焦化廢水生物脫氮工藝_secret

1、焦化廢水生物脫氮工藝摘 要：根據(jù)焦化廢水治理技術的工程實踐,介紹了焦化廢水生物脫氮處理系統(tǒng)開工調(diào)試中污泥培養(yǎng)馴化的一些控制方法,并討論了影響硝化和反硝化反應的因素,總結了焦化廢水調(diào)試和運行的經(jīng)驗。關鍵字：焦化廢水 生物脫氮引言近年來,我國的煉焦行業(yè)發(fā)展極其迅速,目前我國焦炭年產(chǎn)量達1.78億t ,占世界焦炭總產(chǎn)量的45.6 % ,成為世界最大的焦炭生產(chǎn)國。但是焦炭生產(chǎn)中排放出大量的廢水、廢氣等有害污染物,使其成為污染最為嚴重的行業(yè)之一。焦炭是高耗水產(chǎn)業(yè),每年全國焦化廢水的排放量約為2.85 億t 。而我國焦化企業(yè)的普遍現(xiàn)狀是治理工藝落后、污水處理設備陳舊,大部分焦化廠排污存在CODcr不能達標

2、、NH3-N嚴重超標等問題。除少數(shù)廠外,大部分廠幾乎未對NH3-N進行處理,因此進一步降低排水CODcr濃度和提高NH3-N去除率是焦化廢水處理的焦點。由焦化廢水中所含有毒、有害物質造成的污染和中毒事件屢見不鮮,因此其治理已到了刻不容緩的地步。美國、日本、英國等國由于日益要求嚴格的環(huán)保等因素影響,已限制焦炭生產(chǎn)。焦化廢水的治理已成為世界性難題。2004年,我們在山西臨汾同世達實業(yè)有限公司的焦化廢水治理的工程實踐中,取得了良好的處理效果,經(jīng)過100多天的生物調(diào)試,出水已穩(wěn)定達標,為焦化廢水的治理摸索了一條有益的道路。1焦化廢水的來源、組成和水量臨汾同世達實業(yè)有限公司是年產(chǎn)70萬t冶金焦的煉焦廠,

3、生產(chǎn)工藝主要由焦化工藝、化產(chǎn)生產(chǎn)工藝兩部分組成。焦化廢水主要有生產(chǎn)廢水和生活化驗廢水組成,共有5 種廢水,見表1 。表1 廢水來源及水量廢水來源廢水產(chǎn)生途徑水量 /m3·h-1蒸氨廢水來自冷鼓電捕工藝18煤焦廢水來自煉熄焦工藝5. 5洗脫苯廢水來自洗脫苯工藝2. 5生活化驗廢水4. 5其他廠區(qū)的循環(huán)水排污、鍋爐水排污、電廠冷凝水都不定期地進入生化處理系統(tǒng)約82 污水處理工藝簡述本工程的設計處理水量為57m3/h,其中生產(chǎn)工藝廢水40m3/h,在生化階段加入17m3/h的稀釋水(工業(yè)循環(huán)水、生活污水) 。處理工藝由預處理、生物處理和深度處理等部分組成。工藝流程圖如圖1所示。預處理段由格

4、柵、隔油沉淀池、調(diào)節(jié)池、事故池、氣浮處理裝置組成;生物處理段采用A/O2工藝,處理水流至二沉池進行泥水分離后,進入混合反應池及混凝沉淀池進行深度處理,出水回用或達標外排。二沉池及混凝沉淀池的污泥進入污泥井,經(jīng)污泥泵提升進入污泥脫水機房內(nèi)濃縮脫水一體機進行污泥脫水,脫水后的泥餅定時外運,反沖洗水和濾液進入污水處理系統(tǒng)。3 生物調(diào)試期間活性污泥培養(yǎng)及馴化3. 1 種泥的來源及投加本工程A/O2反應池投加菌種污泥來源于臨汾市污水處理廠(氧化溝工藝) 的脫水污泥。菌種污泥的含水率約為85%左右。菌種污泥在A/O2反應池的1#、2#的O1 、O2 池上多點投加,直接投入好氧反應池。因本工程污水處理系統(tǒng)選

5、用的菌種污泥為市政污水處理廠的好氧系統(tǒng)的脫水污泥,其培養(yǎng)、馴化的污泥微生物在焦化廢水處理中有一定局限性,焦化廢水中的特有的污染物質不能很好得到降解,因此必須將菌種污泥馴化,誘導出針對焦化廢水處理專有微生物種類群種。所以在這期間,我們首先對投加完畢的污泥進行悶曝氣,使已經(jīng)厭氧消化的污泥逐步轉向好氧狀態(tài),污泥顏色由黑變黃,污泥活性逐步恢復。3. 2 好氧污泥的培養(yǎng)及馴化活性污泥的培養(yǎng)、馴化工作在A/O2反應池進行。菌種投加初期,系統(tǒng)在低負荷狀態(tài)下開始進水,為防止前期啟動過程中受進水條件的負荷沖擊,我們采用設計的滿負荷運行下的稀釋水量(17m3/h),加入少量的焦化廢水,保持在5m3/h10m3/h

6、,采取連續(xù)進水、連續(xù)出水的方式進行污泥馴化和培養(yǎng)工作。在此期間,污泥的活性初步得到了恢復,并逐漸適應焦化廢水的水質。污泥出現(xiàn)一定的增長,但對污染物的去除效果不太理想,生物相也不太好,分析原因,主要是由于蒸氨塔運行的工藝控制得不好,致使蒸氨塔出水NH3-N濃度高達500mg/L800mg/L ,生化系統(tǒng)的NH3-N濃度也達200mg/L300mg/L ,微生物被高濃度的NH3-N所抑制,系統(tǒng)的污泥活性基本處于對高濃度氨氮的適應性的馴化中,這給生化系統(tǒng)的污泥馴化、培養(yǎng)工作帶來了相當程度的制約。針對上述情況,廠方生產(chǎn)部門采取了積極有效的措施,蒸氨廢水水質基本上達到了設計進水要求,生物調(diào)試工作逐步走向

7、正常狀態(tài)。在生物調(diào)試初期,我們重點對好氧污泥進行培養(yǎng)和馴化,但即使保持低流量進水、延長好氧反應時間,系統(tǒng)出水的CODcr 、NH3-N卻一直都比較高,如圖2 所示,為此,我們及時啟動了反硝化反應,使出水水質得到改善。3.3 反硝化的啟動和缺氧污泥的培養(yǎng)及馴化當污水量提高到20m3/h時,我們及時啟動了反硝化反應,通過調(diào)整混合液回流比保持缺氧池中的溶解氧在0mg/ L0. 3mg/ L ,并通過向好氧系統(tǒng)投加NaOH、NaHCO3 維持硝化反應所需要的pH和堿度。采取了上述措施后,反硝化反應順利啟動,缺氧池表面可以觀察到穩(wěn)定均勻的氣泡逸出,說明系統(tǒng)產(chǎn)生了N2氣,水質分析時可以更明顯地觀察到缺氧池

8、中的水樣大量逸出氣泡的現(xiàn)象。在反硝化反應啟動一段時間以后,系統(tǒng)出水的CODcr 、明顯降低,反硝化產(chǎn)生的堿度補充一部分硝化反應所需要的堿度,好氧系統(tǒng)投加NaOH、NaHCO3也逐漸降低,水質情況如表2所示。表2 反硝化反應啟動后的水質情況項目NH3-N / mg·L-1CODcr / mg·L-1pH堿度 /mg·L-1好氧污泥的培養(yǎng)、馴化階段792082943786. 16. 850110反硝化啟動后的出水2. 115. 21522316. 26. 75090這說明:焦化廢水中許多難生物降解的稠環(huán)芳香烴和雜環(huán)化合物在單純的好氧生物處理工藝(曝氣池、生物濾池) 中

9、去除率很低,但經(jīng)過生物脫氮工藝處理后,這些污染物質的去除率顯著提高,且主要是在反硝化過程中被去除。隨著污泥培養(yǎng)、馴化的逐步進行,污泥質量得到改善,污泥外觀由黑色逐漸轉變?yōu)橥咙S色,系統(tǒng)處理效果明顯提高,出水NH3-N有所下降。MLSS開始逐步上升至2 000 mg/L 左右,污泥活性逐步提高,沉降性能良好,活性污泥呈現(xiàn)似棉花狀的絮體,活性污泥的培養(yǎng)開始發(fā)生由量變到質變的巨大變化。3.4 活性污泥培養(yǎng)馴化的成熟階段從污泥的培養(yǎng)馴化開始,經(jīng)過近兩個多月時間的運行調(diào)整,系統(tǒng)的運行日趨穩(wěn)定,處理效果良好。調(diào)試中逐漸提高配水比例(處理水量= 污水量+ 稀釋水量) ,污水的配水比例按10 %20 %逐漸提高

10、,直到全部廢水都進入處理系統(tǒng)處理為止,活性污泥的培養(yǎng)馴化已進入成熟階段。整個污水處理系統(tǒng)的運行情況良好。在預處理階段,來水中的焦油及焦油沉渣(重油) 通過隔油沉淀池后很好地被去除;在氣浮處理裝置中對來水中的乳化油進行很好地去除;在A/O2反應池曝氣過程中,在好氧池的O1 、O2 反應區(qū)碳化菌和硝化菌能夠合理生長,進水中的CODcr、NH3-N很快進行降解,二沉出水CODcr在80mg/L150mg/L ,NH3-N在5 mg/ L10 mg/ L ,酚在0.04 mg/ L0.5 mg/ L ,出水色度80 左右,出水水質感觀極好,系統(tǒng)微生物相良好,菌膠團生長密實,能發(fā)現(xiàn)呈磨菇狀、指狀的菌膠團

11、;豆形蟲、滴蟲等游離生物基本上沒有,系統(tǒng)中的微生物以原生動物如長柄鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、輪蟲等占多數(shù),并呈現(xiàn)很強的活性。進出水水質情況如表3 。表3 活性污泥培養(yǎng)馴化成熟后的水質情況項目CODcr / mg·L-1NH3-N / mg·L-1酚 / mg·L-1油 / mg·L-1pH進水862. 42 273. 6174. 6381. 242. 4197. 14. 79. 57. 08. 9二沉池出水62. 9157. 42. 115. 20. 021. 770. 81. 56. 88. 0 上述情況表明:目前活性污泥培養(yǎng)已完全成熟,系統(tǒng)達到預期的處理

12、水量和處理效果。3. 5混凝沉淀處理系統(tǒng)的調(diào)試在生化系統(tǒng)運行穩(wěn)定后,我們對深度處理系統(tǒng)進行了調(diào)試,采用了多種絮凝劑PAC、PAM、聚合硫酸鐵等做了靜態(tài)和動態(tài)的試驗,結果表明:投加量在600 mg/L1 000 mg/L 時,效果較佳。另外,混凝沉淀池必須要及時排泥。調(diào)試中曾因池底污泥外排不及時,導致沉泥上浮,引起出水懸浮物和CODcr濃度增高。表3為混凝沉淀處理系統(tǒng)的調(diào)試階段二沉池與混凝沉淀池出水的水質化驗數(shù)據(jù)。表4 二沉池與混凝沉淀池出水的水質情況項目CODcr / mg·L-1SS / mg·L-1色度/ 倍pH二沉池出水62. 9157. 42. 115. 2676.

13、 88. 0混凝沉淀池出水51. 279. 81. 27. 8406. 88. 0從表4可以看出:經(jīng)過混凝沉淀,CODcr可去除25 %35 %。4 影響生化系統(tǒng)運行因素的分析與討論4.1 生化系統(tǒng)進水水質的控制硝化細菌和反硝化細菌對外界影響因素非常敏感,所以必須嚴格控制蒸氨塔出水pH 不超過10 和NH3-N濃度不超過300 mg/ L 。在生物調(diào)試中,當進水氨氮濃度突然升高或pH 值突然升高時,缺氧系統(tǒng)出水水質很快變差,水面氣泡也很快減少,嚴重時甚至觀察不到氣泡出現(xiàn),好氧池中的微生物被高濃度的NH3-N所抑制,微生物活性和生物相很快變差,系統(tǒng)出水的CODcr從80 mg/ L120 mg/

14、 L 很快上升到300 mg/ L400 mg/ L,NH3-N從5 mg/L上升到60 mg/ L 。遇到這種情況時只有馬上減少進水水量,降低負荷,增加好氧系統(tǒng)NaOH、NaHCO3 的投加量,促進硝化反應的進行。即使這樣,生化系統(tǒng)也需要一周左右的時間才能恢復。因此,蒸氨處理階段,NaOH 投加量的控制十分重要,必須保證生化系統(tǒng)進水的水質。4.2 營養(yǎng)物的投加焦化廢水中磷源嚴重缺乏, 磷藥劑投加量按CP = 51 折算,每天需投加K2HPO4 20kg30 kg ,實際運行結果表明:該投加量可以使二沉池出水中總磷在0. 3 mg/ L以下,能夠滿足微生物正常生長的需要。4. 3 反硝化反應工

15、藝條件的控制反硝化反應所需要的工藝條件主要是:CN、溶解氧和pH。生物調(diào)試期間焦化廢水的進水CODcr 在1000 mg/ L1700 mg/ L 波動,總進水能夠提供足夠的碳源,使缺氧段的碳氮比符合反硝化條件,因此不需要投加碳源,就能使系統(tǒng)的硝態(tài)氮還原成氮;通過控制混合液回流比控制缺氧池的溶解氧在0.3 mg/ L以下;通過對好氧池NaOH投加量的控制,使缺氧池的pH 穩(wěn)定在7. 08. 0 。通過上述一系列的工藝調(diào)整,使缺氧池反硝化反應穩(wěn)定運行。實踐證明:缺氧池的穩(wěn)定運行,是生化系統(tǒng)良好運行的關鍵。首先,反硝化過程對廢水中一些難生物降解的有機物,特別是多環(huán)芳烴有開環(huán)作用,使其變得易于生物降

16、解; 其次, 反硝化過程中NO3-、NO2-中的氧能使有機物氧化分解,剩余的有機物進入好氧段進一步降解,這樣減輕了好氧段有機物的處理負荷,使好氧段的活性污泥以硝化菌為主體, NH3-N氧化為NO3-N的轉化率提高;此外,缺氧段反硝化中生成的堿可以補充好氧段硝化過程所需要的堿量,即可以減少硝化段堿的投加量。因此,A/O2工藝是一種能進一步提高焦化廢水的處理深度,使廢水中的氨氮、CODcr等各項指標達標的有效途徑。4. 4 堿度和pH 對硝化反應的影響硝化反應要消耗堿度。由于缺氧池所補充的堿度是有限的,在生物調(diào)試中,當廢水本身所含堿度不能滿足硝化要求時,就會使pH 值下降至6.0 ,堿度下降至50

17、 mg/ L (以CaCO3 計) ,導致硝化菌的活動受到抑制,硝化反應停止。因此,需要通過投堿維持硝化反應所需要的堿度和pH。由于焦化廢水中NH3-N含量很高,硝化時要消耗大量堿度。在硝化段,好氧異養(yǎng)菌和好氧自養(yǎng)菌共存。好氧異養(yǎng)菌以有機物為碳源,并從有機物的氧化中獲得能量;好氧自養(yǎng)菌以無機碳為碳源,并從無機物的氧化過程中獲得能量。硝化菌屬(硝酸菌屬和亞硝酸菌屬) 是高度好氧專性化能自養(yǎng)菌,在有溶解氧的情況下, 它將廢水中的NH3-N氧化為NO3-N和NO2-N,從中獲得能量,并以水中的無機碳作碳源。因而,對于硝化反應堿度有雙重作用:一是維持反應器pH 穩(wěn)定;二是利用HCO3-和CO32-的堿

18、度為硝化細菌生長提供碳源。所以,必須通過向好氧系統(tǒng)投加NaOH 和NaHCO3 以維持硝化反應所需要的堿度和pH。好氧池出水的堿度必須嚴格控制在100 mg/ L200 mg/ L ,pH 控制在6. 58. 0 ,以保證硝化反應的進行。4. 5 溶解氧對硝化反應的影響硝化過程需要消耗大量的氧, 理論上需4. 57 (mgO2)/ (mgNH3-N) 。工程中,我們采用在線溶解氧儀進行自動監(jiān)測,維持曝氣池的溶解氧在2 mg/ L4 mg/ L 。調(diào)試中,我們發(fā)現(xiàn)溶解氧、堿度和出水NH3-N存在如圖3 所示的關系。這表明:焦化廢水的生化處理中,堿度的控制是關鍵因素,隨著堿投加量的增加和pH (堿

19、度) 的上升,硝化反應進行得更加完全,需氧量增加,生化系統(tǒng)剩余溶解氧呈下降趨勢。5 結語通過對焦化廢水處理系統(tǒng)100 多天的調(diào)試,出水達到國家污水排放二級指標。結果證明:焦化廢水處理系統(tǒng)采用A/O2 生物脫氮處理工藝,對CODcr和NH3-N的去除率分別可達95 %和99 %。實踐 表明:對于焦化廢水污泥的培養(yǎng)及馴化,采用城市污水廠的脫水后污泥接種培養(yǎng),是焦化廢水生物脫氮處理開工調(diào)試時污泥培養(yǎng)馴化的一種有效方法,但需加一定量的稀釋水,控制污泥馴化初期的進水水質;焦化廢水處理系統(tǒng)中,硝化和反硝化細菌對環(huán)境變化十分敏感。雖然系統(tǒng)有一定的耐沖擊負荷能力,但對長時間處在氨氮波動狀態(tài)下的超負荷運行,會抑制硝化菌和異養(yǎng)菌的生長,造成出水水質惡化。因此,應嚴格控制預處理的進水水質,焦化廢水的處理中,運行管理很重要。