生化處理技術(shù)治理焦化廢水的實(shí)踐
摘要：采用HSB+A/O 生化處理技術(shù)改造南昌鋼鐵有限責(zé)任公司焦化污水處理系統(tǒng),該系統(tǒng)投資少,運(yùn)行成本低, 外排廢水達(dá)到GB13456-92 要求。
關(guān)鍵詞：高效微生物,A-O 工藝,焦化廢水,污水治理
1 概述
焦化廢水是焦化企業(yè)在對煤氣凈化處理及化工產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水, 如剩余氨水、終冷水、粗苯分離水等, 這些廢水含有大量的酚類化合物、多環(huán)芳香族化合物、含氮氧硫等雜環(huán)化合物及脂肪族化合物, 是一種成分復(fù)雜、污染物濃度高、具有較強(qiáng)生物毒性及可生化性差的工業(yè)廢水。 20 世紀(jì)70 年代, 我國的焦化廢水處理廣泛采用活性污泥法, 該法可使廢水中的酚、氰降解率達(dá)到 99%以上。80 年代以來國內(nèi)開始對焦化廢水進(jìn)行生物脫氮的試驗(yàn)研究,并取得明顯進(jìn)展, 具有代表性的是硝化反硝化技術(shù)的應(yīng)用及其工藝的不斷改進(jìn), 包括A- O、A- A- O、A- O- O、短程A- O 法等( 統(tǒng)稱A- O 法) 。90 年代, A- O 生物脫氮技術(shù)開始在寶鋼等少數(shù)焦化企業(yè)應(yīng)用, 該技術(shù)克服了常規(guī)活性污泥法處理能力不足、耐沖擊負(fù)荷差等許多弊病, 效果進(jìn)一步提高, 但仍存在微生物生存環(huán)境要求較高、總停留時(shí)間較長、占地面積較大、投資費(fèi)用高、運(yùn)行管理復(fù)雜費(fèi)用高的不足, 難以被大多數(shù)焦化企業(yè)接受。因此, 尋求既能實(shí)現(xiàn)焦化廢水全面達(dá)標(biāo), 又適合企業(yè)實(shí)際的高效率、低投入、低運(yùn)行成本的焦化廢水處理的方法, 成為近年來國內(nèi)水處理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。許多焦化企業(yè)為了滿足環(huán)保和自身發(fā)展要求, 也積極地與有關(guān)科研院所、大專院校、環(huán)保企業(yè)合作, 開發(fā)研究焦化廢水處理技術(shù)。
南昌鋼鐵有限責(zé)任公司焦化廠現(xiàn)有JN43- 80型焦?fàn)t63 孔, 年產(chǎn)焦炭45 t, 年產(chǎn)焦?fàn)t煤氣1.85 億m3, 原有的廢水處理系統(tǒng)采用活性污泥法。該法是80 年代焦化行業(yè)普遍采用的廢水處理方法, 工藝主要包括二級除油、單一好氧曝氣反應(yīng)器等；钚晕勰喾▽U水中酚類的去除作用較好( 故該法又稱生物脫酚) , 但對有機(jī)污染物中大分子雜環(huán)和多環(huán)芳香族化合物以及氨氮去除效果差, 不能實(shí)現(xiàn)焦化廢水的全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。隨著國家和地方環(huán)境保護(hù)政策的加強(qiáng), 對該焦化廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造十分必要。2003 年初, 南鋼公司成立了公司級的焦化廢水治理科技攻關(guān)小組, 并將該課題列入了公司2003 年科技攻關(guān)項(xiàng)目計(jì)劃。在對國內(nèi)外焦化廢水治理技術(shù)和高效微生物技術(shù)探討研究, 以及對國內(nèi)焦化企業(yè)A- O 工藝的應(yīng)用效果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上, 最終確定采用HSB+A/O 生化處理技術(shù)對現(xiàn)有水處理設(shè)施進(jìn)行改造, 工程于2004 年3 月開工, 2004 年10 月完工并投入運(yùn)行,總投資658 萬元。
2 HSB+A/O 生化處理技術(shù)簡介
2.1 A/O 生物脫氮技術(shù)
A/O 工藝是生物脫氮最基本流程, 它是利用微生物厭氧、缺氧、好氧的不同生理過程的組合, 在降解有機(jī)污染物化學(xué)耗氧量(COD) 的同時(shí), 順利脫氨 (NH3- N), 其實(shí)質(zhì)是一個(gè)前置反硝化反應(yīng)。目前, A/O 工藝具有較多的組合, 如A/O- O、A/A- O、A/O- A/O 等, 這些都是A/O 工藝的強(qiáng)化手段, 其核心都是“缺氧/好氧”生化過程, 其中“好氧”過程是一個(gè)硝化過程, 主要是通過亞硝化菌和硝化菌把廢水中的NH3- N 氧化成NO2 - 、NO3 - , 反應(yīng)方程式如下:
NH4 ++3/2O2→NO2 -+2H++H2O ( 1)
NO2 -+1/2O2→NO3 - ( 2)
而“缺氧”過程是在反硝化細(xì)菌的作用下利用有機(jī)物作為碳源及電子供體將硝化過程中產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸鹽還原成N2, 從而達(dá)到去除有機(jī)物和脫氮的目的, 反應(yīng)方程式如下:
NO3 -+4H( 電子供體有機(jī)物) →1/2N2+H2O+2OH- ( 3)
NO2 -+3H( 電子供體有機(jī)物) →1/2N2+H2O+OH- ( 4)
2.2 HSB 技術(shù)
HSB(HIGH SOLUTION BACTERIA)是高分解力菌群的英文縮寫, 它根據(jù)不同的污水水質(zhì), 對微生物篩選及馴化, 針對性地選擇多種微生物組成菌群并將其種植在污水處理槽中, 通過微生物周而復(fù)始的新陳代謝過程, 分解不同污染物, 形成一相互依賴的生物鏈和分解鏈, 突破了常規(guī)細(xì)菌只能將某些污染物分解到某一中間階段就不能進(jìn)行下去的限制, 其最終產(chǎn)物為CO2、H2O、N2 等, 達(dá)到污水處理無害化的目的。高分解力的菌種使某些生化吸氧量 BOD/COD 較低的難生化廢水的生物處理成為可能。同時(shí), HSB 菌種本身無毒性、無致病性、無二次污染。
該技術(shù)應(yīng)用于焦化廢水脫氮的主要優(yōu)勢在于可通過細(xì)菌種屬、種群、數(shù)量及生物鏈作用來強(qiáng)化系統(tǒng)的生化功能, 形成高效菌群在優(yōu)化的工藝條件下的純生物處理降解技術(shù); 應(yīng)用微生物生化性能及動(dòng)力學(xué)的固有差異, 實(shí)現(xiàn)硝化菌、亞硝化菌、反硝化菌的動(dòng)態(tài)平衡和選擇, 即由龐大的、多元組合的脫氮菌種構(gòu)成的微生物群體,實(shí)現(xiàn)高效脫氮生化過程。
2.3 懸浮生物濾床技術(shù)
這里所指的懸浮生物濾床是以粉末活性炭作為懸浮填料供微生物黏附生長形成的生物懸浮濾床, 由于活性炭比重略大于水, 具有巨大的比表面積, 吸附能力強(qiáng), 同時(shí), 它作為載體使微生物有較好的沉降性能, 能避免菌種的流失。該濾床與其它形式的填料不同的是比表面積大, 污水和微生物能接觸充分, 有利于充分提高生化效果, 同時(shí), 它不僅可用于厭氧生物過濾, 也可用于好氧生物過濾, 是一項(xiàng)應(yīng)用前景廣泛的實(shí)用技術(shù)。
3 改造方案
3.1 設(shè)計(jì)原則
( 1) 在原水處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造, 充分、有效地利用原有水處理設(shè)施。
( 2) 設(shè)計(jì)高起點(diǎn), 盡量選用國產(chǎn)、先進(jìn)、高效、節(jié)能、運(yùn)行維護(hù)簡便的污水處理設(shè)備。
( 3) 處理后水質(zhì)符合GB13456- 92 要求。
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)
按照焦炭產(chǎn)量75 萬t 的規(guī)模設(shè)計(jì), 污水治理能力為65m3/h。在對進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)的焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理的前提下, 設(shè)計(jì)的進(jìn)水指標(biāo)如表1。處理后出水指標(biāo)符合GB13456- 92 中的二級標(biāo)準(zhǔn),具體見表2。
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3.3 工藝流程
工藝流程如圖1。經(jīng)預(yù)處理后的蒸氨廢水及脫氰廢水, 首先進(jìn)入重力除油池進(jìn)行一級除油, 然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)、均量, 均化后廢水泵入氣浮池進(jìn)行二級除油, 除油后廢水自流入初曝池。初曝池中投加了高效微生物, 形成一個(gè)獨(dú)立的污泥系統(tǒng), 該系統(tǒng)將大多數(shù)對生物脫氮有抑制作用的有毒有害物質(zhì)脫除, 特別是對揮發(fā)酚、硫氰酸鹽及其它有機(jī)物的生物降解率最大在90%左右。初曝池出水自流至初沉池進(jìn)行泥水分離, 污泥回流至初曝池, 污泥回流比為1∶1。初沉池出水自流至生化段, 生化段即脫碳、脫氮處理單元, 該單元主要由兼氧池、好氧池、二沉池組成。兼氧池、好氧池投加高效微生物制劑, 通過調(diào)整其生存環(huán)境,利用其在不同環(huán)境下特性不同的屬性, 完成硝化、反硝化的脫氮過程, 同時(shí)完成脫碳任務(wù)。二沉池污泥回流至初曝池, 污泥回流比為1∶1, 好氧池混合液回流至兼氧池, 回流比為 1∶1, 兼氧池、好氧池、二沉池之間的水實(shí)現(xiàn)自流。兼氧段采取潛水?dāng)嚢杓庸娘L(fēng)曝氣, 好氧段采取鼓風(fēng)曝氣, 保持各構(gòu)筑物內(nèi)混合液完全混合及懸浮狀態(tài)。除油池、初曝池、初沉池、兼氧池、好氧池及二沉池均為2 個(gè)系列, 每個(gè)系列可單獨(dú)運(yùn)行。二沉池出水進(jìn)入澄清池,進(jìn)一步去除懸浮物后達(dá)標(biāo)排放或回用。
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系統(tǒng)中的剩余污泥經(jīng)濃縮池濃縮后進(jìn)入貯渣池, 由污泥泵送入帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水, 脫水后的泥餅運(yùn)至煤場摻煤回用。
4 運(yùn)行效果
4.1 水處理效率
本技術(shù)改造工程于2003 年3 月開工, 7 月中旬土建工程基本完工, 7 月22 日隨著A/O 系統(tǒng)中高效微生物的加入以及曝氣供氧的開始, 生化處理系統(tǒng)進(jìn)入菌種馴化和系統(tǒng)調(diào)試階段。經(jīng)過微生物增殖、微生物的增殖馴化、原水逐漸進(jìn)入、亞硝化反應(yīng)啟動(dòng)以及硝化反應(yīng)的啟動(dòng)等過程, 生化系統(tǒng)逐漸顯示了極強(qiáng)的短程硝化、反硝化特性。2004 年10 月18 日, 南鋼公司組織安環(huán)處環(huán)境監(jiān)測站、焦化廠中心實(shí)驗(yàn)室、藍(lán)星水處理公司同時(shí)對該水處理系統(tǒng)的出水進(jìn)行了監(jiān)測, 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明生化系統(tǒng)出水達(dá)到 GB13456- 92 中的二級標(biāo)準(zhǔn), 監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3。
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經(jīng)南鋼公司申請、江西省環(huán)境保護(hù)局委托,2004年12 月14～15 日江西省環(huán)境監(jiān)測站對該水處理系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)測驗(yàn)收。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明, 該水處理系統(tǒng)的處理效率達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 處理后出水達(dá)到 GB13456- 92 中的二級標(biāo)準(zhǔn), 監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4、表5。
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4.2 運(yùn)行成本
目前運(yùn)行情況初步統(tǒng)計(jì), 生化系統(tǒng)每噸水的處理成本為4.22 元( 含電費(fèi)、水費(fèi)、藥劑費(fèi)、人員工資及折舊費(fèi)) ,與國內(nèi)A/O 工藝通常的每噸水8 元左右的處理成本相比,該技術(shù)節(jié)省了一半的運(yùn)行成本。
4.3 污泥產(chǎn)生情況
到目前, 生化系統(tǒng)還沒有排過一次泥, 且出水懸浮物含量低, 脫色效果好, 說明高效微生物特有的純生物分解鏈底物分解徹底, 泥齡長, 產(chǎn)泥量達(dá)到了預(yù)期效果。
5 結(jié)語
通過對高效微生物、A/O 法生物脫氮技術(shù)的研究, 將HSB+A/O 生化處理技術(shù)應(yīng)用于南昌鋼鐵有限責(zé)任公司焦化廢水處理系統(tǒng)改造, 實(shí)現(xiàn)了焦化廠外排廢水全面達(dá)到GB13456- 92 中的二級標(biāo)準(zhǔn), 并在實(shí)際運(yùn)行中體現(xiàn)了投資少、運(yùn)行成本低、二次污染輕的特點(diǎn)。該技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用開創(chuàng)了高效率、低投入、低成本治理焦化廢水新的嘗試, 為國內(nèi)焦化企業(yè)的廢水治理起到了良好的示范作用。
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