（市政工程专业论文）微生物处理技术在处理包钢冷轧含油废水中的应用研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 i 微生物处理技术在处理包钢冷轧含油废水中的应用研究 专业：土木与建筑_ t - 程 研究生：盛新一 指导教师：黄廷林教授 孟凡云高级工程师 摘要 近年来，随着国内市场对冷轧钢板的需求越来越大，冷轧含油废水由于其具有 高c o d 、低b o d 的特性，采用常规的处理方法非常难于降解处理。采用接触氧化法 的微生物处理技术处理冷轧含油废水属于较新的工业废水处理工艺，国内冷轧行业是 从上海包钢2 0 3 0 冷轧开始使用的。通过采用优选的微生物专性联合菌种和优化的运 行工艺可以得到良好的除油效果和较高的c o d 去除率。故此，包钢冷轧废水处理站 采用了相同的工艺。 本文简要了包钢冷轧废水处理站的工艺和“倍加清”专性联合菌种，分析了微 生物对有机物降解的机理和生物膜法中的接触氧化法。通过实验室的模拟实验，分析 并研究了不同温度和不同p h 值条件下，“倍加清”专性联合菌种对废水中油含量和 c o d 的去除率，从而总结出其最佳的运行工作环境。 关键词：微生物、冷轧、废水处理、c o d 、b o d 、去除率 论文类型：应用 西安建筑科技大学硕十学付论文 a p p l i c a t i o ni nt r e a t m e n to f o i ls u s p e n g d e di nw a s t ew a t e rf r o m b a o g a n gc o l dm i l lf o rb i o l y s i s s p e c i a l i t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g g r a d n a t es t u d e n t ：s h e n gx i n y i 1 、i t o r ：h u a n gt i n g l i n g m e n gf a n y u n a b s t r a c t t h eo i ls u s p e n g d e di nw a s t ew a t e rf r o mc o l dm i l li sd i f f i c u l tt ot r e a t e db yt r a d i t i o n a l t e c h n i c sb e c a u s eo ft h el o wc h e m i c a lo x y g e nd e m a n da n dh i g hb i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d i ti san e wt e c h n i c st ot r e a t e do i ls u s p e n g d e di nw a s t ew a t e rf r o mc o l dm i l lb yc o n t a c t o x i d a t i o nm e t h o d s h a n g h a ib a o g a n gh a su s e dt h i st e c h n i c si nt h e i r2 0 3 0c o l dm i l l t h e y h a v eg o tt h eh i g hr e m o v a lr a t eo fo i ls u s p e n g d e da n dc h e m i c a lo x y g e nd e m a n dt h r o u g hu s i n g s p e c i a lb a c t e r i u m sa n dt e c h n i c so p t i m i z e d s oi tw i l la l s ob eu s e di nb a o t o u1 5 6 0c o l dm i l l t h i sp a p e rw i l li n t r o d u c et h et e c h n i c sa b o u tt h ew a s t ew a t e rt r e a t m e n ts t a t i o ni nb a o t o u c o l dm i l la n dt h e “b e ij i aq i n g ”b a c t e r i u m i tw i l la l s oa n a l y z et h ep r i n c i p l eo fc o n t a c t o x i d a t i o nm e t h o da n do r g a n i cm a t t e rd e g r a d a t i o n w ew i l lt a k eas i m u l a t i o ne x p e r i m e n to f “b e ij i aq i n g ”b a c t e r i u mt og e ts o m ed a t eo fd e g r a d a t i o nr a t ei nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s b y m e a n so ft h e s ed a t e ，w ew a n tt of i n dao p t i m a lc o n d i t i o nf o rc o n t a c to x i d a t i o nm e t h o du s i n g “b e ij i aq i n g ”b a c t e r i u m k e yw o r d s ：m i c r o o r g a n i s m ，c o l dm i l l ，w a s t ew a t e rt r e a t m e n t ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ， b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，d e g r a d a t i o nr a t e t h e s i st y p c ：a p p l i c a t i o n i 士= 1明明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 m 论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或 其他人在其他单位已申请学位或为其他用途使用过的成果。与我一同工 作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 拭讥 e 1 期：c 2 彳3 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部内容或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蛾沁， 导师签名：日期：毋影3 诲将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士学付论文 1 、绪论 1 1 引言 微生物处理技术在生活污水中的应用由来已久，但微生物处理应用于 工业废水时，对工业废水中c o d ：b o d 及b o d ：n ：p 的比例有较严格的要求。 然而在轧钢废水中，尤其是冷轧工艺产生的含油废水中油和添加剂的含量 都很高，而氮、磷等营养物的含量都非常低，使得废水的b o d 较低而c o d 较高，可生化性较差，一般通过自然培养驯化的菌群是无法在短期内适应 的，处理效果不理想。 过去人们很少考虑采用微生物处理技术来处理这类含油的冷轧废水， 通常的方法是在含油的废水中加药、破乳，再混入酸碱废水中，先加碱， 在碱性条件下沉降，再通过中和混凝沉降及稀释等手段，使得废水中的油 含量和c o d 等指标达到国家的排放标准，实现达标排放。这种传统的处 理方法存在着加药量大，运行不够稳定可靠，沉淀物中的油并没有被真正 降解，仍旧容易对环境造成污染等诸多的问题。而其他如浮选、精滤，强 氧化等工艺，由于同样具有工艺复杂、污染量大、安全性差、劳动强度大、 运行费用高、处理后出水难达标且存在二次污染等缺点，在越来越严格的 环保要求下，特别是污染总量控制的规定下达后，这些传统的处理方法对 钢铁行业的技术改造和扩大生产规模带来了极大的难度。 随着微生物处理技术越来越广泛地应用于各种工业废水的处理，国内 和国际上已经着重开始对专性菌进行驯化培养，并将这些专性菌加以组合 优化，以适应不同水体、不同水质。由此，冷轧含油废水也开始被考虑纳 入到生物处理技术应用的范围内。 由于该项处理技术的应用在我国还处于初期探索的阶段，所以国内仅 在上海宝钢的2 0 3 0 冷轧线、安徽马钢冷轧线、福建三明钢厂镀锌线有了 成功的应用经验，而在国内其他同类冷轧生产线中，已有在建的上海宝钢 1 8 0 0 冷轧线、邯钢1 6 5 0 冷轧线、包钢1 6 5 0 冷轧线将应用微生物处理技术 处理冷轧含油废水。由此可见，微生物降解法是当前冷轧含油废水处理的 一大发展趋势，对该项技术的研究必将有着非常广阔的应用前景。 鉴于以上所述，本课题将着重于微生物处理冷轧含油废水工艺的研 究，通过分析和总结包钢冷轧废水处理站的设计和实验室试验数据，对冷 轧含油废水的生物处理效果做出一个定性和定量的分析总结，得出一组有 用的运行参考数据，以有助于冷轧废水处理站顺利完成系统调试并早日进 4 两安建筑科技大学硕十学位论文 入正常的生产阶段，实现废水微生物处理工艺的高效运行。 * ， 1 2 包钢冷轧工艺简述。 包钢冷轧薄板工程是冷轧薄板工程是包头钢铁( 集团) 有限责任公司 ( 简称包钢) 继引进连铸连轧c s p 生产线后，新建的又一个现代化精加工 生产线，计划年产冷轧板卷共计1 4 0 1 0 4 吨，其中用于生产镀锌板卷4 3 1 0 4 吨。整个项目包含酸洗连轧生产线条，包含酸再生站、乳化液站、 酸洗电气室、轧机电气室、破鳞除尘机组等附属设施，设计年生产能力1 4 0 1 0 4 吨；全氢罩式退火炉炉台3 6 座( 另予留炉台6 座) ，退火炉加热罩 2 4 台，设计年生产能力8 0 x 1 0 4 吨；湿式平整机组一套，设计年生产能力 8 0 1 0 4 吨；连续热镀锌生产线一条，设计年生产能力4 3 1 0 4 吨。另有生 产辅助车间：轧辊修磨间、循环水泵站、废水处理站、成品钢卷库各一座。 c s p 生产线生产的热轧钢板卷通过高速运卷小车从热轧钢卷库运送 到冷轧生产线后，经过：开卷一一焊接一一拉矫一一酸洗一一漂洗轧 制一一剪切一一卷取，得到半成品冷硬钢板卷；通过步进梁，一部分冷硬 钢卷进入全氢罩式退火炉退火，再进入湿式平整机组平整矫直后，得到成 品冷轧钢板卷；另一部分冷硬钢卷通过步进梁进入连续热镀锌生产线，经 过：开卷一一焊接一一拉矫一一碱洗漂洗一一退火一一镀锌冷却 一一淬水一一拉弯一一矫直一一光整一一钝化一一剪切一一涂油一一卷 取，产出成品镀锌钢板卷。 1 3 包钢冷轧废水处理工艺简述 _ 在上述生产过程中预计产生： “浓含油废水( 含油量1 1 1 9 1 ，c o d2 0 0 0 1 5 0 0 0 m g 1 ) 为9 6 m 3 h ， 主要来源为酸洗连轧机组的乳化液站和各液压润滑站地坑； b 稀含油废水( 含油量1 0 0 1 0 0 0 m g l ，c o d1 0 0 0 2 5 0 0 m g 1 ) 为5 0 m 3 h ， 主要来源为浓含油废水处理系统出水和热镀锌线碱洗系统排放的废液： c 酸碱废水( p h2 1 2 ，c o d c f 0 4 0 0 r a g 1 ) 为l l o m 3 l a ，主要来源为酸 洗连轧机组的酸再生站、酸洗机组漂洗水和热镀锌机组漂洗水： d 含铬废水( 悬浮物8 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 m g l ，c r ”1 0 0 0 0 m g d ) 为2 m 3 h 、 l m 3 ，3 个月，来源为热镀锌机组的钝化废液。 为此，包钢新建冷轧废水处理站一座，专门接收和处理冷轧生产线所 产生的全部废水，处理后的出水达到国家二级排放标准，排入包钢排水总 5 西安建筑科技大学硕士学位论文 网经最终处理后排放 ， ；废水处理站的处理工艺流程如图1 1 所示，共分为四个部分：浓含油 废水处理系统、稀含油废水处理系统、酸碱废水处理系统、含铬废水处理 系统。该废水处理工艺由江苏博大环保股份有限责任公司承揽总体设计， 并提供部分水处理设备。本课题将在江苏博大环保股份有限公司实验室的 帮助下，着重研究不同工况条件下，稀含油废水的处理效果。其中，考虑到 现场实际的可操作性，研究的方向主要集中在不同温度和p h 值时，稀含 油废水在该处理系统中的处理效果。 稀含油废水包括酸洗连轧机组含油废水、热镀锌机组、磨床排放的含 油废水以及超滤系统出水。 各机组稀含油废水先进入稀含油废水调节池前的分配槽，经水量分配 后进入调节池。调节池内设刮油刮渣机一台，刮除表层浮油，底部污泥刮 至污泥槽。调节池废水用废水提升泵提升至p h 调节池，经二级p h 调整后 废水进入微生物反应池，考虑到含油废水的温度可能较高，不宣直接进入 。微生物反应池，需要先将废水温度冷却至2 5 3 5 后再进行生化处理。冬 天可超越冷却塔系统 微生物反应池内装有半软性填料，底层设可变孔曝气软管，选用罗茨 风机鼓风曝气，属于采用接触氧化法的生物膜反应器范畴。在运行的初期 以及日常运行中，需定期向微生物反应池内投加“倍加清”专性联合菌群， 同时投加与专性菌匹配的专性营养剂和抗表面活性剂，以保持专性菌的优 势和活性，提高废水的可生化性能及去除效率。由于“倍加清”专性联合 菌群对废水中的油及表面活性剂等有机营养物质的降解作用，通过微生物 反应池的废水中大部分有机物及油通过微生物的代谢作用已转化为c 0 2 和 h 2 0 ，出水的含油及c o d 等污染指标可以下降到满足国家二级排放标准的 要求。 经生化处理后的废水至斜板沉淀池，设置斜板沉淀池的目的是使生化 降解后的无机物、剩余污泥以及部分生物污泥、细菌代谢物等得到沉淀处 理。在斜板沉淀池中可以根据现场废水水质情况投加少量高效絮凝剂，提 高处理效率。沉淀后的污泥进入污泥浓缩池，上清液至排放水池或酸碱废 水处理系统。由于考虑到运行中的运行成本以及保持前面微生物反应池中 专性菌的优势和活性，提高废水的可生化性能及去除效率，在设计中设定 了斜板沉淀池出泥向微生物反应池的污泥回流滤为2 0 。 斜板沉淀池的剩余污泥用泵送至污泥浓缩池，进一步浓缩并加药聚凝 后用泵打入离心脱水机进行脱水处理后，干泥定期外运，泥饼的含水率不 6 ， 西安建筑科技大学硕士学何论文 大于7 5 ，滤液由地坑回至稀油废水调节池。 图1 - 1 废水处理站主工艺流程 由于前面所述的冷轧废水的性质，一般通过自然培养的菌群无法在短 7 两安建筑科技大学硕士学位论文 期内适应工业化的生产需要，对冷轧废水的处理效果并不理想。因此，我 们经过论证，采用了由江苏博大环保股份有限责任公司和波兰及美国合作 开发的“倍加清”生物菌种，将其经过筛选、分离、实验后，选择的两组 “倍加清”专性联合菌群应用到本工程中来。我们和江苏博大公司合作进 行了验证性小试，并取得了成功。 1 4 国内外冶金行业生化法处理废水的发展现状 微生物处理技术主要是通过微生物的代谢作用，使废水中的油、c o d c r 等有机物转化为水和c 0 2 ，因此是一种无害化处理的方法，无二次污染， 因此生物处理技术是一类应用最广的废水处理技术。虽然传统的生物处理 工艺对难降解有机物处理的效能不高，但近年来由于生物工程技术的发 展，使生物技术在处理高浓度难降解有机工业废水方面有了新的发展，利 用微生物的可变异性，强化微生物活性和浓度，可研制出适合处理难降解 有机工业废水的高新生物处理技术与设备。 目前世界各国都在进行这方面的研究，加拿大e p i 在国际上已取得领 先地位。最近美国，日本，意大利，新西兰，比利时等国在工业及城市污 水处理利用生物滤池的同时，采用加拿大e p i ( 环保研究所) 培养的新型 e p i c i n 及e p i z y m 微生物对各种污水进行处理。 由于我国目前还没有较好的微生物菌种，生物处理技术在钢铁行业的 应用还得不到长足的发展，与国外先进水平相比有很大差距，必须积极赶 上去。目前，我国一方面通过引进( 微生物菌种) ，培养适应我国国情的 新的微生物菌种，使其功能达到或超过上述微生物的效率，另一方面则是 通过长期不断的培养驯化和优选，以便得到适用于处理各种不同情况废水 的微生物菌种。 以生物滤池的问世为标志的生物膜反应器技术在走过了1 0 0 多年的发 展历程后，与活性污泥法一起共同成为现代污水处理技术的最重要组成部 分。研究与实践均已经表明，在许多情况下，生物膜法不仅能代替活性污 泥法用于城市污水和工业废水的二级生物处理，而且还具有一些独特的优 点，如运行稳定，抗冲击负荷，更为经济节能，无污泥膨胀问题，具有一 定的硝化与反硝化功能，可实现封闭运转防止臭味等。随着配套技术与材 料的突破性进展，近年来生物膜工艺得到了广大研究者和工程技术人员的 极大关注，发展相当迅速，对生物膜特征的认识和基础理论研究不断加深， 已有的实际工艺日臻完病善，同时出现了多种新型的生物膜反应器工艺和 积压种组合工艺，逐步形成了一套较完整的生物膜法污水生物处理工艺系 8 西安建筑科技大学硕七学位论文 列。 由此可见，人们用肉眼看不见的微生物，由于个体小和繁殖速度快， 具有“化腐朽为神奇”的作用。因此，生物技术不但在净化环境、减少污染 和改造传统产业等方面发挥重要的作用，还可为保护人类的生存环境和国 民经济建设及社会可持续发展做出积极的贡献。 1 5 本研究课题的目的和意义 随着我国国民经济的迅速发展，市场对各种钢材的需求也急剧扩大， 刺激了国内钢铁行业的飞速发展，而冷轧生产线做为钢铁行业的主要发展 方向之一，其生产过程中产生的不易生物降解的高浓度有机废水日益增 多，除采用生物化学法处理外，至今仍未有很好的降解处理方法。 由于上海宝钢2 0 3 0 冷轧生产线的成功应用，以及随后上海宝钢1 8 0 0 冷轧生产线、邯钢1 6 5 0 冷轧生产线和包钢1 5 6 0 冷轧生产线的采用，国内 有越来越多的冷轧项目开始采用微生物处理技术来处理冷轧和镀锌产生 的高含油、高c o d 废水。 但是，微生物处理技术应用于冷轧含油废水处理在国内的时间并不 长，还很难找到一个在生产应用上能够起到指导作用的参考数据，无法形 成一套比较成熟的应用理论，以至各个钢铁生产企业都还处于摸索运行的 阶段。为此，本课题将着重对包钢冷轧废水处理站的稀含油废水处理系统 进行理论和实践研究，力求摸索出一组适合包钢冷轧含油废水微生物处理 系统的运行数据，以便指导包钢冷轧废水处理站的生产运行，进而为研究 和总结微生物处理技术处理冷轧含油废水的应用理论提供有力的实践依 据。 9 西安建筑科技大学硕士学伊论文 2 、研究对象 2 1 。倍加清”生物菌种 “倍加清”生物菌种是由江苏博大环保股份有限责任公司从波兰引进 并与波兰和美国合作开发的，它包含一组适应各种不同条件下生长、繁殖 并能够对有机污染物进行降解的菌种。在江苏博大从2 0 0 1 年引进该菌种 至今，已经多次成功地应用于城市生活污水处理、天然水体净化、油田废 水治理、汽车工业废水处理以及钢铁行业废水处理等多个项目，取得了良 好的成绩。其于性菌种具有多种品种，可选择性和可组合性较强，经过筛 选、分离、组合后的“倍加清”专性联合菌群能够适应多种不同条件废水 的处理，且有干性菌粉储存、运输、投加方便，菌种活性高，易于快速驯 化，运行成本低等诸多特点。因此，在实地考察和反复论证后，包钢冷轧 废水处理站项目最终选择了“倍加清”生物菌种作为含油废水处理系统微 生物反应池的投加微生物。 经过筛选、分离和试验，选择两组“倍加清”专性联合菌群投加于微 生物反应池中，使其在微生物反应池内的含油废水中快速建立起能够有效 降解烃类、脂类等有机污染物的生物群，使之对废水中各种复杂的脂肪族 和芳香族有机污染物进行生物降解，同时也可以强化对烃类、蜡类以及酚、 萘、胺、苯、煤油等有机污染物的生物降解。这些被选择的专性联合菌群 具有很高的适应性和繁殖率，它们通过水合、活化、繁殖、分解，并通过 竞争使其能够在众多的生物群中很快地稳定下来，形成优势菌群，同时在 不断的竞争中又提高了生物群抗毒性冲击的性能。在生物降解的初级阶段 或在生物量较低时，可配合投加少量的抗表面活性剂以及专性营养剂使废 水中表面活性剂等起分散作用，有利于专性联合菌群的生长和繁殖。 2 2 含油废水处理系统设备设置 ( 1 ) 稀油废水调节池 用于贮存稀油废水及经超滤系统处理后的浓含油废水，起到调节均衡 水质水量的目的，使后续处理系统能安全运行，减少冲击负荷，同时也为 以后维护和检修时预留一段时间用来接纳废水的贮存量，给检修留有一定 的余地。 有效容积：共8 0 0 m 3 数量：l 座( 分2 格，每格4 0 0 m 3 ) 材质：钢砼结构内衬耐酸瓷砖 1 0 两安建筑科技大学硕士学位论文 配制： 、 分配槽 有效容积： 1 0 m 3 数 量：1 座 材 质：钢砼结构内衬耐酸瓷砖 配套： 超声波液位计：2 套 刮油刮渣机 型号： b o y n - 8 3 3 5 - 4 2 功率：4kw 数量：2 台 材质：组合件 操作方式：现场和中央手动( 带纠偏装置) ( 2 ) 排泥泵3 撑、4 撑 型号； 数量： 。 流量： 扬程： 功率： 材质： 操作方式： ( 3 ) 稀油废水提升泵 型号： 数量： 流量： 扬程： 功率： 材质： 操作方式： s s p - 5 2 2 8 0 2 台 2 7 m 3 h 1 5 m 2 2 k w 不锈钢 ，现场和中央手动，中央自动 g 3 7 1 0 0 2 台( 1 用l 备) 6 8 m h 1 6 6 m 5 5 k w 不锈钢 现场和中央手动，中央自动 ( 4 ) 含油废水中和池 使含油废水p h 控制在6 9 ，为微生物的生长繁殖提供必要的条件 西安建筑科技大学硕士学位论文 分两级中和，确保准确控制p h 值。分别投加n a o h 和h c l 进行中和 有效容积： 1 6 m 数 量：2 台 材质：钢制内衬玻璃鳞片 内设： p h 在线监测仪： 数 量；2 套。 搅拌装置； 数 量：2 套 材质； 不锈钢 功率：4 k w 操作方式：现场和中央手动 ( 5 ) 中间水池 有效容积： 数量： 停留时间： 材质： 配套： 温度显示器： ( 6 ) 中间水泵 型号： 性能： 扬程： 配套电机： 材质： 数量： 配套电磁流量计： 操作方式： ( 7 ) 污水冷却塔( 空塔型) 型号； 温差： 2 0 m 3 1 座 2 0 m i n 钢制内衬玻璃鳞片 1 只 g - 3 7 1 0 0 q = 6 8 m h h = 1 6 6 m n = 5 5 k w 不锈钢 2 台( 1 用l 备) l 台 现场和中央手动，中央自动 d b n l 3 1 2 5 1 5 西安建筑科技大学硕七学位论文 功率4 k w 数量：l 台 。 材质： f r p 操作方式：现场和中央手动 ( 8 ) 微生物反应池 微生物反应池设计处理水量6 0 t h ，系统采用接触氧化法的微生物膜 处理技术，故也被称为生物接触氧化池或浸没曝气式生物滤池，主要通过 投加“倍加清”专性联合菌群，使其在废水中的填料表面快速建立一条有 效降解烃类、脂类等有机污染物的生物群，对废水中各种复杂的脂肪族和 。 芳香族进行生物降解，同时可强化对烃类、蜡类以及酚、萘、胺、苯、煤 油等生物降解，这些专性菌有着很高的繁殖率，它们通过水合、活化、繁 殖、分解，并通过竞争使其能够在生物群中很快稳定下来，形成优势菌群， 同时在不断的竞争中又提高了生物群抗毒性冲击的性能，在生物降解的初 级阶段或在生物量较低时，可配合投加少量的抗表面活性剂以及专性营养 剂、抗表面活性剂是使废水中表面活性剂等起分散作用，辅助微生物的生 长和繁殖。 系统正常运行后，该设备基本为连续运行。当水量少时，可根据调节 池液位高低与水泵联锁控制；不进水时，只需间隔4 小时左右曝气半小时 即可，以维持微生物活性。如因大修停机几天，系统中的专性联合菌群会 随着池内的有机污染物浓度降低而自动进入低增殖阶段，系统处于休眠状 态，当设备投运后，系统会随着池内的有机污染物浓度的增长很快就恢复 ，正常运行。该设备投运后由于有一定量的污泥回流，菌种的投加量会很少， 因此运行费用较低，运行时间越长，处理效果越好。 有效容积：6 0 0 m 3 数 量： 停留时间： 溶解氧： 温度： 填料充满率： 风量： 反应池材质： ( 9 ) 投菌装置 1 座( 分2 格每格3 0 0 m 3 ) 1 0 小时 i 2 m g l 1 5 4 0 ，最佳：2 5 3 5 8 0 q = 1 5 m 3 m i n p = o 0 5 0 1m p a 钢砼 1 3 西安建筑科技大学硕士学伊论文 主要用于“倍加清”专性菌的活化、扩培和驯化，并定期投入微生物 反应池。使用空气搅拌。 活化箱： 2 5 0 l 型号：pt-250l 数量：1 只 材质：pe ( 1 0 ) 斜板沉淀池 主要用于微生物反应后固液的分离。可适当投加p a m 、净水剂，进一 步降低废水中残留的c o d c ，及油。沉淀污泥由排泥泵送至污泥浓缩池，另 一部分污泥回流至微生物反应池。 型式：斜板沉淀池 ，外形尺寸：1 0 2 8 4 5 m ( 单台) 表面负荷： 1 8 m 3 ，( m 2 h ) 数量：2 台 材，质： 钢制内衬f r p 配套设备： 斜板填料材质：pvc 数量：2 套 搅拌装置： 数量：、4台 功率； 2 2 k w ( 1 1 ) 排泥泵5 群、6 群 型号： 流量： 功率： 数量： 材质； 操作方式： 1 4 g 5 8 一l 2 0 m 3 h 7 5k w 2 台( 1 用1 备) 铸铁 现场和中央手动，中央自动 西安建筑科技大学硕士学何论文 2 3 降解机理 冷轧含油废水中最难去除的是轧制油以及轧制油中的添加剂，轧制油 的主要成分是链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量非烃化合物的复杂的混合物， 而轧制油添加剂中的主要成分也是一些带有亲水基团和亲油基团的烃类 有机物，其分子量较小。 ( 一) 链烷烃的微生物降解： ( 1 )微生物攻击链烷烃的末端甲基，由混合功能氧化酶催化，生成伯 醇，再进一步氧化为醛和脂肪酸，脂肪酸接着通过8 氧化进一步 代谢。其反应式为： r c h2 一c h3 墨曼二生一r c h2 一c h2 0 h + h 2 0 。j ，。2 h 9 一氧化扣rc h 2 c o 傩k 万尺一c 一c h o ( 2 )有些微生物攻击链烷烃的次末端，在链内的碳原子上插入氧。这 样，首先生成仲醇，再迸一步氧化，生成酮，酮再代谢为酯，酯 键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇再接着继续氧化成醛、羧酸，羧酸 则通过g 氧化进一步代谢。其反应式为： o h | r c h 2 一c h2 一凹3 焉等一只一c 日2 一凹一凹3 o上。2 0 r c h 2 0 一c c h 3 上+ 2 0 h 2 0 + d 2 + 2 h r c h 2 一c c h r c h2 一o h + c h3 c 0 0 h j ，_ 2 h r c l i o 羔生b r c o o h 一一 6 一氧化 ( 二) 不具备末端甲基的环烷烃由类似于上述末端氧化的机制进行生物 降解： 如环己烷，由混合功能氧化酶的羟化作用生成环己醇，后者脱 氢生成酮，再进一步氧化，一个氧插入环内而生成内酯，内酯开环， 一端的羟基被氧化成醛基，再氧化成羧基，生成的二羧酸通过b 一氧 1 5 西安建筑科技大学硕十学伊论文 化进一步代谢，其反应式为： 0 等 2 h c o o h c h 2 b 一氧化。 一；h 2 c h 2 i c h 2 c o o h c h 2 毒! l 乜型 + h 2 0 l c h 2 c h 2 c h 0 c h 2 c h 2 i c h 2 0 h 脂环化合物通常不能用作微生物生长的唯一碳源，除非它们有 足够长的酯族侧链。虽然已经发现能够在环己烷气氛下生长的微生 物，但更常见的是转化环己烷为环己酮的微生物不能进行内酯化和 开环，而能将环己酮酯化和开环的微生物却不能转化环己烷为环己 酮。可见，微生物之间的互生关系和共代谢在环烷烃的生物降解中 起着重要作用。 ( 三) 芳香烃的微生物降解： 芳香烃由加氧酶氧化为二萘酚，二羟基化的芳香环再氧化，邻 位或间位开环。邻位开环生成己二烯二酸，再氧化为b 酮己二酸， 后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀酸和乙酰辅酶a 。间位开 环生成2 - 羟己二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮酸。 其反应见下式： o 矿 c h 3 一c h + c h 3 一c c o o h 、 o 粤旺 oh未仰coohhoh( 邻位开环) v + 0 2 4 f ( 间位开环)、 + o z 1 6 0 h o o c c h 2 一c h 2 - - c o o h + o 矿 c h 3 - - c - - s c o a 。人u 等一 。八u 上p 姒伽 懈 o ，c少、c人+删 蚁+一 + 一 一畸 西安建筑科技大学硕十学位论文 ( 四) 多环芳香烃的微生物降解： 多环芳香烃的生物降解，先是经过一个环二羟基化，再开环， 进一步降解为丙酮酸和c 0 2 ，然后再将第二个环以同样方式降解， 以此类推。以萘为例，其反应见下式： 一征 o h 一 o h 1 7 i 。 o c h h 。+ c h 3 - - c 矿- - c o o h o h c o o h 旺卜 p 西安建筑科技大学硕七学伸论文 2 4 接触氧化法 包钢冷轧废水处理站稀含油废水处理系统的核心设备是微生物反应 池，它所采用的废水处理方法为接触氧化法，属于废水好氧生物处理法中 的生物膜法范畴。生物膜法是指废水流过生长在固定支承物表面上的生物 膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交换，降解废水中有机污染物的方 法而生物接触氧化法，就是在曝气池中填充填料，经过曝气的废水流经 填料层，使填料颗粒表面长满生物膜，废水和生物膜相接触，在生物膜生 物的作用下，废水得到净化的处理方法。 生物接触氧化池又名浸没式曝气滤池，也称固定式活性污泥法，它是 一种兼有活性污泥和生物膜法特点的废水处理构筑物，所以它兼有这两种 处理方法的优点。生物接触氧化法具有如下特征： 本次设计中生物接触氧化池所使用的填料是用人造纤维丝成 束绑扎在尼龙纤维绳上制成的丝状球形填料，上下贯通，废水 在池内流动时的水力条件好，能够很好地向填料壁上固着的生 物膜供应营养及氧，因此生物膜上的生物相很丰富，除细菌外， 球衣菌类的丝状菌、多种种属的原生动物和后生动物，能够形 成稳定的生态系。 填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，有利 于维护生物膜的净化功能；还能够提高充氧能力和氧的利用 率；有利于保持高度的生物量；生物膜的立体结构形成了一个 密集的生物网，废水从中通过，能够提高净化效果。 生物接触氧化对冲击负荷有较强的适应能力，污泥生成量少， 不产生污泥膨胀的危害，能够保证出水水质，不需污泥大量回 流，易于维护管理，不产生滤池蝇，也很少散发臭气 生物接触氧化具有多种净化功能，它除能够有效地去除有机污 染物质外，还能够用以脱氮和除磷。 生物接触氧化法的主要缺点是：填料间废水的流速比较慢，接触时间 长，水力冲刷力小，生物膜只能自行脱落，填料易于堵塞，造成布水和布 气不均匀，影响废水的处理效果；剩余污泥往往恶化被处理的水质；动力 费用较高。 为避免和减少以上缺点，设计中采用了直流式( 又称全面曝气式) 的 接触氧化池，即在填料底部进行鼓风充氧。这种构造形式的生物接触氧化 装置的主要特点是：在填料下直接布气，生物膜直接受到上升气流的强烈 搅动，加速了生物膜的更新，使其经常保持较高的活性，而且能够克服堵 1 8 两安建筑科技大学硕士学位论文 塞的现象。这是目前国内在接触氧化法中最多采用的形式。 接触氧化池中曝气的空气来源是罗茨鼓风机，风量q = 1 5 m 3 m i n ，风 压p = 0 0 5 0 1 m p a ；布气设备为孔眼均匀分布的多孔管。设计溶解氧浓 度2 m g l 。 r 接触氧化池填料的选择要求比表面积大、空隙率大，水流阻力小且性 能稳定。由于本项目所采用的是人造纤维丝制成的软性填料，能够在接触 氧化池中形成巨大的生物膜支承面积，通过实践已经证明该类填料具有耐 腐蚀、耐生物降解，不堵塞、造价低、体积小、质量轻、易于安装、适应 性强等优点，对来水的负荷波动以及布水不均匀的不利情况有较强的适应 能力。但这种填料在氧化池停止工作时，会形成纤维束结块，清洗较困难。 所以在停止工作时，需要保持一定的曝气量，或者使用清水冲洗。 接触氧化法的日常管理和操作比较简单，一般只要控制好进水量，浓 度、温度、p h 值及所需投加的营养物质( n 、p 等) ，处理效果一般比较 稳定，微生物生长良好。在废水的来水水质发生变化，形成负荷冲击的情 况下，出水水质会出现恶化，但很快就能恢复，这也是生物膜法的特点。 1 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 。- l _ _ _ i i _ _ i _ l - i - _ - _ _ _ _ _ e l l e l - - _ - _ _ 目_ _ _ _ _ i _ _ _ l i _ i _ l i 3 、实验研究 3 1 微生物工艺优化的实验构想 作为每一个细胞都要直接与外界环境接触的微小生物，微生物的生长 和代谢活动都受到环境条件的直接和巨大的影响，相应地，微生物反应过 程中其生理和代谢的状态受环境因素的影响也非常复杂。而微生物工艺的 优化，或者说微生物培养基及培养条件的优化，就是要了解各种因素对微 生物代谢途径的影响，从而能够选择一组适宜的培养条件，通过对这些因 素的优化控制，使菌株的生产潜力得到最大限度的发挥。对于一些一时还 不能控制的因素，也希望对它们进行跟踪和监测，以便掌握微生物反应过 程的规律。因而，在冷轧含油废水的处理工艺中，如何掌握、调节和控制 微生物的代谢活动成为优化这项工艺的主要研究方向。 基于上述目的，本课题主要针对生产当中便于调节和控制的p h 值和 温度来进行实验研究。实验计划模拟包钢冷轧废水处理站稀含油废水处理 系统的运行条件，分别测试在不同废水温度条件下和不同废水p h 值条件 下，该废水处理系统的c o d 去除率，再通过分析实验结果得到反映温度( t ) 一c o d 去除率( k ) 和p h 值一c o d 去除率( k ) 的两组运行曲线，以此来确定 一个比较优化的运行工况范围。 实验选择由承包本次包钢冷轧废水处理站工艺设计并提供“倍加清” 联合专性菌种的江苏博大环保股份公司实验室协助完成。该公司拥有宝钢 2 0 3 0 冷轧废水处理站改造扩建项目、江阴联合铁钢给排水总包项目等多项 冶金行业的业绩，具有一定的生产、设计和科研的能力，且拥有实验所需 的专业人员以及仪器和设备。 由于在实验中无法象实际工艺上一样通过水中的蒸汽盘管和冷却塔 来调节和控制被处理废水的水温，所以在实验中，我们除了在含油废水中 和池中使用电加热棒加热外，主要通过设定室内空调温度来控制室温保持 在一个较小的范围内，并使被测试废水的温度与室温保持一致。通过试验， 废水的温度可以精确控制在1 3 的范围内。 两安建筑科技大学硕七学位论文 3 2 实验设备 本实验的装置在江苏博大环保股份有限责任公司实验室中设置。 参照包钢冷轧废水处理站稀含油废水处理系统工艺设备，按l ：l o o o 比例 制作含油废水中和池和斜板沉淀池模型，另利用实验室原有的一台微生物接触 氧化池模型，实测模型数据如下： ( 1 ) 含油废水中和池 有效容积； 数量： 材质： 搅拌装置： ( 2 ) 微生物反应池 有效容积： 数量： 停留时间： ， 溶解氧： 填料充满率g 风量： 反应池材质： 一 ( 3 ) 斜板沉淀池 型式： 外形尺寸： 表面负荷： 一 数量： 材质：， 斜板填料材质： 0 9 m 3 1 台 聚丙烯( p p ) 1 台 0 4 m 3 1 座( 不分格) l o 小时 一 2 m g l 8 0 q = o 0 2 m 3 m i n p = o 5 1 2 k p a 聚丙烯( p p ) 斜板沉淀池 l 0 3 o 4 5 m ( 单台) 1 8 2 m 3 ( m 2 h ) 1 台 聚丙烯( p p ) p v c ( 4 ) 曝气装置一空气泵：1 台 穿孔曝气管：l 组 ( 5 ) 空调一柜式空调机组：l 台 ( 6 ) 实验仪器一一玻璃管水银温度计；1 个( 插入容器内测水温) 电子p h 计：l 台 油分析仪：1 台 c o d 仪：1 台 实测所得实验模型与包钢废水处理站设备实物的比例约为1 ：8 0 0 。 2 1 西安建筑科技大学硕士学付论文 3 3 实验准备 ( i ) 实验装置连接：按照包钢冷轧废水处理站稀含油废水处理系统设置连接实 。验模型。实验模型装置的连接如下所示： 实验装置连接示意图 ( 2 ) 配制含油废水：选择冷轧用轧制油加水配制成3 - 5 的乳化液，再进一步 稀释至2 ，作为模拟的稀含油废水。 ( 3 ) 选择菌种：根据江苏博大环保股份有限公司在宝钢2 0 3 0 冷轧含油废水处理 系统中所取得的经验，选择“倍加清”6 # 和7 # 联合专性菌群作 。为包钢冷轧含油废水处理系统的投加菌种，该联合专性菌群在宝 钢2 0 3 0 含油废水处理系统中取得了油去除率i 9 8 和c o d 去除 率9 5 的较好记录。江苏博大环保股份有限公司通过前期的模 ， 拟对比试验，其结果也是使用“倍加清”6 # 和7 # 联合专性菌群 来处理冷轧含油废水的效果更好。 ( 4 ) 驯化、培养菌膜：在微生物反应池内挂一组( 6 0 串) 人造纤维丝球形填料， 分别注入配制好的模拟含油废水4 0 0 升。按万分之四的比例投加 菌种( 投入菌种的比例为：6 # 干菌种6 0 克，7 # 干菌种1 0 0 克 菌种在投加前需要先经过预湿活化4 5 6 0 分钟，扩培3 4 小时， 菌种：废水= i ：9 ) 。按1 2 0 l m i n 的曝气量进行持续的曝气( 气 水比为1 8 ：i ) ，同时适当调控c 、n 、p 的比例，以利于菌膜的培 养。通过7 天时问的驯化，观察容器内生物膜长势正常，6 # 、7 # 菌种未产生排斥、拮抗作用，共生情况良好。 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 4 实验过程 ( 1 ) 水样温度为3 5 时的测试； ( a ) 调节室内空调器的设定温度，使被测试的模拟稀含油废水样的水温保持 在3 5 c 左右，在含油废水中和池中添加盐酸溶液，使水样的p h 值调节为4 。从 含油废水中和池出水中取3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d 等， 取其平均值用于计算。含油废水中和池的出水进入微生物反应池后，曝气装置按 1 2 0 l m i n 的曝气量对微生物反应池中的废水进行持续曝气( 气水比为1 8 ：1 ) ， 设定微生物反应池中的废水的停留时间为1 0 小时。1 0 小时后，将微生物反应池 的出水送入斜板沉淀池进行沉淀，沉淀后从斜板沉淀池的出水中取水样3 份，分 别测定其中的p h 值、油含量、c 0 1 ) ，取其平均值用于计算。根据试验测得的进水 和出水的油含量、c o d ，分别计算油含量、c o d 的去除率。 ( b ) 减少在含油废水调节池中盐酸溶液的添加量，调节水样的p h 值为5 。 重复( a ) 中所做的步骤，分别从含油废水中和池出水和斜板沉淀池出水中各取 3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d ，取其平均值用于计算油含量、 c o d 的去除率。 ( c ) 继续减少在含油废水调节池中盐酸溶液的添加量，调节水样的p h 值为 6 。重复( a ) 中所做的步骤，分别从含油废水中和池出水和斜板沉淀池出水中各 取3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d ，取其平均值用于计算油含量、 c o d 的去除率。 ( d ) 适当添加盐酸溶液和氢氧化钠溶液，调节含油废水调节池中水样的p h 值为7 。重复( a ) 中所做的步骤，分别从含油废水中和池出水和斜板沉淀池出 水中各取3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d ，取其平均值用于计算 油含量、c o d 的去除率。 ( e ) 适当添加氢氧化钠溶液，调节含油废水调节池中水样的p h 值为8 。重 复( a ) 中所做的步骤，分别从含油废水中和池出水和斜板沉淀池出水中各取3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d ，取其平均值用于计算油含量、c o d 的去除率。 ( f ) 适当添加氢氧化钠溶液，调节含油废水调节池中水样的p h 值为9 。重 复( a ) 中所做的步骤，分别从含油废水中和池出水和斜板沉淀池出水中各取3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d ，取其平均值用于计算油含量、c o d 的去除率 ( g ) 适当添加氢氧化钠溶液，调节含油废水调节池中水样的p h 值为1 0 。重 复( a ) 中所做的步骤，分别从含油废水中和池出水和斜板沉淀池出水中各取3 份水样，分别测定其中的p h 值、油含量、c o d ，取其平均值用于计算油含量、c o d 两安建筑科技大学硕士学位论文 的去除率。 测得的试验结果记录如下： 环境条件：d h = 4 ，t = 3 5 c 系统进水系统出水 水样1水样2水样3 平均水样l水样2水样3平均 油 5 9 8 6 1 3 6 2 26 1 1 2 8 8 2 6 02 7 6 2 7 5 ( m g 1 ) c o d 1 6 9 9 1 7 1 21 7 3 0 1 7 1