源呼吸作用對剩余的有機物和氨氮進行再次降解，此時系統(tǒng)的有機物成分相對較少，碳化菌基本上處在內(nèi)源呼吸末期及微生物的休眠期，而硝化菌則占絕對優(yōu)勢，對氨氮的降解更徹底。
2.3 系統(tǒng)運行情況
生物處理后，出水氨氮已達到GB 13456—1992的一級排放標(biāo)準(zhǔn)，但COD 仍較高；經(jīng)過混凝沉淀處理后，出水COD 達到GB 13456—1992 的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。2011 年5 月系統(tǒng)的運行情況見表3。
表3 系統(tǒng)主要污染物去除情況mg/L
3 工藝特點及應(yīng)改進的問題
（1）接入燃氣輪機廢水，嘗試將不同水源污水混和后進行處理，其結(jié)果降低了容積負荷，使碳氮比更加合理，達到事半功倍的效果。焦化廢水COD 很高，從而其碳氮比過高，在硝化過程中，從微生物角度考慮，由于硝化菌生長慢，異養(yǎng)菌生長快，有機物過多，異養(yǎng)菌活躍，繁殖快，會抑制硝化菌的活性，只有COD 降到一定程度后，硝化菌才能從被抑制中活躍起來。反硝化過程是反硝化菌利用系統(tǒng)的碳源將硝化產(chǎn)物NO2-和NO3-還原成N2，因此，碳源是否充足將直接影響反硝化效果〔3〕。理論上講，碳氮比為2.86時，即可滿足反硝化需要〔4〕，而S. Brond 等〔5〕的試驗表明，COD/ρ（N）>8 時才能使反硝化完全。接入碳氮比較低的燃氣輪機廢水，使進水COD/ρ（N）調(diào)整到8左右，從而有利于硝化反硝化反應(yīng)的進行。
（2）接入生活廢水，利用共代謝作用。微生物的共代謝作用是指只有在初級能源物質(zhì)存在時才能進行的有機化合物的生物降解過程。許多難降解有機物的去除都是通過共代謝途徑進行的。例如，在氧化塘處理焦化廢水的系統(tǒng)中，投加生活污水可大大提高COD 去除率，其主要原因就是生活污水中含有多種營養(yǎng)元素，加強了生物的共代謝作用〔6〕。在系統(tǒng)設(shè)計中，將廢水處理站小區(qū)生活污水收集到集水井中，通過格柵去掉大的漂浮物后進到A 池中處理。具體參見http://m.xhxdt.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
（3）采用延時曝氣法，利于污染物的降解。延時曝氣法是通過延長曝氣時間，使微生物處于內(nèi)源呼吸階段，可大大減少剩余污泥量；曝氣池中MLSS 較高，有機負荷低。同時由于微生物量大、濃度高，可適應(yīng)一定范圍內(nèi)的水質(zhì)、水量變化。該系統(tǒng)中A/O2池停留時間達到98 h，MLSS 達到5 000～6 000 mg/L。
（4）采用微孔曝氣管，提高氧利用率。O 池中鋪設(shè)了服務(wù)面積為2～8 m2/（根·h）、長1 000 mm、管徑67 mm的管式曝氣器4 028 根。每個曝氣器開有約5萬個1～3 mm 微孔，曝氣時管狀膜套沿徑向等徑擴張，產(chǎn)生大量大小一致、細密均勻的氣泡，大大增加了氣液接觸面積，氧利用率高達40％以上。膜套厚度小、彈性高、壓力損失小；膜套上微孔數(shù)量多而細密，理論充氧動力效率高達9.0 kg/（kW·h）以上。
不過，通過幾年的運行該系統(tǒng)也暴露出一些問題，如氣浮除油效果差，對懸浮物去除率不高；A 池潛水?dāng)嚢杵髂芰ζ。收下矢撸瑥亩绊懭毖醴磻?yīng)的順利進行；微孔曝氣管有脫落現(xiàn)象，影響曝氣效果；混凝沉淀池刮吸泥機裝置化學(xué)污泥提升量不好把握，從而一定程度上影響了出水COD 和懸浮物的穩(wěn)定達標(biāo)。
4 系統(tǒng)運行費用分析
系統(tǒng)運行費用分析結(jié)果表明，處理1 m3水的運行費用為5.91～7.26 元，其中原材料和動力消耗成本為5.07～6.42 元/m3，人工費0.16 元/m3，制造費0.68元/m3，折舊費0.57 元/m3，檢修維護費0.11 元/m3。說明藥劑等原材料和水、電等的合理有效使用是降低廢水處理成本的重要手段。
5 結(jié)語
采用A/O2 法處理焦化廢水在大型系統(tǒng)中優(yōu)勢明顯，操作簡單，運行穩(wěn)定。碳氮比的合理選擇、共代謝作用的利用以及延時曝氣等措施使系統(tǒng)COD 和氨氮去除效果明顯，且該方法處理運行成本較低。
［參考文獻］
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［3］楊平，王彬. 生物法處理焦化廢水評述［J］. 化工環(huán)保，2001，21（3）：144-149.
［4］陳風(fēng)崗，劉俊新. 薛城焦化廠廢水的A/O 處理工藝［J］. 給水排水，1994，20（1）：27-30.
［5］ Brond S，Sund C. Biological removal of nitrogen in toxic industrial effluents［J］. Wat. Sci. Tech.，1994，29（9）：231-240.
［6］單明軍，呂艷麗，叢蕾. 焦化廢水處理技術(shù)［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：30-34.
［作者簡介］巴雅爾（1972-），高級工程師，在讀博士。（谷騰環(huán)保網(wǎng)）
