（应用化学专业论文）Alt1gtAlt2gtOM工艺中污泥活性和出水颜色脱除的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 a 1 a 2 o m 工艺中污泥活性和出水颜色脱除的研究 摘要 焦化废水是一种较难生物降解的工业废水。目前国内大多数处理厂多 采用a - o 和a 1 a r o 等活性污泥处理工艺。但这些工艺处理存在着出水 c o d 和n h 3 n 不能同时达标排放的问题。 本实验用a 1 a 2 o m 工艺处理焦化废水，在各段工艺最佳运行参数的 情况下，对污泥活性进行了考察，结果表明：每半个月需在各反应器内添 加营养剂，每六个月需添加新污泥。 通过紫外吸收光谱和气质联用光谱共同考察了焦化废水在经 a 1 a 2 o m 工艺( 不外加碱源和碳源，系统总水力停留时间为2 5 h ) 处理前 后，水分组成变化进行了考察，结果表明：大部分芳香族化合物得到了较 完全的去除；酚类几乎全部降解；含量较大的呋喃类、苯胺类、喹啉类也 大部分被去除。这就说明a 1 a 2 o m 工艺处理焦化废水是很成功的。 由于国家要求焦化废水排放的色度低于5 0 度，而a 1 a 2 o m 工艺出 水的色度还远高于国家标准，为了解决色度超标的问题本实验采用两种脱 色方法( 铁屑电解法和f e s 0 4 与c a o 共同作用的方法) 对a 1 a 2 o m 工艺 出水进行了脱色研究。利用铁屑电解法脱色的最佳条件为：p h 值= 5 晰0 ； 水温温度大约2 5 ；铁屑粒径d = 1 0 - - d 2 m m 。在该条件下，反应2 0 分钟， 其水样的色度可达1 5 以下，n h 3 n 值减小，可达5 m g l 以下；c o d 值增 大，可达3 0 0 0 m g l 以上。利用f e s 0 4 与c a o 共同作用的方法脱除a i a 2 o m 工艺出水颜色的最佳条件为：反应温度为室温；p 1 4 值为5 0 ；反应时间 一t 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 5 分钟；f e s 0 4 - 与c a o 加入量分别为2 0 9 l 和4 0 9 l 。在该条件，其水样的 色度可达1 5 以下；n h r n 值减小，可达5 m g l 以下；c o d 值增大，可达 2 0 0 0 m g l 以上。以上两种方法均使水样色度达到了污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中的一级标准。 关键词：焦化废水，脱色，a i - a 2 一o - m 工艺，活性污泥 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ho n 田 i es t a t eo fs t a i na n dt h e d e c o l o u r i z a t i o no ft h eo u t f l o wi na t - a 2 一o mc r a f t a b s t r a c t c o k i n g w a s t e w a t e ri sak i n d o fd i f f i c u l t b i o d c g r a d a t i o n i n d u s t r i a l w a s t e w a t e r a tp r e s e n tm o s tp r o c e s s i n gf a c t o r i e sm o s ta d o p ta - oa n da l a 2 - 0 c r a f te t c b u tt h e s ec r o f t sh a v et h ep r o b l e m st h a tc o da n dn h 3 - nd on o tr e a c h t h ee m i lo fa i - a 2 一o mi sa d o p t e dt ot r e a t 、衍t ht h ec o k i n gw a s t e w a t e ri n t h ee x p e r i m e n t i nt h eo p t i u mc o n t r o lc o n d i t i o n s ，t h ea c t i v es t a i ni sr e s e a c h e di n d e t a i l ，a n dt h er e s u l t si n d i c a t et h a tn u t r i t i o nn e e d st o b ea d d e de v e r yh a l f a m o n t h ，t h en e ws t a i nn e e d st ob ea d d e de v e r ys i xm o n t h s 。 t h ec h a n g e sh a p p e nf o rt h ec o m p o n e n t so ft h ec o k i n gw a s t e w a t e rb e f o r e a n da f t e rb e i n gd i s p o s e dt h r o u g ht h ea 1 一a 2 o mc r a i l ( n o tf e e d i n gc a r b o n s o u r c ea n da l k a l is o u r c ei nt h i ss y s t e m , t h et o t a lh r to ft h es y s t e mi s2 5 h o u r s ) ，a n dt h ec h a n g e si ss t u d i e dw i t ht h ea b s o r b e ds p e c t r u mo f t h eu va n dt h e a n a l y z e ds p e c t r u mo ft h eo c m s t h er e s u l t sp r o v e ：am a j o r i t yo fa r o m a t i c i t y m a yb ew i p e do f fa l m o s tc o m p l e t e l y , a n da l lo ft h eh y d r o x y b e n z e n e sm a yb e r e d u c e d ，a n dt h ef u r a n s ，t h ea n i l i n ea n dt h eq u i n o l i n e si nag r e a tm e a s u r ea l s o m a yb ew i p e do f f t h et h i n g se x p l a i nt h ea l a 2 o - mc r a f ti sv e r ys u c c e s s f u lt o d e a lw i t ht h ec o k i n gw a s t e w a t c r 一i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 b e c a u s et h en a t i o n a ls t a n d a r dr e q u e s t st h eo u t f l o wc h r o m as h o u l db eu n d e r 5 0 ，t h ec h r o m ao ft h ee f f l u e n to fa t a 2 - o mc r a f ti sm u c hh i g h e rt h a nt h e n a t i o n a ls t a n d a r d i nt h ee x p e r i m e n ti ti sa d o p t e db yt h et w od e c o l o u r i z a d o n m e t h o d s ( t h eo n eo ft h es c r a pi r o ne l e c t r o a n a l y s i sa n dt h eo n eo ft h ee f f e c tb y f e s 0 4a n dc a o ) ，w h i c hm a yd e c o l o rt ot h ew a s t ew a t e rd e s p o s e db yt h em e a s u r e o fa l - a 2 一o - m i nt h em e t h o do ft h es c r a pi r o ne l e c t r o a n a l y s i st h eo p t i u mc o n t r o l c o n d i t i o n sm a yb e ：t h ev a l u eo fp hi s5 0 - 6 0 ，t h et e m p e r a t u r eo ft h ew a t e ri s a b o u t2 5 c ，t h ed i a m e t e ro ft h es c r a pi r o ni s1 0 1 2 m m u n d e rt h ec o n d i t i o n , i f t h ee x p e r i m e n tw i l lr e a c ta b o u t2 0 m i n ，t h ec h r o m ao ft h ew a s t ew a t e rm a y d e c r e a s ea n db et h e r e i n a f l e r15 ，a n dt h ev a l u eo fn h r n m a y d e c r e a s ea n d g e tt o 5 m g l ，a n dt h ev a l u eo fc o dm a yi n c r e a s ea n dg e tt o3 0 0 0 m g l i nt h em e t h o d o ft h ee f f e c tb yf e s 0 4a n dc a o ，t h eo p t i u mc o n t r o lc o n d i t i o n sm a yb e ：t h ev a l u e o fp hi s5 o 7 0 ，a n dt h et e m p e r a t u r eo ft h er e a c t i o ni sr o o mt e m p e r a t u r e ，a n dt h e t i m eo ft h er e a c t i o ni s4 5 m i n ，a n dt h es e p a r a t eq u a n t i t yo ff e s 0 4a n dc a oi s 2 0 9 la n d4 0 9 l u n d e rt h ec o n d i t i o n ，i ft h er e a c t i o nh a p p e n s ，t h ec h r o m ao ft h e w a s t ew a t e rm a yd e c r e a s ea n db et h e r e i n a f l e r15 ，a n dt h ev a l u eo fn h 3 一nm a y d e c r e a s ea n dg e tt o5 m g l ，a n dt h ev a l u eo fc o dm a yi n c r e a s ea n dg e tt o 2 0 0 0 m e d l b yt h et w om e t h o d st h ev a l u eo ft h ec h r o m ao ft h ew a s t ew a t e rh a s a c h i e v e dt h e p r i m a r y n a t i o n a ls t a n d a r da b o u tw a s t e w a t e r d i s c h a r g e ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：c o k i n gw a s t e w a t e r , d e c o l o u r i z a t i o n ，a i a 2 一o - mc r a f t ，a c t i v es t a i n i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 论文中出现的主要符号及其对应中文含义见下面详细表述，以供参阅。其 它符号在论文中的出现处均有说明。 a 2 一o - m ( a m e r o b i c - a n o x i c - a e r o b i e - h y b r i db i d l o g i c a lr e a c t o r ) 厌氧一缺氧一好氧一 复合生物反应器 b o d ( b i o - c i m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 生化需氧量 c n ( c a r b o n - n i t r o g e nr a t b ) 碳氮比 c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 化学需氧量 d o ( d i s s o l v e do x y g e n ) 溶解氧 n h 3 一( 也写作n h ( + - n ) 氨氮 朋一一( 包括硝酸盐氮和亚硝酸盐氮) 硝态氮 f i m 嘞d 污泥负荷 h r t ( h y d r a 曲cr c r m t nt m l e ) 水力停留时间 i m c ( i 谳i l i z e dc e l l ) 固定化细胞 m b r ( m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r ) 膜生物反应器 m l s s ( m i x e dl i q u d fs u s p e n d e ds o l i d s ) 混和液悬浮固体 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 序批式活性污泥法 s m s b r ( s u b m c r 鲥m e n l n a n es e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 一体化膜序批生物反 应器 s s ( s u s p e n d e ds o l i d s ) 悬浮固体 s v i ( s l u d g e l u m ei n d e x ) 污泥容积指数 t n ( t o t a l n 讯伊n ) 总氮 t o c ( t o t a lo r g a n i cc a r b o n ) 总有机碳 一i x 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：壶三邑 日期： 锄8 i l 一口。o 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；+ 学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：壶三曼日期： 导师签名：燃日期： 狮0 8 。6s 。心。 o y 一毛一| o 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章文献综述 众所周知，我国是目前全球最大的焦炭生产国和出口国，而山西则是全国焦炭出口 的重要省份。近年来，中国经济发展带动了中国钢铁工业及相关工业的快速增长，同时 焦炭生产能力也大幅度提高。2 0 0 3 年全国焦炭产量达1 6 6 亿吨，约占世界焦炭产量4 4 左右。2 0 0 4 年，全国焦炭产量达1 9 5 亿吨，其中国内消费达到1 8 亿吨，全年出口焦炭 1 5 0 0 万吨，占国际焦炭贸易量的6 0 t 。据中国焦炭协会统计，2 0 0 4 年山西焦炭产量 8 0 0 0 万吨，占到全国产量的四成，世界总产量的六分之一。由话目前已建成的焦炭生产 能力达到1 2 9 亿吨，在建的还有9 0 0 0 万吨，两者相加近2 1 亿吨。 与此同时，焦化行业对水的污染也占到全省污染总量的4 0 。通常每生产1 吨焦炭 约产生1 1 8m 3 1 8 3 m 3 废水【2 】。这样，我省到2 0 0 8 年焦化废水的摔放量将达3 4 8 5 8 4 亿m 3 a 。如此多的未经处理或仅经过处理但未达标的废水严重污染了我省的生态环境， 影响了广大人民的生活。因此，治理焦化废水的污染迫在眉睫，这就要求我们从技术上 予以支持。 1 1 焦化废水的来源、水质特点及其危害 1 1 1 焦化废水的来源 焦化废水主要产生于炼焦和制气过程，其水质复杂，产生量较大。捧水点主要有物 料冷却、换热、选煤、熄焦、水封、冲洗地坪、化验、补充循环水系统等几个方面溺。 生产废水分为生产净排水和生产废水两部分：生产净排水主要分为间接冷却水、蒸汽冷 却水，基本不含污染物：生产废水来源于与物科直接接触水，主要有原料带入和煤干馏 生成的化合水两个方面。焦化废水排放主要来自以下环节【2 l ： l 、炼焦车间熄焦塔捧出的熄焦废水，这部分废水含有较多的焦尘及微量的挥发酚、氰 化物等污染物。 2 、冷鼓工段焦油氨水分离形成的烈余氨水，它含有焦油、n i l 3 - n 、c o d 、酚、氰、硫 化物等污染物。 3 、炼焦车间上升管水封、冷缺、脱硫、氨回收过程设备水封和管道水封装置、冲洗地 坪及其他排水，含有焦油、n h 3 - n 、c o d 、硫化物等污染物。 一l 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 、硫氨工段的油水分离器等设备排出的污水，这部分废水含有n h 3 - n 、c o d 、挥发酚 等污染物。 5 、糨苯工段的油水分离器等设备捧出的污水，它里边的主要成分为油、c o d 等。 6 、冷却循环系统排出的循环外捧水，含有大量盐类物质，污染成分少，可全部复用。 1 1 2 焦化废水的水质特点及其危害 焦化废水中含有的大量有机污染物如芳香族化合物，酚等，还有大量的无机盐，这 些都对生态环境造成了很大的危害。下面介绍一下焦化废水的水质特点及其危害。 1 1 2 1 焦化废水的水质特点主要有： 1 ) 成分复杂 焦化废水所含污染物可分为无机物和有机物两大类，无机物一般以铵盐形式存在， 包括( n h 4 h c 0 3 、 n a 4 h s 0 4 、n h 4 c l 、n h 4 c n 、n h o h s 、n i - h s c n 、( s s 4 h s 2 0 3 等，它 们是焦化废水中n 1 3 - n 的部分；有机物以酚类化合物为主，包括苯酚、酚的同系物 以及萘、蒽、苯并比等多环类化合物，另外还有杂环类化合物，包括二氮杂苯、氮杂苊、 氮杂菲、毗啶、喹啉、吲哚等l 删。何苗【1 0 1 等对焦化废水中的有机物进行了g - c m s 分析， 测定结果见表1 - 1 。 一2 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 表1 - 1 焦化废水中的有机物 t a b 1 - 1t h eo r g a n i cc o m p o n e n t so f c o k e - p l a n tw a s t e w a t e r 一3 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 ) 含有大量的难降解物和有毒有害物质 废水中的难降解物和有毒有害物质对微生物尤其是硝化菌和反硝化菌的生长繁殖 具有较强的抑制作用。 3 ) n h 3 - n 浓度大 n h 3 - n 浓度太高时严重抑制硝化菌的活性发挥，且n i l 3 - n 经硝化生成硝酸根离子 和亚硝酸根离子，消耗水中的溶解氧，会造成水体缺氧使水质恶化，并且亚硝酸根离子 是一种致癌物质。 4 ) 含有危害水生生物和人体的剧毒物质及致癌物质 剧毒物质包括一些氰化物和硫氰化物，通过反应可以转化为氰化氢，以低浓度致死； 或者转化为n h 3 - n ，对硝化菌产生抑制作用。废水中钓不少多环芳烃和杂环化合物是“三 致打物质，危害人体健康。 5 ) 可生化性较差 焦化废水的b o d s c o d 值较低，约为0 3 o 4 ：氰化物浓度一般在1 0 - - 2 0 m g l 之间， 在毒物抑制条件下更增加了生物处理难度。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 i i 2 2 焦化废水的危害 1 ) n h 4 + - n 的危害 焦化废水中的n h 4 + - n 是一种不稳定的物质，在微生物作用下发生硝化反应生成 n 。2 0 阳n 0 3 ，消耗水中的溶解氧，同时n c h 是致癌物，n 0 3 4 会破坏血液的吸氧功能嗽。 2 ) 有机物的危害 废水中大量有机物排入水体，会造成水体缺氧，危害水生生物。 3 ) 酚类物质的危害 酚类化合物是原生质毒物，它对一切生物都有毒害作用可以通过与人的皮肤、粘膜 接触发生化学反应，形成不溶性蛋白质，而使细胞失去活力，酚还能向深部渗透，引起 深部组织损伤、坏死，直至全身中毒。长期饮用被酚污染的水会引起头晕、贫血以及中 枢神经系统病症。水体中含酚o 1 - 4 ) 2 m g l 时，鱼类有酚味，浓度高时引起鱼类大量死 亡，酚类对鱼类毒害极限浓度一般在4 - 1 5 m g l 。苯二酚毒性更强，极限浓度为0 2 m g l 嗍 o 4 ) 氰化物的危害 废水中的氰化物是剧毒物质，进入生物体内可以抑制细胞内呼吸酶系。当p h 小于 8 5 时，水中氰化物易水解成氢氰酸( h c n ) ；当p h 小于5 时，重金属氰络合物可以部 分或全部分解游离出h c n ，而h c n 的入均致死量为o 3 o s m g l 。 5 ) 芳香族化合物的危害 焦化废水中所含的多环芳烃和杂环化合物有不少是致癌和致突变物质，不但会对环 境造成严重污染，同时也直接威胁到人类健康。 总之，焦化废水是一种含有大量有毒有害物质的难降解有机废水。 1 1 3 焦化废水的治理情况 污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 对焦化废水新扩改项目要求：n h 3 - n 1 5 m g l ， c o d _ z 0 0 m g l 国内外去除焦化废水中的n i - 1 3 n 刁g l c o d 主要采用生化法，其中以普通活 性污泥法为主，该方法可有效去除焦化废水中酚、氰类物质，但对难降解有机物和n h 3 - n 去除效果较差，难以达标排放。 纵观国内外各种焦化废水处理技术，普遍存在以下三个问题： ( 1 ) 废水难以达标捧放。据国家冶金局2 0 0 7 年的统计。9 0 以上的焦化企业对焦 化废水的处理效果不理想，难以达标排放，其中最为突出的是生化出水的c o d 去除率一 一5 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 般在8 0 以下，氨氮去除率仅为3 0 左右【l i 1 2 1 。 ( 2 ) 绝大多数企业未考虑焦化废水的回用。据文献调研，目前很少焦化企业将处 理后的焦化废水回用，这与我国目前正大力推行的建设节水型社会的大政策不_ 致。 ( 3 ) 废水水处理成本偏高，企业难以接受。据报道，上海宝钢利用0 工艺处理 焦化废水，虽然实现了氨氮、c o d 的达标排放，但该技术初期工程投资大，处理成本高 达1 0 元t 【1 3 15 1 。 焦化废水，经过生物法二级处理后，虽然可以大大改善出水的水质，但c o d 不能达 标排放，对色度的降低效果很小，几乎没有降低作用。焦化厂现在的做法是将处理后的 焦化废水用于熄焦处理。而进一步的处理，现在所做的比较少。目前国内采用的处理方 式是强化处理和物化处理，但均不经济 1 3 t 乃，而且处理技术没有用于工程实践中。部分 焦化厂，在二级处理后，采用混凝处理，来脱除焦化废水的色度以及有机物，然而，加 混凝剂，增加了处理费用【1 8 - 2 0 。 为了解决这一矛盾，相关人员进行了很多有益的探索【2 1 2 4 】，希望找到一种经济、有 效的焦化废水深度处理方案以实现回用于生产，但多数都未取得理想效果陋嗍。废水处 理和达标排放是基本要求，而废水回用、减少外排或零捧放和实现资源的再利用才是最 终目的。为减少外排水量，降低外排水污染指标，提高污水的回用率，许多科研部门及 生产厂为此而努力f 珏朔。 1 2 焦化废水深度处理技术的研究现状与发展 焦化废水经生化处理后，出水的c o d 、氨氮等浓度虽有极大的下降，但由于难降解 有机物的存在，使得出水的c o d 、氨氮等指标仍未达到排放标准。因此，生化处理后的 出_ 水仍需进一步的处理【3 7 1 。目前对焦化废水深度处理的方法各式各样，但在我们实验 室所进行的a l - a 2 o m ( 缺氧厌氧好氧复合) 组合工艺中，焦化废水通过a i - a 2 o m 组合工艺出来的水基本上可以达到国家标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 4 8 - - 5 0 ，但是水质颜色却还 是很深，在一些分析结果中显示，焦化废水经生化处理后出水中仍然含有烯键、羧基、 酰胺基、磺酰胺基、羰基和硝基等生色团的有机物，并且还含有n 啦、n h r 、i n r 2 、 - - - o r 、o h 和一s h 等助色团；而且都是极性基团，易使这些有机物易溶于水，并有可 能使烷烃化合物发生乳化作用产生高度分散作用，从而生成高色度的水溶液跚。应用电 解络合絮凝结合处理后，可以使大量生色团和助色团的化合物去除掉。因此，本实验采 一6 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 用铁屑与石墨组成的微小原电池来电解络合絮凝经生化方法处理后的焦化废水。 1 2 1a 1 a 2 d m ( 厌氧一缺氧一好氧一复合) 工艺特点 a 1 a 2 d m 工艺采用分级处理的主导思想，即先通过a i 对焦化废水进行厌氧水解 预处理，改变部分难降解物质的化学结构，提商废水的可生化性，为后续反硝化作用提 供了高质量碳源，为有机物的高效好氧处理创造了良好条件；再通过o 进行一级碳化， 通过m 进行二级硝化，最后通过回流在a 2 中最大程度地反硝化，最终使工艺处理后的 出水c o d 和n h 3 - n 达标。 a l 。a 2 o m 工艺的特点【讧5 3 】：由于碳氧化菌的世代期远比硝化菌短，当有机物过剩 时，菌落中碳氧化菌占优势，并消耗了硝化菌生存所必需的氧，影响了硝化反应的进行； 硝化过程置于碳化过程之后，使大部分抑制硝化菌的污染物得以碳化分解或去除，有利 于硝化菌的生长，从而取得良好的硝化效果。 i 2 1 1 a i 反应器水解酸化原理 a l 反应器的作用机型5 6 2 】是将厌氧硝化控制在水解( 酸化) 阶段，利用水解发酵 作用，在短时间内使焦化废水中的不溶性有机物溶解，可溶性难降解有机物分子结构发 生变化，部分环状物开环，大分子降解为小分子，从而减轻好氧段的处理负荷和对好氧 微生物的抑制作用，提高c o d 和n h 3 - n 的去除率。 厌氧水解工艺的影响因素为： 1 ) 水力停留时间( 硒汀) 已有研究婀证明，随h r t 增加，c o d 、b o d 及b o d s c o d 均为先上升后下降， 研究表明在一定停留时间内，水解( 酸化) 使一些大分子、难降解有机物降解为小分子、 易生物降解的有机物，使废水b o d 升高，但随着停留时间的延长，产甲烷菌开始生长， 使一部分小分子有机物彻底降解。故b o d 、c o d 均降低。因此，选择b o d s c o d 达到 最大值时的h r t 为最佳h r i i s n 赵金辉等【5 8 】人实验表明：造纸废水水解停留时间在 2 扣5 h 以上时，c o d 的去除率变化不大。即使增加停留时间，去除率的提高也有限。 2 ) 进水c o d 浓度 刘新亭等【鲫研究了维生素c 废水水解( 酸化) 预处理中迸水c o d 浓度与去除率的 关系得出：进水c o d 越高，其去除率也越高。 3 ) 温度 水解菌和酸化菌对温度的变化不很敏感，在一定温度范围内，温度的变化对c o d 一7 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 去除率影响较小【5 3 】。 4 ) p h 值 ， 王宝泉等人1 6 l 】实验发现，厌氧酸化可以在很低的p h 条件下进行，即使p h 值在4 5 左右，产酸菌仍有相当的活性，说明产酸菌的p h 值适应范围较宽。在实际运行系统中， 宜将p h 值控制在不大于6 5 范围内。 5 ) 污水的性质 被处理污水中基质不同，水解的难易程度也不同，如多糖、蛋白质、脂肪在相同操 作条件下，水解速率依次减小，而同类有机物，分子量大的比分子量小的难水解，直链 结构的分子比支链结构的分子易水解，单环化合物比杂环化合物易水解；污染物的粒径 对水解速率的影响也很大，大粒径的颗粒，单位重量的比表面积小，水解速率也较小【嗍。 厌氧水解工艺的设计要点为： 1 ) 控制进水p h 值一般为5 5 , , - 1 0 之间，但最佳值应与后续处理条件一并考虑；控制溶 解氧浓度，一般d o 应控制在0 3 - , 0 ，5 m j l 以下； 2 ) 控制c 、n 、p 比例；池形设计要造成良好的水力工况，应控制池深、池长、池宽的 比例，减少“死区一： 3 ) 根据不同有机污染物的分子结构、分子量，设计前通过小试确定最佳h r t ，工程实 施时做适当放大； 4 ) 水解池可与好氧池组合成一体。将厌氧水解( 酸化) 作为好氧生物处理的预处理工艺 可以明显提高污水的可生化性及好氧生物处理段氧的利用率，改善好氧活性污泥的沉 降性能，提高污水的处理效果。 厌氧水解过程的判别指标：水解过程表示酸化程度的最主要的参数是一些短链有机 酸的浓度，即挥发性脂肪酸( 、，】认) 的浓度，通过测定进入和流出反应器的v f a 浓度 的变化来判断反应进行的情况。 把不同的酸折算成c o d ( 见表1 - 2 ) ，计算以c o d 表示的总酸化程度。 表1 - 2 v f a 与c o d 的换算表 t a b 1 - 2t h ec o n v e r s i o no f aa n dc o d 计算式如下： 一8 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 c o d 一* = 蔫鬻搿 m 从( 1 1 ) 式可知，c o d 的酸化率越大，有机物酸化的程度越高。对于一定的基质， 一定的环境条件，c o d 的酸化率主要随水力停留时间( h r t ) 丽交。在短时间内邸 可达到满意的酸化，随h r t 的增加，酸化率增长缓慢，产酸菌己被充分利用，因此 再增加h r t ， 有机酸也不会有太大的增加。 厌氧水解过程动力学 若假定水解速率对于颗粒态有机物的降解为一级反应，则 疋= 石d f 篁 ， ( 1 - 2 ) 式中，f - 一可降解颗粒态有机物的浓度( m g l ) ； 疋水解动力学常数( h 。) 水解微生物增长速率墨和基质的利用速率民可用肘锄d 方式表示： 尺。；坚：y k + s x b x ( 1 3 ) 。 饿 k l 七s r 。= 孕= 竺坠( 1 - 4 ) 。 d t k 。+ s 式中，k 活性微生物的浓度( m 班) ； s _ _ 基质的浓度( 虮) ； y - 微生物生长量系数( g 产生的生物量g 利用的基质) ； k 最大基质利用率( d q ) ； k 广。速率常数( g l ) ； b 撤生物衰亡系数( d q ) 厌氧水解反应的特点： 1 ) 污水经水解处理后b o d d c o d 比值明显提高，可生化性得到大大改善，同时c o d 去除率不断提高，降低了好氧处理中对硝化菌的抑制作用，提高了n i l ，- l q 去除率。 2 ) 相对厌氧处理而言，水解反应的水力停留时间较短。水解反应般在4 1 8 h 内完成。 3 ) 水解工艺运行稳定，受外界气温变化影响小，水温范围广，一般为5 - 4 0 1 2 。 9 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 ) 水解池效率高，占地面积小，且反应器可在常温和低氧条件下运行，不需外界提供 热能和氧，节约能耗，运行费用低。 5 ) 厌氧工艺可对进水负荷的变化起缓冲作用，从而为好氧处理创造较为稳定的进水条 件。 1 2 1 2a 2 反应器和o 反应器联合脱氮原理【6 2 6 5 1 硝化反应是由一类自养好氧微生物完成的，它包括两个步骤：第一步称为亚硝化过 程，是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆 菌属和硝化球菌属；第二步称为硝化过程，由硝酸菌( 包括硝酸杆菌属、螺菌属和球菌 属) 将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，都利用无机碳 化合物如c 0 3 2 、h c o ；和c 0 2 作为碳源，从n h 3 、n h 4 或n 0 2 的氧化反应中获取能量。 亚硝酸菌和硝酸菌的特性大致相似，但前者的世代期较短，生长率较快，园此较能 适应冲击负荷和不利的环境条件；当硝酸菌受到抑制时，有可能出现n o b 积累的情况。 反硝化反应是由一群异养型微生物完成的。它的主要作用是将硝酸盐或亚硝酸盐还 原成气态氮或n 2 0 ，反应在无分子蠢氧的条件下进行。反硝化细菌在自然界很普遍，多 数是兼性的，在溶解氧浓度极低的环境中可利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物则 作为碳源及电子供体提供能量茫被氧化稳定。 由于从反硝化获得的能量低于氧气还原所获取的能量，所以反硝化被认为仅在缺 氧条件下发生。 从n h 4 + 至n 0 2 的转化，经历了3 个步骤、6 个电子的转移，可见亚硝酸菌的酶系 统十分复杂，而硝化过程则相对简单些，只经历了一步反应、2 个电子的变化因此也 有人认为，亚硝酸菌往往比硝酸菌更易受到抑制。 反硝化反应一般以有机物为碳源和电子供体。当环境中缺乏有机物时，无机物如 氢、n a 2 s 等也可作为反硝化反应的电子供体，微生物还可以消耗自身的原生质进行所 谓的内源反硝化。 c 5 h 7 0 ：n “n o f 一5 c 0 2 伽3 + 2 n 2 + 4 0 h 可见内源反硝化的结果是细胞物质的减少，并会有n h 3 的生成，因此废水处理中均 不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。 。 硝化和反硝化反应的进行是受到一定制约的，一方面，自养硝化菌在大量有机物 存在的条件下，对氧气和营养物的竞争不如好氧异养菌，从而导致异养菌占优势；另一 一l o 太原理工大学硕士研究生学位论文 方面，反硝化需要提供适当的电子供体，通常为有机物。上述硝化菌和反硝化菌的不同 要求导致了生物脱氦反应器的不同组合，如硝化与反硝化由同一污泥完成的单一污泥工 艺和由不同污泥完成的双污泥工艺。前者通过交替的好氧区与厌氧区来实现，后者则通 过使用分离的硝化和反硝化反应器来完成。如果硝化在后，需要将硝化废水进行回流： 如果硝化在前，需要外加电子供体，这就是传统脱氮工艺存在的闯题和困难所在。 这种两难处境在焦化废水废水生物脱氮处理中则表现得根突出。近些年来，人们 试图从各个方面突破生物脱氮的困境，而缺氧和好氧联合脱氮解决了这样的问题。氨与 亚硝酸盐厮i 酸盐在缺氧条件下被同时转化为氮气的生物化学过程，这一过程被称为厌氧 氨氧化；好氧反硝化和异养硝化作用也被发现，好氧反硝化往往与异养硝化同时发生。 最初，反硝化被认为是一个严格的厌氧过程，因为反硝化菌作为兼性菌优先使用溶 解氧呼吸，甚至在浓度低达0 1m g l 时也是如此，这样就阻止了使用硝酸盐和亚硝酸盐 作为最终电子受体，不过这种限制只是对专性厌氧反硝化菌起作用。生物学研究表明， 在好氧和缺氧条件下氨态氮能够通过硝酸盐的生物还原形成氧化氨和氧化亚氮反硝化 的初始基质可能是亚硝酸盐或硝酸盐，研究比较电子转移平衡可以确定初始基质是硝酸 盐还是亚硝酸盐。 氨化过程和硝化过程在好氧条件下进行，而反硝化过程在缺氧条件下进行。因此， 在不同的反应器中分别创造好氧和缺氧环境，将各段运行条件控制在最佳范围内，即可 有效去除氨氮，同时有机物在好氧的条件下也得到了氧化去除。 a 2 反应器和0 反应器联合脱氮是一种有回流的前置反硝化生物脱氮工艺在缺氧 池中进行反硝化，在好氧池中进行含碳有机物的去除、含氮有机物的氨化和氨氮的硝化。 该工艺具有很多优点：原废水的大量有机物为反硝化提供了充分的碳源，节省了外加碳 源的费用；好氧池在缺氧池之后，经缺氧池去除一部分有机物后，好氧池负荷降低，可 以对残留的有机物进一步有效去除及完成氨氮的充分硝化。 1 2 1 3m 反应器作用机理 活性污泥法作为废水生物处理的主要方法，长期以来在陵水处理中得弱了广泛应 用。但由于活性污泥反应器中只存在悬浮相污泥，污泥易流失，耐水质和水量冲击负荷 能力较差，运行不够稳定为克服这些缺点，在曝气池中投加载体的膜生物反应器得到 了发展，在废水处理中的应用日益受到关注。已有研究表明复合生物反应器中污泥浓度 保持较高，使得容积负荷增高，且对冲击负荷、毒性物质的适应力大大增强，提高了难 一l l 太原理工大学硕士研究生学位论文 生物降解物质的去除率f 6 3 钢。 吴立波【6 3 朋】采用间歇式复合生物反应器处理人工配制的氨氮废水，比较了反应器中 附着相和悬浮相微生物的硝化特性结果表明：悬浮褶和附着相微生物比n h 3 - n 降解 速率分别为0 6 8 9 ( g d ) 和0 5 3 9 ( g d ) ，附着相微生物的硝化活性稍低于悬浮相微生物。 但当苯酚、喹啉、吡啶等毒性有机物存在时，附着相微生物抗有机物抑制能力明显强于 悬浮相微生物。 焦化废水经好氧段，去除了大部分有机物和氨氮，进入膜生物反应器后，利用了附 着相微生物的强耐毒性，继续去除难降解有机物，实现完全硝化、碳化。 1 2 1 4 a 1 a 2 0 m 四段s r b 工艺处理废水的研究进展 毋海燕【嗍实验中分别采用了a i d ( 好氧活性污泥) 、a 1 o ( 高效复合菌+ 好氧活性 污泥) 、a 1 o ( 高效复合菌十好氧活性污泥+ 光合细菌) 、单一s b r ( 复合生物反应器) 、 a l 枷和a i d m 、a i a 2 幻_ m 等生物处理工艺，对焦化废水进行处理。 从实验结果和对各实验工艺的分析可知a 1 a 阻m 四段s b r 工艺处理效果稳定 且出水水质好，能使多种浓度焦化废水处理后出水水质整体上达到污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的二级标准( c o d 1 5 0 m g l ，n h 3 - n 2 5 m g l ) ，出水n 0 3 - n 含量也 较低( 均低于1 6 4 m g l ) ，是处理焦化废水较适宜的生物处理工艺【叨。 该工艺的主要特点是分别创造利于各类群微生物生长繁殖的环境，使各类群微生物 均在各自最适宜的环境中生存，实现优势生长，提高各类别有机物的降解效率。 因此，经过实验研究、分析比选，最终将a l - 2 一阻m 四段s b r 工艺确定为处理焦 化废水的最佳生物处理工艺。 1 2 1 5 存在问题 毋海燕【硐已经对改工艺进行了初步的实验，作出了一定的成果。但实验还存在一些 闯题： l 、实验规模小，厌氧和缺氧反应器的有效容积为2 l ： 2 、进水水质浓度比较低，c o d 浓度在5 4 2 4 , - 6 6 7 5 r a g l ； 3 、出水氨氮浓度比较高：1 9 6 2 4 ，8 m g l ： 4 、工艺运行参数尚未确定。 一1 2 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 2a 1 舱0 1 0 2 ( 厌氧一缺氧一好氧一好氧) 工艺系统的运行 1 2 2 1 运行方式 实验中，系统2 4 小时连续运行。正常运行时，进水、出水、回流、曝气系统连续 开启，排泥、反冲洗系统由人工控制定时开启。系统排泥时，关闭进水、回流及曝气系 统；反冲时，除回流和排泥系统关闭，其他系统照常开启；反冲洗完毕后，回流系统继 续关 j 3 一段时间，进水和曝气系统照常开启，当系统恢复正常运行一段时间后，可进行 排泥操作，将冲脱的老化生物膜尽快捧出系统。a 1 a 2 旬1 0 2 系统中各反应器串联呈分 级推流式，各池水流形式均为上升流式。 1 2 2 2 进水、出水系统 实验中，焦化废水首先通入调节池，然后经放置在池内的提升水泵( 佳宝a p 4 5 0 0 型潜水泵，扬程2 4 m ，功率1 2 3 w ，流量2 4 0 0 l h ) 提升后进入高位水箱，然后在重力 作用下流入a l - a 2 - o l 乜系统。污水在重力作用下，依次由各反应器的出水口流出，通 过输水管( 塑料软管) 输送，自流入一个反应器，在各个反应器内呈上升流式流过填料。 最终处理出水由二沉池上部的出水口捧出系统。 1 2 2 3 曝气系统 为防止o l 、q 两段生物接触氧化反应器内填料堵塞，实验中采用底部直接鼓风曝 气的供气方式，使用微孔曝气砂头进行布气。填料下方直接曝气，可使生物膜直接受到 气流的扰动，加速了生物膜的更新使其保持较高的活性，同时克服填料堵塞的现象。另 外，上升气泡经陶粒填料在空间上各个方向的不断切割作用破碎，可以增大气水的接触 面积，从而提高氧的转移率，可降低能耗。 曝气系统的驱动设备是空气压缩机，实验中采用的是海利电磁式空气压缩机( 加氧 泵a c o - 0 0 9 0 型) ，压缩空气从压缩机的气缸出来，通过连接在配气插头上的输气管( 塑 料软管) 分别接o l 、0 2 两段生物接触氧化反应器内的曝气砂头。输气管上装有可调节 松紧的螺旋卡，通过调节螺旋片的松紧控制进气。 1 2 2 4 硝化液回流系统 主要由循环水泵和回流输水管组成。本次