（环境工程专业论文）短程硝化法处理首钢焦化废水的研究.pdf

摘要 摘要 焦化废水，成分复杂，污染物浓度高，除含有大量n h ：；一n 外，还含有大量大 分子有机物，若不加以处理，会严重污染受纳水体，导致生态系统被破坏。本课 题来源于实际工程，针对性强，执行排水指标在国内最为严格( c o d c ，8 0 m g 几， n h 。一n 2 5 m g 几，f 一3 m g l ) ，对焦化废水的工程改造和其它含n h 。一n 废水的处理 具有较高的参考价值和应用价值， 首钢焦化废水处理的难点在于去除水中高浓度的c o d 。，、n h 。一n 和氟化物等物 质。现有资料表明，采用传统的好氧生物处理或a o 生物脱氮处理技术，都存在 定问题。为此，本文通过调研总结各种技术，提出以a o o 短程硝化反硝化生 物脱氮为核心的处理工艺。为减轻生化处理入水负荷，采用前置蒸氨废水化学沉 淀脱氟、终冷废水气浮除油的预处理工艺。为进一步去除生化处理后难以降解的 c 0 d 。悬浮物和色度，采用混凝沉淀、过滤与活性炭吸附( 作为备用) 的深度处 理工艺。调试运行表明，短程硝化反硝化缺氧池、好氧池和后曝气池水力停留时 问分别为1 6 h 、1 8 h 、1 0 h ，对c o d 。，和n h 。一n 去除率分别可达8 6 和9 5 以上。 在迸水c o ，t k n 介于3 5 时，脱氮率为4 0 6 0 。采用微孔曝气充氧，动力消 耗低，气水比为3 0 。化学沉淀法脱氟效果明显，氟化物去除率9 0 以上。混凝沉 淀采用d m 3 叭高效絮凝剂，投加量为5 0 0 6 0 0m g l ，c o d 。去除率达4 0 以上， 脱色效果好。陶粒滤料对c o d 。去除率约l ( ) 。活性炭对c o d 。，去除率大于5 0 。 因此，该工艺技术先进可行，具有应用价值。 本文研究了亚硝酸型硝化处理焦化废水的反应机理、控制因素及应用条件 等，确定了温度、p h 、c n 、溶解氧( d d ) 和游离氨( 尉) 对亚硝酸型硝化过 程的影响程度并确定各因素的最佳控制范围，通过试验得出亚硝酸型硝化反应在 p h 为8 o 8 5 、温度在2 5 3 0 、c n 为2 、溶解氧浓度小于o ，4 m g 几时达到 最佳反应状态。 在调试过程中氟离子浓度不达标，通过试验采用前置两级化学沉淀法处理氟 化物，再经终冷水稀释、活性污泥吸附，可达到排放标准。 活性炭用于污水的深度处理，其作用是非常显著的，但成本较高、操作复杂。 北荥：【业火字 栏坝1 学位论义 浚系统在稳定运行时，即使不采用活性炭，各项指标也能达到北京市排放标准， 但受入水水质及池容影响，操作弹性非常小，所以要强化污染物源头的治理，完 善化工生产工艺，控制生产工艺的全过程，稳定废水水质、水量。活性炭处理作 为系统不正常时的保障手段。 关键词：废水生物处理研究 i i 摘要 a b s t r a c t t h ec o m p o n e n co fw a s t e w a t e rf r o me o k i n gp l a n to fs h o u g a n gg r o u pi s c o m p l e x ， a n dc o n c e n t r a t i o n 。ft h ep o l l u t e ri ss oh i g h ，w h i c hc o n t a i n sa 1 0 to fn h ：，一na n db i gm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i cc o m p o u n d i fi tc a n n tb e r e m o v e d ， i tw o u l d1 1 1 a k et h ea c c e p t a n tw a t e rb o d i e sp o l1 u t e db a d l y ，a n dt h e e c o s y s t e 1d a 珊a g e df i 几a l l y t h i ss u b j e c tc o j 7 】e sf r o i l lp r a c t i c a lp r o j e c t ，h a s s t r o n gp e r t i n e n c y t h es e w e r a g es t a n d a r do fs h o u g a n g g r o u p i st h e s t r i c t e s ti na r o u n do fo u rc o u n t r y ( c o d c ，8 0 m g l ，n h ；一n 2 5 m g l ，f 3 m g l ) ， t h i sr e s e a r c hw i l l h a v eh i g hv a l u eo fr e f e r e n c ea n da p p l i c a t i o nt o w a r d t h er e f o r m a t i o no fc o k i n g a s t e w a t e ra n dt r e a t m e n to fo t h e rw a s t e w a t e r w h i c hc o n t a i n sn h 。一n t h ed i f f i c u l t yo fc o k i n gw a s t e w a t e ft r e a t m e n ti sh o wt og e tr i do f t h eh i g hc o n c e n t r a t i o nm a t t e r ，s u c ha sc o d h ，n h l 一na n df 1 u o r i d ee t c t h e e x i s t i n gd a t as h o w st h a ti tw i l lm e e ts o m ep r o b l e m st oa d o p tt r a d i t i o n a l a e r o b ich i o l o g yt r e a t m e n to ra ob i 0 1 0 9 yd e n i t r o g e n a t i o nt r e a t m e n t s o ， t h et r e a t m e n tp r o c e s sw i t ht h ec o r eo fa o os h o r t f l o wn i t r i f i c a t i o na n d d e n i t r i f i c a t i o nb i o l o g yd e n i t r o g e n a t i o ni sa d o p t e db yr e s e a r c ha n d s u m m a r yk i n d so ft h et r e a t m e n tt e c h 八i c si nt h ef i r s tt i m ei na r o u n do f o u rc o u n t r y f o r r e d l i c i n gb i o c h e m i c a lt r e a t i n e nci n f l 【i e n tl o a d i n g ， r l u o r i d eo fv a p o r i z e da m m o n i aw a s t e w a t e ri sr e m o v e db yc h e m j c a l s e d j m e n t a t i o n ，o i la n dc y a n i d eo ff i n a l c o o l i n gw a s t e w a t e ri sg o tr i do f b ya i r f l o a t e di nt h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s s i no r d e rt ou l t e r i o r l yg e t s r i do fc o d c ，、s sa n dc h r o m aw i t hb j o d e g r a d a b i l i t y nt h eb i o c h e m i c a l t r e a t m e n t ， itis a d o p t e d t h a t d e e p n e s s t r e a t m e n t p r o c e s ss u c h a s c o a g u l a t i o ns e di m e n t a t i o n 、f i jt r a t i o n a n da c t i v e c a r b o na d s o r p t i o na f t e r b i o c h e m i c a lt r e a t m e n t ，j h er u n n i n gr e s u l t si n d i c a t et h a tt h eh y d r a u l i c s e t t l i l l gt i 【n eo fo x y g e 几一1 a c k jn gt a n k ， a e r a t i o nt a n ka n db e h i n d a e r a t i o n t a n ka r e1 6 h ，1 8 ha n dl o h ，t h er e m o v a lr a t i o so fc o d c 。a n dn h 3 一na r em o r e t h a n8 6 a n d9 5 w h e nt h ec o d c ，t k no ft h ei n f l u e n tb e t _ i _ l ，e e nt h r e ea n df i v e ， i f i t h er e m 。v a lr a t i oo fn i t r o g e ni s4 0 6 0 f e e d i n go x y g e nb ym e a n so ft i n y h o l e s d o w e rc o n s u m e di sl o w e r ， t h eg a s w a e e rr a t i 。i s3 0 e f f e c t 。f c h e m i c a ld e f l u o r i d ew a se v i d e n c e ， t h er e m o v a lr a t i oo ff 1 u o r i d ei sm o r e t h a n8 0 i nt h ec o a g u l a t i o ns e d i m e n t a t i o ns t a g eh i g he f f e c tc o a g u l a n t d m 3 0 1i sa d o p t e d ，f e e d i n gd 。s a g ei s5 0 06 0 0 m g l ，t h er e m o v a lr a tjoo fc o d c r i sm o r et h a n4 0 。d e c h r o m ae f f e c tw a se x c e l l e n t t h er e m o v a lr a t i oo fc o d c r t sl o 1 5 b vc e r a m i cf i l tr a t i o nm a t e r i a l t h er e m o v a lr a t i oo fc o d c ，i s m o r et h a n5 0 b ya c t i v ec a r b o n s ot h i sp r o c e s si sa d v a n c e da n d h a s a p p l i c a t i o nv a l u e t h i sp r o j e c tr e s e a r c h e st h er e a c t j 。nt h e o r y ， c o nlr o lf a c t o r ， a n d a p p l i c a t i o 兀c o n d i t i 。no fd e a li n gw i t hc o n gw a s t e w a t e rb yn i t r o u sa c i d n i t r i f i c a t i o nr e a c t i o n ，a n da s c e r t a i n st h ei n f l u e n c ed e g r e eo fn i t r o u s a c i dn i t r i f i c a t i o nr e a c t i o nb yt e m p e r a t u r e ，p h ，c n ，d 0 ，f a ，a n dt h eb e s t c o 九t r o lc o n f j n eo ft h e m i ti sf o u n db ye x p e r i m e n t st h a ct h en i t r 。u sa c i d n i t r i f i c a t i o nr e a c t i o ni su pt ot h eb e s te f f e c ti nt h ec o n d i t i o no f p h 8 o 一8 5 t e m d e r a t u r o2 5 3 0 ，c n1 9 6 ，d o 的特点；好氧生物处理法的处理效率较高，可使 废水达到较高的水质标准；化学处理法占地面积小，基建造价较低，物理法具有 净化效率稳定，适用范围广的特点。生物脱氮法又具有多种的缺氧好氧组合， 且在厌氧生物处理法、好氧生物处理法及化学处理法、物理处理法工艺中，有多 种单元工艺设施及设备可供选择，而这些单元工艺设施及设备又在不断地更新换 代、推陈出新，因此，对焦化废水的实际工程，需要根据具体的废水水质、水量、 建设条件及排放标准等综合情况来加以确定。 2 1 首钢焦化厂废水处理装置改造前状况及存在的主要问题 首钢焦化厂现年产冶金焦炭1 9 0 5 万吨及中温沥青、硫铵、焦化苯等2 0 余 种化工产品。与近代煤化工工艺水j f 比较，其化工工艺落后，流程也不完整，且 设备陈旧，脱固定铵和脱硫脱氰能力差，这些都造成焦化废水排水水质污染程度 高于其它焦化厂。建厂时焦化污水处列技术还处于研制开发之中，焦化废水处理 采用传统好氧活性污泥生化处理1 艺， _ j _ 1 隔油池、气浮池、曝气池、二次沉淀池 和鼓风机等设施设备组成，曝气池停留时问4 h ，其： 艺流程见图2 1 ，污水处理 量约为1 8 0 m 3 h ，处理后的焦化排水c o d c ，约为3 0 0 5 0 0 m l ，n h 3 - n 约为 3 0 0 4 0 0 m l ，远超过北京市排入地表水体及其汇水范围内的水污染物二级排 放标准( c 0 d c ，8 0 m g 几，n h 3 n 2 5 m g l ) ，严重影响了周边地区水体的功能， 制约了首钢的发展，为此，2 0 0 1 年首钢总公司确定对首钢焦化废水处理设施移 地改造。 2 2 处理工艺的确定 焦化废水有多种不同的处理：l 艺，相同的一 艺又有许多不同的表现形式 本节在比较几种可能的工艺和技术的基础上，选定本次发计的处理方法。 第2 章舞j 程硝化技术的呵行性研究及方窠确定 剩余氨水 图2 i 莳钢焦化厂原污水处理i 一艺流程 2 2 1 排放标准要求 首钢焦化厂地处北京，有着非常严格的排放标准( 见表2 1 ) 。 表2 1外排水标准对照表 ( m g l ) + 检测方法为高锰酸钾法 从排放标准来看，北京地区氟化物、c o d c ，两项排放指标最为严格，目前 国际上没有成熟的工程实例可以借鉴，若要达标排放必须采用高效的处理方法。 北京工业人学工程顺l ：学位论文 2 2 2 短程硝化工艺的提出 本项目设计确定的工艺路线为a o 工艺或其它相似工艺，如s b r 工艺等， 其共同点是反硝化反应在前、硝化反应在后。下面将a o 工艺、s b r 工艺、a o o 工艺。进行了详细的比较，以选择“个最佳的工艺路线。 2 2 2 1 工艺对比 对比原则 我们将综合考虑以下几方面来评估各工艺的适用性。 碱度的需求、 碳源的补充l 直接影响运行成本，节省能源及药剂的工艺才是可取的。 动力消耗j 工程成熟度：工业性舰模的工程应避免采用成熟度不高的工艺。 工艺对比 按照以上列明的原则，将各工艺的对比总结于表2 2 中 表2 2 j r 艺对比 ( 1 ) 硝化反应是一种消耗碱度的反应，每硝化1 k g n h 3 _ n 需n a 2 c 0 3 碱度 7 0 7 蚝；而反硝化反应是一种产生碱度的反应，每反硝化l k g n h 3 一n ，产生n a 2 c 0 3 碱度3 5 7 k g 【2 8 1 。 前置反硝化a o 工艺及s b r 工艺中，由于反硝化反应在流程前列，因而反 硝化反应产生的碱度可部分满足硝化过程对碱度的需求，系统需要的补碱药剂费 错2 币碰程硝化技术的町行盹研究发疗案确定 用溅少；a o 一0 工艺在好氧段只将n h 4 + 一n 氧化成n 0 2 。- n ，该工艺碱耗最小。 ( 2 ) 进行反硝化反应的适宜条件之一是有丰富而又易于降解的有机物作为 碳源和能源，为氧化还原反应提供电子供体。三种工艺反硝化反应在前，反硝化 细菌可直接利用原水中的有机物，不必外加碳源 2 9 】。 ( 3 ) a o 工艺和s b r 工艺反硝化反应在自a ，反硝化细菌直接利用原水中的 有机物作为碳源，既满足了反硝化反应的要求，又同时去除了含碳有机物，减轻 了后续好氧段有机物的去除量，这意味着供氧动力消耗大大减少。s b r 工艺反 应、沉淀均在同一池中进行，不需要混合液回流和污泥回流，动力消耗相比于 a o 工艺还要节省刚。a o o 工艺在好氧段只将n h 4 + 一n 氧化成n 0 2 一一n ，a o o 工艺可以降低氧的消耗，但需增加后曝气段，增加一部分动力消耗。 ( 4 ) a 一0 工艺在焦化废水处理工程中有工程实例，工程技术成熟度较高； 而s b r 工艺尽管在其它废水处理领域应用较多，但应用于大规模焦化废水处理 的工程实例尚不多。对于本次工程处理量达3 6 0 0 m 3 d 的规模，若采用s b r 工艺， 尚存在工程技术风险。 ( 5 ) o o 工艺是a o 流程的改进技术，n h 4 + 一n 在好氧段只被氧化到 n 0 2 一一n 后就回流到缺氧段进行反硝化。l k g n h 4 + 一n 氧化成n 0 3 - n 需45 7 k 氧， 其中亚硝化反应需氧3 4 3 蚝，硝化反应需氧1 1 4 延1 2 ”，这将大大降低_ 妤氧段的 负荷与运行费用。a o o 工艺可以降低氧的消耗，但因增加了后曝气段，此段需 消耗一定动力，但对有机物的去除更彻底。普通a o ：i ：艺，实现完全硝化难度 很大，经常发生亚硝酸盐的累积现象，控制不好或碳源不足，易形成从皿硝酸盐 变成硝酸盐又从硝酸盐转变成亚硝酸敝的反复循环过程。采用a o o 短流程的 运行方式，可以避免无去除效率的氮循环。 2 2 2 2 工艺选择 上述( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 项要素使得a o