（流体力学专业论文）Alt2gtO法处理焦化废水的调试及运行研究.pdf

中文摘要 焦化废水组成成分复杂，如果不经过处理排入水体，对动植物和人类的生存环 境会造成严重的危害。目前对焦化废水的处理方法研究主要集中在“生化+ 物化”法 方面，其中用厌氧( a i ) 缺氧( a 2 ) 好氧( o ) 法，即a 2 o 法处理焦化废水应用广泛，它能 有效提高废水处理效率，且工艺设备简单。 本课题采用a 2 o t 艺来处理焦化废水，首先在a 2 o 反应器内培养和驯化适合于 处理焦化废水的微生物，并研究期间主要污染物的降解特性，污泥培养和驯化需要 一个多月的时间；进而研究生物反应器的运行条件，如温度、p h 值、水力停留时间 ( h r t ) 、回流比等对污染物去除率的影响，由于时间关系，本实验研究主要集中在好 氧反应阶段。 通过对试验结果的分析可知，反应器启动后，在系统进水量为2 l h 时，好氧反 应段在本次实验条件下最佳运行控制参数为：温度范围为2 5 - - 一3 5 。c ，p h 值范围为 6 5 - - 一7 5 ，水力停留时间为6 0 h 左右，硝化液回流比为5 ：1 - - 6 ：1 。 实验完成后，在山西某焦化厂废水处理站进行了工程实践。在污泥培养驯化期 间，温度太低时，污泥基本不生长，在温度达n 2 0 时，污泥可正常生长并快速降 解污染物。废水处理系统p h 范围为6 5 - - - , 7 5 ，所用好氧池h r t 为3 6 h 左右，回流比在 3 ：1 6 ：l 左右，高浓度焦化废水进水量约为2 0 m 3 h 左右。经过调试运行后，该焦化厂 处理后的焦化废水出水水质各项指标均达到了国家污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中规定的一级标准。在所测时间段内，出水n h 3 - n 正常情况下小于 1 0 m g l ，由于几次进水波动较大，导致出水平均在3 9 m g l 左右；c o d 平均在10 0 m g l 以下，效果非常理想。 关键词：焦化废水；a 1 a 2 o 工艺；活性污泥；调试运行 a b s t r a c t c o k ep l a n tw a s t e w a t e rc o n t a i n s c o m p l e xc o m p o n e n t s ，w h i c ha r e t h r e a t e n i n g 也ep r o p a g a t i o na n dh u m a nh e a l t h s of a r t h et r e a t m e n t c o m b i n i n gt h ep h y s i c o c h e m i c a lm e t h o dw i t hb i o c h e m i c a lm e t h o di sm o r e s u i t a b l e f o rc o k ep l a n tw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h ea n a e r o b i c a n o x i c o x i c s y s t e mi s am o s tw i d e l y u s e db i o c h e m i c a lp r o c e s s ，i tc a ne n h a n c et h e d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c ya n dh a v eas i m p l ee q u i p m e n t a na n a e r o b i c - a n o x i c - o x i c s y s t e mw a su s e dt o t r e a tc o k e p l a n t w a s t e w a t e ri nt h i sp a p e r a tf i r s t ，t h ea c t i v a t e ds l u d g ew a sf o s t e r e da n dt a m e d i nt h ea e r o b i cr e a c t o r , t h i sw o r kl a s t e dm o r et h a nam o n t hb e f o r ei t w a s f i n i s h e d d u r i n gt h i sp e r i o d ，t h eb i o d e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h em a j o r p o l l u t a n t sw a ss t u d i e d a f t e rt h i s ，w eb e g a nt os t u d yt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n o ft h ea e r o b i cr e a c t o r , w h i c hc o n t a i nt e m p e r a t u r e ，p h ，h y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ( h r t ) ，r e f l u xr a t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ee x p e r i m e n tr e s u l t ，w ek n o wt h a tw h i l et h e i n f l u e n ti s2 l l l ，t h eb e s to p e r a t i o np a r a m e t e r si na e r o b i cr e a c t o ru n d e rt h e c o n d i t i o n so ft h i se x p e r i m e n to b t a i n e da sf o l l o w s ：t e m p e r a t u r ei s2 5 c 一3 5 ；p hr a n g ei s6 5 7 5 ；h r ti sa b o u t6 0 h ；r e f l u xr a t i o ni s5 ：1 6 ：1 a i d e re x p e r i m e n t a ls t u d y , w ec a r r i e do u ta e n g i n e e r i n gp r a c t i c ei nac o k e p l a n to fs h a nx ip r o v i n c e d u r i n gt h ep e r i o do ft h ea c c l i m a t i o no ft h e a c t i v a t e ds l u d g e ，w ef o u n dt h a tw h i l et h et e m p e r a t u r eo ft h ea e r o b i cs t a g e r e a c h e d2 0 c ，t h ed e g r a d a t i o ne f f i c i e n c ys e e m s t ob ei d e a l ，b e n e a t ht h i sp o i 咄 t h eb a c t e r i ag r o w t hw a se a s i l yi n f l u e n c e d i nt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t s y s t e m ，t h ep hr a n g eo ft h es y s t e mi s6 5 - - 7 5 ，h r to ft h ea e r o b i cs t a g ei s a b o u t3 6 h ，r e f l u xr a t i o ni s3 ：1 - - 6 ：1 ，i n f l u e n tw a t e ri sa b o u t2 0 m 3 h n e e f f l u e n tq u a l i t yo ft h e 心f os y s t e mc a nm e e tt h ec l a s slc r i t e r i as p e c i f i e do f i n t e g r a t e d w a s t e w a t e r d i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) d u r i n g m e a s u r i n gt i m e ，t h ee f f l u e n tn h 3 - ni sb e l o w1 0 m # li nn o r m a lo p e r a t i o n s ， b u tt h ea v e r a g en h 3 - ni nt h ee f n u e n ti s 3 9m g m b e c a u s eaf e wf l u c t u a t i o n o fi n f l u e n t ；t h ee f f l u e n tc o db e l o w1o o m g l k e yw o r d ：c o k i n gw a s l e w a t e r ； a 2 0b i o l o g i c a ld e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s ； a c t i v a t e ds l u d g e ；c o m m i s s i o n i n ga n do p e r a t i o n 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。 作者签名：j 牡日期：j 丝学，一生! l 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、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、复印 件与电子版；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) 。 作者签名：日期： 导师徘戤丝堑羟嗍全艺鱼：量 第一章绪汔 第一章绪论 1 1 国内外焦化废水处理发展状况 1 1 1 国外焦化废水处理发展状况 国外一些工业国家的焦化行业起步较早，技术发展高潮集中在上世纪六七十年 代，由于限制焦化发展和技术人员断代等原因，到上世纪末，国外焦化技术走向低 潮。 国外焦化废水治理基本经历了三个阶段。 第一阶段基本是利用未经处理的焦化废水熄焦和部分外排。废水中所含各种污 染物有的在与炽热的焦炭接触过程中被破坏，有的释放到大气中，有的截留在焦炭 中。这种方法是以牺牲大气和水源为代价的。 第二阶段为上世纪六十年代以后，主要以治理b o d 、油、酚、氰、氨等为目的， 治理方法有生化法、活性炭吸附、离子交换、强氧化剂氧化、萃取等。因采用单一 的物理化学处理，只能去除废水中的一种或者两种物质，有的还会造成二次污染， 且运行成本极其昂贵，故单一的物理化学处理方法被放弃，最终趋于采用运行稳定 和成本较低的“物化+ 生化”的联合处理方法，即高浓度焦化废水先经过脱酚和蒸氨 处理后，送生化处理。 第三阶段为上世纪八十年代，控制氨氮被提上了议事日程，美国国家环保局提 出了可供焦化废水生物脱氮处理的“废水蒸氨+ 三段传统生化处理”工艺，但因基建 和运行成本昂贵，没有一个企业采用过。八十年代前后，国外开展了不少焦化废水 生物脱氮处理研究【1 卅，主要工艺集中在利用焦化废水中所含有机物为碳源进行前置 反硝化的a o 生物脱氮工艺上，但是几乎没有突破，只是在加拿大实现了以粉末活性 炭强化的全活性污泥法预反硝化硝化工艺，此方法被广泛研究【4 】。一些欧美国家钢 铁联合企业的焦化厂，有的采用纯氧氧化法实现焦化废水的生物脱氮，有的经厂内 简单处理后送市政废水处理厂进行处理【5 1 。但在一些国家，到第三阶段还没有真正的 突破。 总体来讲国外的焦化废水生物脱氮处理发展速度缓慢，基建投资和废水处理成 本均较高。 目前各国应用最广泛的还是“生化+ 物化”处理法。英国、加拿大等国家大多采 a ! 。法处理焦化废j ：的调试及远 了t i l lg ： 用硝化十反硝化法。 1 1 2 国内焦化废水处理发展情况 早在1 8 9 8 年，我国在江西萍乡煤矿和河北唐山开滦煤矿就已经具有了工业规模 的焦炉生产。2 0 世纪3 0 到4 0 年代，在我国鞍山、吉林、大连、山西、上海等地建 成一批不同规模的炼焦炉先后投产。新中国建立时，随着钢铁工业的大力发展，我 国炼焦行业开始快速发展。“一五”时期随着炼焦工业的恢复和新建，国家开始重视 焦化生产环境保护和污水处理【6 】。 国内焦化废水治理也经历了三个阶段。 第一阶段为生物脱酚处理阶段。焦化过程中产生的焦化废水经过蒸氨处理后， 送废水处理站进行生物脱酚处理，这种处理方法的水力停留时间比较短，一般在4 h 左右，处理后的焦化废水送熄焦，部分外排。我国的第一代脱酚装置分别在1 9 6 6 年、 1 9 6 7 年和1 9 6 9 年在吉林电石厂、北京焦化厂和鞍钢化工总厂投入运行。该阶段由于 我国的焦化工艺比较单一，设备相对落后，废水水质比较恶劣，废水量也较大，因 此废水生化预处理的除油任务比较艰巨，难度也大。 第二阶段为酚氰废水处理阶段。随着我国改革开放和宝钢的技术引进，我国的 焦化废水生物处理也跨入到了以处理c o d 和脱出酚氰为主的延时曝气处理阶段。但 是由于当时国外并没有成熟的焦化废水生物脱氮技术，因此宝钢引进项目中，焦化 废水处理只引进了“普通生化+ 活性炭过滤”技术，随后国内展开了焦化废水生物脱 氮处理的试验研究。 宝钢于1 9 8 1 年从日本引进酚氰废水三级处理的工艺设备，即萃取脱酚一蒸氨一 生化处理一活性炭吸附组成的以生物处理为中心的多种物理化学方法组合而成的工 艺流程。投产后，外排废水中的c o d 、酚、氰等基本能满足国家排放标准，但该工 艺对氨氮等污染因子没有降解能力，且活性炭装置的运行费用高，活性炭再生系统 的操作难度大，系统难以正常运行阴。 第三阶段为焦化废水生物脱氮处理阶段。我国在上个世纪八十年代初就广泛开 展了焦化废水生物脱氮处理研究，并从量子生理学、分子生物学和生态电子能量论 等多个角度出发，破译了多项有关焦化废水生物脱氮处理的生命科学方面的自然科 学理论，为焦化废水生物脱氮处理研究的突破奠定了理论基础嗍。并在上世纪八十年 代末和九十年代初，成功的进行了焦化废水生物脱氮处理的小型实验室试验和中型 2 第一章绪论 半工业试验。国家第一套焦化废水处理生产装置于1 9 9 4 年在宝山钢铁公司成功投产， 此后又于2 0 0 0 年前后在昆明钢铁公司、安阳钢铁公司等建成了焦化废水生物脱氮处 理装置并投入运行，2 0 0 2 年后焦化废水生物脱氮处理在山西的一些民营焦化厂和国 内的一些钢铁企业焦化厂大面积推开。几年中，国内的焦化废水生物脱氮处理实现 了几次更新换代，我国的焦化废水治理技术走到了世界的前列。 1 。2 研究目的及内容 1 2 1 研究目的 焦化废水成分复杂，不少污染物是致癌物或促癌物，其出水中也有不少污染物。 长期以来，人们一直认为自来水是安全卫生的。但是，因为水污染，如今的自来水 已不能算是安全卫生的了。有调查显示，在全世界自来水中，测出的化学污染物有 两千多种，其中有些已确认为致癌物或促癌物。我们所熟知的亚硝酸盐是致癌物， 硝酸盐氮也已经对水体构成极大危害【9 1 。 日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济 和社会可持续发展的重大障碍。因此，水污染被称作“世界头号杀手”。 由于传统的活性污泥法对于焦化废水中c o d 和n h 3 - n 的去除不能满足目前国家 所规定的排放标准，现有的a o 、a 2 o 及其变形工艺，其实验参数和工程运行参数大 多不太相符，因此，本实验根据生物脱氮原理，通过实验室研究和进一步的工程实 践，对各工艺参数进行深入研究。 本课题主要目的是在a 2 o 反应器中培养驯化活性污泥来处理焦化废水，主要研 究a 2 o - r 艺好养段主要污染物的降解特性及各影响因素对降解过程的影响，通过试 验结果的分析，确定最佳运行参数和控制条件，并通过工程实践进一步校正所得参 数，使工艺处理后出水的各项数据分别达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。 1 2 2 研究内容 1 ) 在a 2 o 好氧反应器内培养和驯化适合于处理焦化废水的微生物，并研究各污染物 的降解特性； 2 ) 研究a 2 o 好氧生物反应器的运行条件，如温度、p h 值、水力停留时间、回流比等 对污染物去除率的影响； 3 ) 进行工程实践，进一步研究a 2 o t 艺的调试和运行机理。 3 第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 我国焦化废水特点 2 1 1 焦化废水来源 焦化厂以生产焦炭和煤气为主，还回收苯、焦油、氨、酚、氰等化工产品。在 煤气洗涤、冷却、净化以及化工产品回收、精制过程中产生大量的焦化废水。其废 水排放情况如图2 1 所利10 1 。 煤 备煤卜除尘污水 焦炉h 焦炭加工卜焦炭 i 除尘污水 煤气脱氨i 剩余氨水焦油精制分离水 煤气终冷卜终冷污水 煤气脱苯h 蒸苯h 粗苯加工h 古马隆生产 螋粗苯分离水细苯套离水 古马隆污水 卜一煤气管道水封水 图2 1 焦化生产工艺流程与废水来源 f i g 2 1t h ef l o wc h a r to fc o k ep r o d u c t i o na n dw a s t ew a t e rf o l l o w e d 1 剩余氨水 炼焦用煤一般都经过洗煤，通常装炉煤水在1 0 左右，这部分附着水在炼焦过程 中挥发逸出；同时煤料受热裂解后，又析出化合水。这些水蒸气随荒煤气一起从焦 炉引出，经过氨水喷洒降温，然后经过气液分离器分离，并分离出焦油和浮渣后的 水称剩余氨水。这是焦化废水组成的主要部分，含有高浓度的氨、酚和氰、硫化物 及油类。 a ! o 法处理焦化废水的调试及运行研究 2 煤气净化和化产品回收、精制过程中产生的高浓度油水分离水 主要有：煤气终冷的直接冷却水、粗苯a n - r - 的直接蒸汽冷凝分离水、精苯加工 过程的直接蒸汽冷凝分离水；焦油精制加工过程的直接蒸汽冷凝分离水、洗涤水， 车间地坪或设备清洗水等。 3 其它低浓度焦化废水 主要有：煤气水封水、化产介质加压泵轴封排水、化产生产装置地坪排水及初 期排水。 2 2 2 废水特征及危害 焦化废水的组成复杂多变，这取决于原煤性质、碳化温度、焦化产品回收工序与 方法等因素。 焦化废水污染物种类繁多，其特点是： ( 1 ) 焦化废水水量因生产规模、工艺类型等不同而有差异。 焦化废水的水量与生产工艺有很大关系，此外不同的煤气净化工序、季节变化 以及地区差异等都对水量的变化产生影响。 ( 2 ) 废水水质则因煤质不同、焦化产品不同及生产工艺不同而有差异。 焦化废水中含有三大类物质： 1 第一类物质为单环和多环类有机化合物，该类物质种类较多，其中以酚类含量 为最多，其它如吡啶、苯系物等杂环化合物及少量醇、醛、酸、酯、芳烃类等含量 较少【1 1 】。 对焦化废水中的有机物进行了g c 肌s 分析，其测定结果见表2 1 1 2 】。 难降解有机物( p o p s ) 降解速度慢，可以在环境中形成积累，可以由食物链进入 生物圈而造成生物积累【1 3 】，危害极大。废水中的某些酚类物质会引起蛋白质变性沉 淀，对细胞直接发生毒害，即使在5 、 2 5 m g l 的低浓度下也能将鱼致死。废水中的 吡啶、萘、蒽和吲哚等多环和杂环类化合物对人体有“三致”作用1 4 】。 2 第二类物质为含碳类无机化合物，主要为氰化物、硫氰化物，特别是硫氰化物 含量很高。该类物质能够被一些物理化学方法所去除，但脱除不彻底，且极易造成 污染转移或二次污染。 6 第- 二章文献综述 废水中的氰化物是剧毒物质，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 d 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 ，其致死 剂量为o 3 0 5 m g l 。 3 第三类物质为不含碳的氨氮类无机化合物，该类物质所含的能量远较有机物和 含碳无机物低，因此该类物质很难被诸如湿式氧化、液氯氧化等物化方法来去除。 如不增设脱氮处理，难于达到规定排放要求。 焦化废水中的氨氮是造成富营养化的主要元素，当水中的n h 3 - n 转化为硝酸盐 和亚硝酸盐时，能诱发高铁蛋白血症和胃癌。 废水中c o d 较高，可生化性差，其b o d 5 与c o d 之比一般为0 2 - - - , 0 3 ，属较难 生化废水，一般废水可生化性评价参考值见表2 2 【1 5 1 。由于焦化废水成分复杂，其废 水可生化性也是很难评定的。 表2 1 焦化废水中有机物类别及含量 t a b l e2 1t h ec o m p o s i t i o no fo r g a n i cc o m p o u n di nc o k ep l a n tw a s t e w a t e r a ：o 法处理焦化废水的调试及运行研究 表2 2 废水处理可生化性评定参考数据 t a b l e2 2t h er e f e r e n c ed a t af o r t h eb i o d e g r a d a t i o no fc o k ep l a n tw a s t e w a t e r 焦化废水如果不经过处理或处理不彻底排入水体或农灌区，将对环境和人类身 体健康造成很大危害。 2 2 焦化废水处理方法现状研究 目前，针对焦化废水处理出现了许多处理方法，主要为生化方法，目前出现的 生化方法中，能成功运用于工程实践的主要有a o 和a 2 o i 艺等 1 6 - 2 0 i ；单一物化法工 程应用很少，有焚烧法、吸附法、f e n t o n 试剂法、粉末活性炭( p a c t ) 法、催化湿式 氧化法等【2 1 之6 1 。 在设备和技术发展方面，首先是反应器有很大发展，生物三相流化床、膜生物 反应器、厌氧折流反应器等新型反应器被广泛讨论和研究2 7 弓1 】；其次在生物强化方 面，高效菌种法、固定化膜技术、投加生长素强化法都有一定发展【3 2 3 5 1 。 但总体来说，虽然现在焦化废水处理方法多种多样，但是其中可以通过大量工 程实践得以实现的工艺很少。 目前，焦化废水治理采用“物化处理与生化处理相组合”的联合处理工艺，是 国内外普遍采用的方法。 目前焦化废水治理主要采用下列二个处理工艺路线： ( 1 ) 单一的物化法处理：如废水焚烧，废水提盐等。适用于废水量较小或不适 宜进行生化处理的高浓度焦化废水。 ( 2 ) “物化+ 生化”组合处理：有图2 2 和图2 3 两种工艺路线。 第1 种工艺中的脱酚，多采用溶剂脱酚，但基于生物反硝化预脱氮对酚的需要， 现在很少有对废水进行脱酚的了。第2 种工艺中的废水蒸氨处理，近年来建设的厂 都有。蒸氨效果运行最好的还是采用直接蒸汽蒸氨，为了减少废水量，有些采用导 热油或管式炉间接加热的方法进行蒸氨。目前普通生化处理的蒸氨系统一般仅脱除 挥发氨，而生物脱氮处理系统不仅要脱除挥发氨，而且要加碱脱除固定氨，但也有 上个世纪八十年代中后期建设的一些厂，没有废水蒸氨系统。 8 第二章文献综述 图2 2 焦化废水“物化+ 生化”处理上艺路线图之一 f i g 2 2t h ef l o wc h a r to fc o k i n gw a s t ew a t e rt r e a t m e n tc o m b i n i n gt h ep h y s i c o c h e m i c a l m e t h o dw i t hb i o c h e m i c a lm e t h o d 图2 3 焦化废水“物化+ 生化”处理工艺路线图之二 f i g 2 3 a n o t h e rf l o wc h a r to fc o k i n gw a s t ew a t e rt r e a t m e n tc o m b i n i n gt h ep h y s i c o c h e m i c a l m e t h o dw i t hb i o c h e m i c a lm e t h o d 目前国内外采用较多的焦化废水生化处理工艺有下面两种路线： ( 1 ) 普通生化处理工艺：仅脱除酚、氰和降解耗c o d 类物质，不脱氮。 ( 2 ) 生物脱氮处理工艺：目前国内成功稳定达标运行的焦化废水生物脱氮处理 工艺，多采用图2 4 - - 一图2 6 的工艺路线。目前图2 6 工艺按图2 5 工艺方式运行的比 较多，即生物水解段多数未接种微生物，厌氧池当作均和池使用。 图2 4 “兼氧好氧( a o ) ”生物脱氮工艺流程( 双活性污泥法) f i g 2 4t h ef l o wc h a r to fa op r o c e s s ( d o u b l ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 9 a ：o 法处理焦化废水的调试及运行研究 图2 5 “兼氧好氧( a o ) ”生物脱氮工艺流程( 生物膜活性污泥法) f i g 2 5t h ef l o wc h a r to f a op r o c e s s0 3 i o l o g i c a lf i l m a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 图2 6 “厌氧兼氧好氧( a a o ) ”生物脱氮工艺流程( 双生物膜活性污泥法) f i g 2 6t h ef l o wc h a r to f a 2 op r o c e s s ( d o u b l eb i o l o g i c a lf i l m a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 处理后的废水，可用于熄焦，也可用于浊循环水系统，如炼钢厂、炼铁厂炉渣 处理浊循环水系统、高炉煤气洗涤浊循环水系统、炼钢厂转炉烟气净化浊循环水系 统等，由于对水质要求较低，处理后的焦化废水完全可满足其水质的要求。进行深 度处理后的生化处理废水也可回用于净循环水系统【3 6 】。 2 3 焦化废水生物脱氮原理 生物脱氮法是在细菌的生物化学作用下，通过硝化一反硝化过程，将废水中的 氨氮转化为氮气排入大气的一种除氮方法。污水中的氮主要以氨氮和s c n 转化成的 氮形式存在。生物脱氮的基本原理是先通过硝化将氨氮氧化成硝酸盐氮，再通过反 硝化将硝酸盐氮还原成氮气排入大气【3 7 1 。 焦化废水生物预反硝化脱氮原理分二个部分： 首先在缺氧状态下，兼氧异养微生物，以焦化废水中的有机物为食物( 供氢体) ， 1 0 第二章文献综述 以回流硝化液中的n 0 3 - 为供氧体( 即受氢体) ，进行厌氧呼吸，最终把有机物和n 0 3 分解成c 0 2 、h 2 0 和n 2 ，实现了焦化废水的生物厌氧反硝化脱氮。因为该工艺的反 硝化在硝化的前面，故称为前置反硝化。 其次在好氧状态下，有如下两大生物过程：好氧异养微生物和兼氧异养微生 物利用厌氧反硝化段残留的有机物和含碳无机物为食物( 即供氢体) ，以外界提供 的空气中的0 2 为供氧体( 即受氢体) ，进行好氧呼吸，最终把残留的有机物和含碳 无机物分解成c 0 2 和h 2 0 ，实现了焦化废水中残留c o d 类物质的好氧氧化：化能 好氧自养类微生物，利用n i - h + 或n 0 2 作为供能体( 即供氢体或电子供体) ，以外界 提供的0 2 为供氧体( 即受氢体或电子受体) ，进行好氧呼吸，最终把n 出+ 和n 0 2 。 分别转化为n 0 2 - 和n 0 3 ，从而实现了n h 4 + 的好氧氧化。 2 4 硝化类细菌的主要特征 硝化菌和亚硝化菌是一种好氧型化能自养型生物，他们分别靠氧化氨氮和亚硝 酸盐获取能量，生物体合成所需要的碳源，来自于二氧化碳。由于他们从其食用的 食物中所获取的能量特别少，亚硝化菌氧化l m o l 的叫至n 0 2 - 最多能产生3 m o l 的a t p ，硝化菌氧化l m o l 的n 0 2 至n 0 3 最多能产生1 m o l 的a t p ，而异养生物氧 化l m o l 的葡萄糖可以产生3 8 m o l 的a t p 。然而他们在生物体合成过程中，将二氧化 碳转化为有机碳分子时，所消耗的能量又特别多，将3 m o l 的c o 转化为l m o l 的3 磷酸甘油酸，需要消耗9 m o l 的a t p 和6 m o l 的n a d h 2 ，即相当于要消耗2 7 m o l 的 a t p ，而异养生物却无这种消耗。硝化类细菌所食用的食物所产生的能特别少，而 合成其自身体细胞时转化低能的二氧化碳为高能的有机碳，耗能又特别多，这就注 定了硝化类细菌是一类弱势菌，增长速度慢，繁殖能力低，时代时间长，竞争能力 差，是其明显区别于好氧异养菌的主要特征【8 1 。 2 5a 2 o 工艺特点 ( 1 ) 厌氧、缺( 兼) 氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有 机配合，能同时具有去除有机物和脱氮的功能。 ( 2 ) 厌氧过程把废水中难以生物降解的有机物进行水解，可改善污水的可生化 性。 ( 3 ) 流程简单，勿需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设和运行费用 较低。反硝化在前，硝化在后，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好，反硝化 a 2 o 法处理焦化废水的调试及运行研究 反应充分，可减轻其后好氧池的有机负荷；曝气池在后，使反硝化残留物得以进一 步去除，提高了处理水水质。 ( 4 ) 脱氮效果受混合液回流比大小的影响。 ( 5 ) 在同时脱氮和去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留 时间也少于传统的生物脱氮工艺【3 8 】。 a 2 o i 艺比较简单，并且由于其节能、基建投资少、运行稳定等突出的特点， 成为目前比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建，降低工程造 价，这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造。 生产防治的主要任务是从改革生产工艺入手，减少废水产量，改善废水水质， 实现清洁生产和环境友好。废水处理的主要任务是选择经济适用、全面有效、长期 稳定、不产生污染转移或二次污染的组合处理工艺，实现焦化废水的无害化达标处 理。 1 2 第二章焦化废水的小试研究 第三章焦化废水“i ：l , j 小试研究弟二早熙。比版小7 j 、谶研九 3 1 工艺流程 工艺流程图如图3 1 所示。 硝化液回流 3 2 试验装置及设备 图3 1a 2 o 工艺流程图 f i g 3 1t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f a 2 o 3 2 1 试验装置 1 a 2 o 反应器 1 ) 厌氧反应器：采用有机玻璃加工制成的圆柱体。厌氧反应器高度为9 0 c m ，外径 2 0 c m ，内径1 9 c m 。反应器两侧不同高度设进水口、取样口、出水口、排泥口。 2 ) 缺氧反应器：采用有机玻璃加工制成的圆柱体。缺氧反应器高度为1 1 0 c m ，外 径2 0 c m ，内径1 9 c m 。反应器两侧不同高度设进水口、取样口、出水口、排泥口。 3 ) 好氧反应器：采用有机玻璃加工制成。规格为1 0 0 5 0 4 5c m 3 。在不同高度设 有进水口、出水口、取样口。 4 ) 沉淀池：采用有机玻璃加工制成的圆柱体，高度为9 0 c m ，外径2 0 c m ，内径1 9 c m 。 2 曝气装置：采用海利电磁式空气压缩机( 2 台) 连接乳胶管，末端加棒状微孔曝气 头向好氧反应器进行供气，通过螺旋夹控制气量大小来控制好氧反应器的溶解氧。 3 加热设备：采用佳宝2 0 1 0 型加热棒对好氧反应器进行加热并且自动控制其温度。 4 水泵：海利耿1 5 0 0 潜水泵。 5 填料：组合填料( h z 1 5 0 4 0 型) 。 6 温度计：采用水银温度计( 范围0 1 0 0 c ) 澳j 定反应器内水的温度。 3 2 2 试验分析项目、测定方法及仪器设备 1 3 a 2 o 法处理焦化废水的调试及运行研究 试验分析项目、测定方法及仪器设备如下表所示： 表3 1 分析项目、测定方法及仪器设备 t a b l e3 1t h ei t e m so ft e s ta n a l y s i s t e s tm e t h o da n di n s t r u m e n t 3 3 污泥培养驯化 实验用水取自太原市第二焦化厂废水处理站，经过隔油、气浮后的调节池出水。 所取废水c o d 波动范围为10 0 0 - - 2 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 一般在2 0 0 m g l 以内。 实验所用污泥取自好氧池回流污泥。采取时，将混合液静置一段时间，弃去上层 悬浊液，剩余水泥混合物放入采集器中。污泥取来后，将其投入曝气池内，池内注入 按一定比例配好的清水和焦化废水混合液，水温保持在2 5 。c 左右【3 9 】。 污泥培养、驯化期间，一般每2 天换一次水，换水方式为好氧池静置一段时间后， 换掉池中上清液的1 3 - - - 1 2 左右，然后加入焦化废水，并加入适当清水，然后间断曝 气( 曝6 d , 时停2 d , 时) 。同时，投加葡萄糖和磷酸盐等营养物，并严格控制进水的氨 氮浓度。 亚硝化菌和硝化菌作为一对共生菌，相互依存，缺一不可，因此应创造适合多菌 种生存和增长的适宜条件，才能使其快速增长【4 0 1 。 在好氧池中n 0 2 开始出现后，好氧池中p h 值丌始下降，开始向好氧池加纯碱调 节p h 值。随着培养的进行，反应器内混合液的s v 3 0 ( 活性污泥在1 0 0 毫升量筒中沉 降3 0 分钟后的体积) 值的逐步提高。当厌氧和缺氧反应器内混合液的s v 3 0 值达至u 1 5 左右，即可认为污泥浓度基本达到了试验要求。 1 4 第二章焦化废水的小试研究 其进水氨氮、出水氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐变化如表3 2 和图3 2 所示，培养初期 主要污染物降解特性如表3 3 和图3 3 所示。 表3 2 进水氨氮、出水氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐数据表 t a b l e3 2t h ed a t ao f t h en h 3 - n ，n 0 2 - na n dn 0 3 。- ni nt h ei n f l u e n ta n de f f l u e n tw a t e r 表3 3 污泥培养初期主要污染物降解数据表 t a b l e3 3t h ed a t ao f t h ec o n t a m i n a n td e g r a d a t i o na tt h ei n i t i a la c c l i m a t i o no f t h es l u d g e 1 5 a ：o 法处理焦化废水的调试及运行研究 4 5 巨 蓑3 0 1 5 0 i 入卜r p 奴以止翟鬈 图3 2 进水氨氮、出水氨氮、n 0 ：一和n 0 ，一变化曲线 f i g 3 2t h ee v o l u t i o nc u r v eo ft h en h 3 - n n 0 2 - n a n d n 0 3 - n ，、1 5 0 b o 捌 矮1 0 0 5 0 0 k 三攀s c n - h 叶 | | | | ( | | 6 | | 一| | | | 051 0 图3 3 ；5 - 泥培养初期主要污染物降解曲线 f i g 3 3t h ed e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i cc u r v eo f t h ec o n t a m i n a n t 由图3 2 可以看出，在好氧池中n 0 2 开始出现后，氨氮开始降解，当n o ；达到峰 值，出水氨氮值非常低时，亚硝化菌培养完毕，调节p h 在7 0 左右，开始培养硝化菌。 在n 0 2 存在的情况下n o ；逐渐增加，随着硝化菌的增多，n o ；浓度越来越低，最后 几乎接近为零，而n o ；达到极限浓度，此时硝化菌培养完毕。 由于实验所用污泥取自焦化厂废水处理站好氧池回流污泥，其污泥已经是焦化废 水脱氮处理污泥，已经含有硝化菌和反硝化菌。在污泥进入实验系统后，环境改变使 之受到冲击，经过一段时间后污泥逐渐恢复。所以在本实验中，n o ；和n 0 ；之间的 变化并不是十分明显。 从图3 3 可以看出，在污泥培养初期，即n o ；刚开始出现时，氨氮几乎是不怎么 降解的，总氰降解也较为缓慢，硫氰化物降解则稍快一些，酚降解则非常快，出水可 达到国家标准。 污泥培养驯化完成后，系统氨氮出水小于等于i m g l ，此时系统s v 3 0 在2 5 左右。 3 4 实验系统启动 3 4 1 厌氧池缺氧池挂菌 将含有硝化液的二沉池出水和原废水按一定比例混合，保持水温在2 5 。c 以上，p h 值7 o 7 5 左右注入缺氧池。考虑到蒸氨废水中氨氮、酚和氰等有毒物质浓度较高， 所以厌氧池进水采用一定的焦化水进行稀释，并逐渐增加蒸氨废水量，减少配水量， 1 6 第二章焦化废水的小试研究 直至恢复为正常进水。由好氧池抽取泥水混合液为厌氧池、缺氧池填料上接种微生物。 接种时间为每天一次，每次1 小时，接种5 n 7 天时，缺氧池液面上有大量气泡产生， 1 5 d 左右时，在预先放置的供观察生物膜状况的填料串上可看到有一层很薄的生物膜。 3 4 2 系统启动 连接a 2 o 各反应器，控制条件如下： 1 厌氧池 在厌氧池中，主要发生水解作用，这一过程可以改变焦化废水的可生化性。 工艺参数：磷酸盐 1 0 5 m g l ，水温2 5 。c 左右( 实际工程中水温在5 0 c 左右，实 验室难以达到) 。 2 缺( 兼) 氧池 在缺氧池中，以进水中的有机物作为碳源和能源，以二沉淀池回流的硝化液作为 反硝化的氧源，在池中组合填料上兼性细菌的作用下进行反硝化作用。废水中的有机 物有很大部分是在缺氧段去除的。缺氧挂摸式处理有相当大的抗冲击负荷，稳定性强。 缺( 兼) 氧池控制参数：磷酸盐0 5 m g l ，p h7 0 7 5 ，水温2 5 左右。 3 好氧池 好氧池是生化反应的主要设施，污染物的去除主要是在好氧池中进行，通过空气 压缩机连接棒状微孔曝气头来增加废水中的溶解氧，为微生物提供氧和对混合液进行 搅拌，废水中的氨氮在此被氧化成硝态氮。另外，还投加纯碱( n a 2 c 0 3 ) 和磷酸盐。 好氧池控制工艺参数为：水温2 5 。c 左右，d o 一 2 m g l ，磷酸盐o 5 m g l ，p h 7 0 左右。 3 5 影响因素研究 a 2 o 系统的影响因素有很多，本实验主要研究温度、p h 、停留时间、回流比、 等对系统处理效果的影响。由于时间关系，这一系列研究主要集中在好氧池中进行。 3 5 1 温度 温度实验在系统挂菌后进行。所查得的文献中，温度要求一般在2 5 - - - 3 5 ，个别 要求温度稳定在3 0 * c t 4 1 1 。在1 0 。c 以下时硝化反应基本停止。污泥培养开始时，控制温 度在2 5 。c 左右。在实验室开始进行温度对生化反应影响实验时，水温在1 5 左右，所 1 7 a ：o 法处理焦化废水的调试及运行研究 以实验研究在进水量为2 l h ，p h 为7 0 左右，水力停留时间( h r t ) 为4 7 5 小时左右，系 统在1 5 - - 一3 5 c 条件下，各主要污染物的降解情况，实验数据如表3 4 所示。 由实验数据可以看出温度对氨氮的降解效果影响十分明显，对挥发酚影响不是很 大，各污染物的去除率曲线如图3 4 3 7 所示。 表3 4 不同温度下各污染物的去除率数据表 t a b l e3 4t h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r et ot h en h a - n ，v o l a t i l ep h e n o l s ，s c n a n dt o t a lc y a n i d e 1 5 0 昌 凑o 5 0 o 1 0 0 长 9 0 蒋 婚 8 0 稍 7 0 6 0 5 0 4 0 0 e 鼋0 0 裂 鞋 2 0 0 1 0 0 0 1 01 52 0 2 53 0 3 54 01 01 52 02 53 03 54 0 t ( ) 图3 4 不同温度下氨氮的降解曲线 f i g3 4t h eb i o d e g r a d a t i o nc u r v eo fn h 3 - na t d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 1 0 0 永 9 9 篓 粕 9 8 9 7 9 6 9 5 t ( ： 图3 5 不同温度下挥发酚的降解曲线 f i g3 5t h eb i o d e g r a d a t i o nc u r v eo fv o l a t i l ep h e n o