净化车间废水预处理及生化技术2.doc

第三节 焦化污水的主要来源及成分焦化污水的来源是炼焦煤中水分在高温干馏过程中随煤气溢出冷凝形成的，煤气中有成千上万种有机物，凡溶于水或微溶于水的物质、均在冷凝液中形成极其复杂的剩余氨水，这是焦化污水中最大一股污水。其次是煤气净化过程中，如脱硫、洗氨和粗苯蒸馏及苯精加工过程中形成的污水。再次是焦油加工过程中产生的污水，这股污水数量不大，但成分复杂。 主要的几种污水：剩余氨水：由炼焦配合煤水分及炼焦生成的化合水，以及焦炉上升管、集气管喷射的蒸汽冷却水和冷凝工段清扫管道的蒸汽冷却水所组成，含有高浓度的氨、酚、氰、硫化物及油类，这是焦化工业治理的主要污水。产品加工过程中产生的污水：主要来自产品回收和精制各有关工段的分离水，以及各贮槽定期排出和由于事故排出的污水。包含一定与物料直接接触的蒸汽冷凝水。如粗苯分离水、蒸氨塔的冷凝水等。洗涤终冷水：在进行煤气最终冷却时，煤气中一定数量的酚、氰化物、硫化物、萘及吡啶盐进入冷却水中产生的污水。煤气冷凝水：煤气在输送过程中产生的冷凝水，包含初冷器产生的冷凝液，煤气终冷产生的冷凝液及各水封产生的冷凝水。地表水及化验车间产生的污水：在生产现场地表积聚及化验过程中产生的污水，此污水数量较少，经过稀释后，是属于酚、氰化物等污染因子偏低的污水。以上各种酚水的组成及性质对于不同的焦化厂是有差别的，它主要是与配合煤质量、炼焦操作条件及化产车间的工艺流程、设备构造、操作管理有关，下表为xx厂140万吨生产规模产生的污水水量。序号污水名称污水数量备注1剩余氨水2832 m3/h140万吨生产规模2精制酚水0.81.2 m3/h同上3粗苯分离水1.51.8 m3/h同上4煤气水封冷凝水12 m3/h同上5地表或化验水0.51 m3/h同上6终冷排污水0.5 m3/h同上7洗氨软水1215 m3/h同上8蒸汽冷凝水1012 m3/h同上9污水合计6570m3/h同上2、焦化污水主要成分 固体污染物：水中固体污染物质的存在形态有悬浮状态、胶体状态和溶解状态三种。呈悬浮状态的物质通常称为悬浮物，是指粒径大于100nm的杂质，这种杂质造成水质显著混浊。其中颗粒较重的多数是泥沙类的无机物，以悬浮状态存在于水中，在静置时会自行沉降。颗粒较轻的多动植物腐败而产生的有机物质，浮在水面上。悬浮物还包括浮游生物（如蓝藻类、硅藻类）微生物。悬浮物是一项重要的水质指标，ss (悬浮固体或悬浮物) ，ts（总固体，包括溶解性固体和悬浮物）。 有机污染物：有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。绝大多数有机物具有一个共同的特征生物可降解性，因此能消耗水中的溶解氧；待氧消耗殆尽时，造成水体的腐败； 无机毒物：含有氰化物（cn）、砷（as）、f-、s2-，重金属汞（hg）、铬cr(vi)、镉cd()、铅pb()、镍ni()、锌zn()等的物质； 有机化学毒物：种类繁多，常见的有醛、酮、酚、芳香族氨基化合物、染料等。这一类化合物的特征之一，是比较稳定，不易为微生物所降解，称为难生物降解有机物。在自然界的半衰期为十几年到几十年。另一特征是对人类健康有害，有的是致癌物（如联苯氨，苯并芘）； 营养性污染物：对水生物生长有促进作用，但过多或过量会造成水体污染的物质。如n、p等；生物污染物：污水中致病性微生物及其它有机体。如生活污水中肝炎、伤寒、痢疾等的病毒和细菌，以及蛔虫和钩虫卵等；酸碱污染物：酸碱污染物是指废水中有的酸性污染物和碱性污染物,酸碱污染物具有较强的腐蚀性，可以腐蚀管道和构筑物；感观污染：污水中的异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象。 焦化主要污水污染成分表 单位：（mg/l）污水名称ph挥发酚氰化物油挥发氨cod色和嗅觉蒸氨塔后（未脱酚）893005005105010010025010002000棕色、氨味蒸氨塔后（已脱酚）83005005152500350010025015004500棕色、氨味粗苯分离水783005001003501503005030015002500淡黄色、苯味终冷排污水681003002004002003005010010001500金黄色、氨味精苯分离水5650200501001005025020003000灰色、苯味焦油加工分离水71150008000100200200500150025001500020000淡黄色、焦油味硫酸钠污水4770002000051510002000503000050000煤气水封槽排水501001020106010002000黑色、萘味酚盐蒸吹分离水20003000微量40008000350010002000沥青池排水1002005501005001000黑色、焦油味泵房地坪排水1300250010500200013000浅黄色化验室排水10030010400300010000洗罐站排水10015010200300古马隆洗涤污水31010060010005000古马隆蒸馏分离水681000150010005000 思考题：1、 焦化污水的主要来源有哪些？2、 焦化污水主要哪些成分？第四节 焦化污水处理工艺简介对于污水的处理：主要有物理分离、化学降解和生物处理等方法。物理分离法：通过各种物理力的作用，使污染物从污水中分离出来，在分离过程中并不改变污染物的化学性质。物理处理根据污染物在污水中存在的状态，可分为离子分离法、分子分离法、胶体分离法和悬浮物分离法。化学降解法是根据水质的酸性、碱性、氧化还原性利用化学反应使有机物分解。生物处理法是通过细菌的作用使有机物得到分解。国内外对焦化的处理，生物活性污泥法是一个比较普遍的有效方法。而当前我国焦化污水处理采用的主要方法是活性污泥法，由于活性污泥法的处理工艺可有多种组合形式，且采用预处理法也有较大差异，因而其处理流程和设计，运行参数也不尽相同。2、传统活性污泥法按污水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式，活性污泥法可分为完全混合式和推流式两大类。 完全混合式活性污泥法：完全混合式曝气池是污水进入曝气池后在搅拌的作用下迅速与池中原有的混合液充分混合，因此混合液的组成、微生物群的量和质是完全均匀一致的。这意味着曝气池中所有部位的生物反应都是同样的，氧吸收率都是相同的。完全混合式示意图推流式活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽，污水从一端进入，在曝气的作用下，以螺旋方式推进，流经整个曝气池，至池的另一端流出，随着水流的过程，污染物被降解。此类曝气池又可分为平行水流(并联)式和转折水流(串联)式两种。 目前，多数焦化厂均以推流式曝气法为主要污水处理工艺，下面以xx厂140万吨焦炭生产工艺为例。3、推流式曝气工艺简介预处理工艺流程图（1）预处理工序：焦化生产过程中产生的蒸氨污水首先进2#调节池，当蒸氨污水指标含油超过规定技术指标时进入除油池除去轻重油。精制车间产品加工过程中产生的污水首先进入除油池，在除油池中进行除油预处理，除去重油和轻油之后，澄清水重力流至1#调节池。地坪排水及化验室排水等，沿自流管道汇集预处理泵房的污水提升井，当井中液位达到一定高度液位时，启动污水泵将污水提升至除油池，重力流入2#调节池。从1#、2#调节池出来的水经污染浓度指标调配后进入浮选吸水井，在浮选吸水井为降低污水中cl-和悬浮物按每升污水5mg进行投加浮选剂硫酸压铁，投加浮选剂后的污水由浮选泵抽出，经水射器进入压力溶气罐，溶了气的污水靠余压进入浮选池，在此除去重油和浮油后，澄清水靠重力流至均合池，为满足进入曝气池污水水质要求，在均合池入口处加新工业水或处理后的生化污水与污水混合和进入均合池，均合池出水进曝气池配水槽与回流污泥同时进入曝气池。除油池、浮选池底部的重油压入相应的轻重油池，并用泵送至重油槽；除油池、浮选池池面的轻油及浮油放入相应的轻油池、浮选池，并用泵送至泵轻油槽，浮油槽。重油、轻油及浮油用辅助管道送至粗苯残渣槽。在生化处理过程中，预处理作为污水处理的一个重要环节对进水指标和预处理后的污水指标要求较为严格，因此在生产过程中要求进入的蒸氨污水指标不能出现大幅度的指标波动，在预处理过程中对水质含油要求较高，不能让含油高的污水流入下道工序影响污泥活性，去除轻、重油是预处理一项重要工作。（2）xx焦化厂140万吨焦炭生产预处理污水相关技术指标要求：序号管理项目目 的标 准 值1均合池出水温度保证正常生产28352均合池出水含酚保证正常生产300mg/l3均合池出水含氰保证正常生产20mg/l4均合池出水含油保证正常生产50mg/l5浮选剂投加量保证正常生产5mg/l6蒸氨送蒸氨污水温度保证正常生产冬季4065夏季3040（3）预处理工序中几个关键设备的处理原理：气浮除油原理：是使空气在一定压力的作用下溶解于水中，并达到过饱和状态，然后再突然使污水减到常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附污水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，实现固液或液液分离的过程。投加浮选剂的污水经浮选水泵从浮选井抽取后进入水射器，在水射器由喷嘴射出的高速污水使吸入室形成负压，并从吸气管吸入压缩空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段(扩散段)，动能转化为势能，此时控制风压的电磁阀处于关闭状态，当压力达到0.5mpa以上时，打开电磁阀，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度，压缩后的污水从浮选池下部进入，压缩气泡将污水中的油膜鼓吹后浮出水面，经水面刮板后，刮入集油口，送入轻油槽，浮选池下部沉积重油经排污管进入重油池。特点：(a)由于气浮池的表面负荷有可能高达l2m3/m2h，水在池中停留时间只需102omin，而且池深只需2m左右，故占地较少，节省基建投资；(b)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不易腐化；(c)对那些很难用沉降法去除的低浊度污水，气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好；(d) 气浮法所需药剂量比沉淀法节省；(e) 气浮法电耗较大，处理每吨污水比沉淀法多耗电约0.020.04kwh；目前使用的溶气水减压释放器易堵塞。竖流式浮选池： 竖流式浮选池一般为圆型水池，进水点采用从池中央下部导流孔进入，从导流孔均匀分散到池四周，在浮选池上部设有刮板机，通过刮板不断运行，把浮选池上部沉积的油膜收集到积油口，自流到轻油槽，竖流式浮选池下部沉积的重油经过重油排放管道定时进行排放，浮选后的污水从池上部流入溢流堰，重力自流到均合池。竖流式浮选池示意图：1、水射器 2、压力容器罐3、轻油排放管4、刮板机5、重油排放水射器：由喷嘴射出的高速污水使吸入室形成负压，并从吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段(扩散段)，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。水射器构造图：4、 生化处理工序生化处理工序流程图活性污泥生化处理过程一般分为三个阶段： （1）初期的吸附去除阶段 在该阶段，污水和污泥在刚开始接触的510min内就出现了很高的bod去除率，通常30min内完成污水中的有机物、漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，被大量去除，调节污水ph值、减轻污水的腐化程度和后续处理工艺负荷，这主要是由于活性污泥的物理吸附和生物吸附作用共同作用的结果。常用方法： 筛滤法、沉淀法、上浮法、预曝气法等。活性污泥法初期的吸附去除的主要特点包括以下几点： a.初期的吸附去除完成时间短，去除量大；b.去除的有机物对象主要是胶体和悬浮性有机物；c.活性污泥的性质与初期的吸附去除关系密切，一般处于内源呼吸期的活性污泥微生物吸附能力强，而氧化过度的活性污泥微生物初期吸附的效果不好；d.初期吸附有机物的效果与生物反应池的混合及传质效果密切相关；e.被吸附的有机物没有从根本上被矿化，通过数小时的曝气后，在胞外酶的作用下，被分解为小分子有机物后才可能被微生物酶转化。 （2）代谢阶段 活性污泥吸附了污水中呈非溶解状态的大分子有机物后，被微生物的胞外酶分解成小分子的溶解性有机物，与污水中溶解性的有机物一起进入微生物细胞内被降解和转化，一部分有机物质进行分解代谢，氧化为二氧化碳和水，并获得合成新细胞所需的能量，另一部分物质进行合成代谢，形成新的细胞物质，除去污水中大量有机污染物。 常用方法： 活性污泥法、生物膜法、化学混凝和化学沉淀法（3）活性污泥絮体的分离沉淀阶段 无论分解还是代谢，都能去除有机污染物，但是产物却不同，分解代谢的产物是二氧化碳和水，而合成代谢的产物则是新的细胞，并以剩余污泥的方式排出活性污泥系统。 沉淀是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分离的过程。固液分离的好坏，直接影响出水水质。如果处理水挟带生物体，出水bod和ss将增大。所以，活性污泥法的处理效率，同其他生物处理方法一样，应包括二次沉淀池的效率，即用曝气池及二沉池的总效率表示，除了重力沉淀外，也可用气浮法进行固液分离。在这里可以进一步去除未能去除的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物或磷、氮等可溶性无机物。常用方法：活性炭吸附、化学氧化、离子交换或膜分离技术等。（1）生化处理过程（以xx厂为实例）传统推流式生化处理工序包括曝气池、二次沉淀池、反应槽、混凝沉淀池、污泥浓缩池等主要设施，其污水主要处理过程如下：污水在经过预处理后，均合池的出水与回流污泥一道进入曝气池溢流堰，通过溢流堰下水口均匀的进入曝气池前段，在曝气池前段、中段、后段分别设有三台表曝机和深度曝气风管进行混合曝气，表曝机叶轮处于水体表层，对污泥进行充分搅拌和充氧，在高速运行过程中空气中的氧不断通过表面水的运动渗入水中，为污泥中的微生物提供了氧份，但由于表曝机供氧能力有限，可采用补充部分压缩空气风进行深曝解决微生物供氧问题。 污水在曝气池内中呈溶解状态（包括呈高分子、低分子和游离形态）的有机污染物在曝气的作用下，广泛而频繁的与活性污泥絮体碰撞、接触，有机污染物被吸收、降解。曝气池前段：活性污泥絮凝体是高度亲水的极性物质，在其周围经常存在着一层固着水层，活性污泥絮凝体上的菌胶团，对营养物质有着强烈的吸咐性能。因此，当有机污染物与活性污泥絮凝体接触时，即被后者吸咐在其表面上。活性污泥絮凝体又是具有凝聚性能的物质，呈胶体状态的有机污染物在其表面上产生凝聚作用。曝气池中段：呈低分子和离子状的有机污染物能够直接通过细胞被摄入细菌体内。而呈高分子和胶体状态的有机污染物，则在水解酶的作用下进行分解，分解成小分子也被摄入细菌体内。在菌体内部，有机污染物通过细菌的新陈代谢作用而被氧化分解。当污水中有机污染物非常丰富时，活性污泥絮凝体的表面上经常附着高浓度的有机污染物，当其它条件也具备时，细菌便得以迅速增殖，增殖的细菌一部分成为活性污泥的组成生物，而另一部分则进入污水中成为游离细菌。与此同时，包埋在菌胶体深部的细菌，由于食料充沛，能量很高，即行活动，脱出菌胶团也进入污水中成为游离细菌，因此，污水中有机污染物虽已部分被去除或大部分去除，但是，由于水中充满这种游离细菌，水质仍然比较混浊，bod值仍较高。曝气池后段：污水中有机污染物继续下降。逐渐呈匮乏状态，并成为细菌增殖的制约因素。由于能量降低，细菌的活性减弱，相互碰撞，在这种条件下，活性污泥絮凝体的凝聚作用相对有所加强，在菌体外多糖聚合物的搭桥作用下，细菌粘聚成团，形成新的菌胶团，部分细菌又被包埋在菌胶团的深部。在这种情况下，如果其它条件（溶解氧、温度等）适宜，以细菌为食料的原生动物等微型动物变会出现，并且迅速增殖。它们掠食水中游离细菌，从而使处理的污水指标进一步降低。经过降解的污泥与水混合物自流到（竖流式）二次沉淀池内进行分离，污泥沉于池底由刮泥机收集于中心斗中，经调节阀注入回流污泥井中在此过程中，添加了活性污泥需要的营养剂（磷酸氢二纳）用于补充污泥中的磷元素，补充了磷元素污泥用回流泵抽回到曝气池前段，除去回流的一部分污泥外，剩余污泥分流到污泥浓缩池，外运配煤场处理。经过二次沉淀池澄清的污水进入反应槽，在混合反应槽内投加絮凝剂（聚丙烯酰胺）由絮凝搅拌机进行混合，污水中不能正常沉降的较小污泥颗粒在高分子物质聚合作用下，进行沉降，沉降后的污水自流入混凝沉淀池。在混凝沉淀池污水再次进行沉降，污泥沉积在槽下部，澄清后污水经周边水槽汇集后自流到处理后的污水吸水井用泵抽送到炼焦作为工业水使用或用于均合池稀释水，混凝沉淀池池底的污泥由刮泥机收集于中心斗心，经调节阀流到污泥提升井中，再由污泥泵提升至污泥浓缩池，浓缩后污泥装车外运煤场。（2）曝气池内酚、氰污水生化处理的原理酚、氰污水处理是基于某些专门培养好氧微生物，在氧存在的条件下能将酚氧化分解成二氧化碳、铵盐和水的过程。其过程主要由物理化学作用和生物化学作用共同来完成。物理化学作用就是在指在曝气池的吸附段，利用活性污泥对污水中的酚、氰等有机物质的强吸附能力，对污水进行净化的过程。生物化学作用是指在有氧的条件下，好氧菌借其所分泌的酶（具有生物催化作用的活性蛋白质）将酚水中的胶体有机物分解为溶解性有机物，连同污水中原有溶解性有机物一起渗透过好氧菌的细胞膜入其内部，然后细菌经过其生物活动，将有机物氧化、分解并部分合成新细胞或在细菌体内酶的作用下，使有机物分解成为二氧化碳和水过程。如果有机物含氮、硫或磷，则将分别被氧化成硝酸盐、磷酸盐及硫酸盐。生物氧化过程一般分为两个阶段。在第一个阶段中主要是有机物被氧化成二氧化碳、水和氨；第二个阶段则主要是被转化成亚硝酸盐和硝酸盐。（3）影响生化处理效果的关键因素：（a） 污泥负荷 在活性污泥法中，一般将有机物（bod5）与活性污泥(mlss)的重量比值，称为污泥负荷，一般用n表示, 活性污泥微生物要想进行正常的生物活动，首先必须满足其周围环境中含有足够的bod5，在有氧的条件下将其中一部分有机物分解代谢成二氧化碳和水等稳定物质，同时自身得到增殖，负荷过低虽然可以有效降低污水中的有机物量，但同时会使活性污泥处于过氧化状态，沉降性能也会变差，导致出水悬浮物含量升高，负荷过高又会造成污水中的有机物氧化不彻底，出水水质变差。（b）污泥龄和水力停留时间污泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，单位是d。 在运行稳定时，曝气池中活性污泥的量保持常数，每日排出的污泥量也就是新增长的污泥量，污泥龄也是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。污泥龄也是影响活性污泥处理效果的重要参数。 水力停留时间是指水在处理系统中的停留时间，单位也是d。qv/q，v是曝气池的体积；q是污水的流量。水力停留时间短说明水处理负荷过大，会造成反应器内的生物体流失，因此严格控制污水处理量是确保水处理指标的一个重要参数。（c）溶解氧(do)对于推流式活性污泥法，氧的最大需要量出现在污水与污泥开始混合的曝气池首端，供氧不足会出现厌氧状态，妨碍正常的代谢过程，滋长丝状菌大量繁殖。供氧多少一般用混合液溶解氧的浓度表示。 活性污泥絮凝体的大小不同，所需要的最小溶解氧浓度也就不一样。絮凝体越小，与污水的接触面积越大，也越利于对氧的摄取，所需要的溶解氧浓度就小。反之絮凝体大，则所需的溶解氧浓度就大。 为了使沉降分离性能良好，较大的絮凝体是所期望的，因此溶解氧浓度以2-4mg/l左右为宜。（d）营养物在活性污泥系统里，微生物的代谢需要一定比例的营养物，污水中自身存在大量的有机碳源和氮源，但缺少磷元素，必须在曝气池中需添加一定量的磷酸氢二钠满足微生物所需磷元素，一般认为对碳、氮、磷的需要应满足以下比例，即c:n:p=100:5:1。因此预处理操作人员对污水的进水指标要严格的进行掌控，cod、氨氮的比例要控制在规定的范围内。（e）ph值对于好氧生物处理，ph值一般以6.59.0为宜。ph值低于6.5，真菌即开始与细菌竞争，降低到4.5时，真菌将占优势，严重影响沉降分离。ph值超过9.0时，代谢速度受到阻碍。需要指出的是ph值是指混合液而言。对于碱性污水，生化反应可以起缓冲作用。对于以有机酸为主的酸性污水，生化反应也可以起缓冲作用。（f）水温温度是影响微生物生长和生存的重要因素之一。温度过低，微生物活性不足；温度过高，吸收细胞中生物化学反应速度和生长速率加快。通常温度每升高10，生化反应速度就增加1倍。另一方面，细胞的重要组成如蛋白质、核酸等对温度较敏感，随温度的升高而可能遭受不可逆的破坏。适宜活性污泥微生物生长的温度范围为2535。（g）有毒物质对活性污泥微生物有致毒作用的毒物，主要包括codcr含量过高的某些有机物（酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酸等）、硫化物、重金属及卤化物等。研究表明，高基质浓度可使细胞酶活动中心形成稳定的化合物，导致基质不能接近，无法被降解，甚至使细胞中毒死亡。如酚类化合物主要损伤微生物的细胞膜，钝化酶并使蛋白质变性；醇类物质通过溶解细胞壁和膜中的内脂，破坏膜结构并使蛋白质脱水变性；醛类毒物能与蛋白质氨基酸中的多种基因共价结合而使其变性；有机酸能抑制微生物（尤其是霉菌的酶和代谢活性）；重金属离子（主要是hg+、ag+和cu2+）进入细胞后主要与酶或蛋白质上的-sh基结合而使之失活或变性。微量的重金属离子还能在细胞内不断积累最终对微生物发生毒害作用（微动作用）；卤化物致毒物的影响顺序是fclbri，最常见的是碘和氯，碘不可逆地与菌体蛋白质（或酶）的酪氨酸结合，生成二碘酪氨酸，使菌体失活。氯与水合成次氯酸，它分解产生强氧化剂。而且污水中有机物的突变，使原被驯化好的并能降解有机毒物的微生物减少或消失，而另一些有机物增多或新的有机毒物出现，这样又须经过一段时间微生物才能适应。因此，当进水codcr 、有机物急剧变化、含有过量的致毒性毒物时，就很容易使活性污泥微生物受冲击破坏而上浮，表现为泥块夹有大量气泡、打碎后有油花飘在水面上。（g）硝化当污水中有机氮化合物含量高或氨、氮含量高时，在适宜条件下可被硝酸菌和亚硝酸菌氧