（环境工程专业论文）混凝—sbr工艺处理煤气化废水的生产性试验研究.pdf

顽士论文混凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验酽究 摘要 通过对某化工企业煤气化废水的研究，概述了煤气化废水的来源、特点及对该类 废水处理工艺的研究和应用现状。通过实际工程调试，较深入地探讨了混凝- - s b r 组合工艺处理该类废水的运行参数的影响，系统研究了各单元的运行效果、效率、影 响因素及控制条件等，以期为同类废水的处理提供可借鉴性参考。 本次生产性试验采用的混凝- - s b r 工艺处理煤气化高氨氮废水，其新颖之处就 是在生化s b r 池中加入了d j a m i 型蝶式射流曝气器，该射流曝气器具有高充氧效 率，并能起到很好的搅拌功能，对废水的充分混和起到很好的效果；而该s b ri 艺 改变了传统的运行方式，在曝气的后面加入了厌氧搅拌阶段，并在厌氧搅拌阶段加入 一定量的甲醇作为反硝化的碳源，对氨氮的去除起到了很好的效果。通过对该课题的 生产性试验研究得出煤气化废水作为一种高氨氮污水，采用混凝- - s b r 为主体的治 理工艺经实际运行证明，其技术上是可靠的，经济上是合理的；通过试验确定了煤气 化废水混凝处理的最佳工艺参数，絮凝剂p a c 与药量投加为1 2 0 m g l 、助凝剂p a m 药量投加为2 o m g 几时，c o d e r 、s s 去除率分别稳定在4 0 、8 0 以上；通过现场调 试，确定了s b r 最佳工艺参数为：进水曝气2 0 h ，厌氧搅拌2 o h ，静止沉淀3 o h ， 排水排泥1 o h ，周期为8 o h 。当进水c o d e r 4 6 2 m f f l 、n h 3 - n2 0 8 m g f l l 时，出水浓度 分别为c o d e r 1 0 0 m g 几、n h 3 n 2 0 m g l ，c o d e r 总去除率达到8 0 以上，n h 3 - n 总去除率达到9 0 以上，出水达到国家二级标准。 关键词：煤气化废水，混凝处理，s b r 工艺，脱氦 硕士论文 混凝一s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验酽究 a b s t r a c t t h ec o a lg a s i f i c a t i o nw a s t e w a t c ro fs o m ec h e m i c a lc o r p o r a t i o ni ss t u d i e d t h e s o u r c e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o a lg a s i f i c a t i o nw a s t e w a t e ra r eg e n e r a l i z e da n dr e s e a r c h s i t u a t i o ni nt r e a t i n gs u c hk i n dw a s t e w a t e ri sp r e s e n t e d b a s e do nt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o n , d e s i g np a r a m e t e r so fc o a g u l a t i o n - - s b rc o m b i n a t i o np r o c e s sa r ed e e p l yd i s c u s s e da n d d i s p o s a le f f i c i e n c y , i n f l u e n t i a lf a c t o r s ，o p e r a t i o na n dc o n t r o lo fe a c hu n i ta r es t u d i e d s y s t e m a t i c a l l yi no r d e rt op r o v i d eu s e f u lr e f e r e n c e sf o rt h et r e a t m e n to fs i m i l a rk i n d s w a s t e w a t e r a d o p t i n gc o a g u l a t i o n s b rc o m b i n a t i o np r o c e s si nt h i sp r o d u c t i o ne x p e r i m e n t t r e a t sw i t hc o a lg a s i f i c a t i o nw a s t e w a t e ro fh i g ha m m o n i an i t r o g e n t h en o v e l t yi st h a t d j a m it y p eb u r e r = f l yj e t sa r ei n s t a l l e di ns b rt a n k t h i se q u i p m e n tn o to n l yh a sh i 曲 o x y g e n i z e de f f i c i e n c y , b u ta l s oh a sg o o dm i xf u n c t i o n , w h i c hh a se f f e c tf o rm i x i n gu p w a 曼t e w a t e r t h i ss b rt e c h n i c sc h a n g ec o n v e n t i o n a lm o d eo fo p e r a t i o n , a n a e r o b i cm i xi s a d d e di nb a c ko fa e r a t i o ns t a g e s o m em e t h a n o lw h i c hi sa d d e di ns b rt a n ki na n a e r o b i c m i xs t a g ea c t sa sc a r b o ns o u r c e t h ed e n i t r i f i c a t i o ne f f e c ti sv e r yg o o d b a s e do nt h e p r o d u c t i v ep r a c t i c a lo p e r a t i o n , t h em a i nc o n c l u s i o n sa sf o l l o w ：p r a c t i c a lo p e r a t i o n d e m o n s t r a t e so fc o a lg a s i f i c a t i o nw a s t e w a t e rb yc o m b i n e dp r o c e s so fc o a g u l a t i o n - - s b r i sp r a c t i c a b l et e c h n o l o g i c a l l ya n dr e a s o n a b l ee c o n o m i c a l l y ：1 1 1 eo p t i m a lp a r a m e t e r so f c o a g u l a t i o nf o rt r e a t i n gc o a lg a s i f i c a t i o nw a s t e w a t e rw a sa c q u i r e db ye x p e r i m e n t ，w h e n 1 2 0 m g l f l o c c u l a n t sp a ca n d2 0 m e g lc o a g u l a n tp a mw e r ep u ti n t ot h ew a s t e w a t e r , c o d e r 、s sr e m o v a lo fe x c e s s4 0 、8 0 r e s p e c t i v e l y ；t h eo p e r a t i o nw a yo fs b r p r o c e s s t h r o u g hp r a c t i c a le x p e r i m e n t a li d e n t i f i c a t i o ni st h ef o l l o w i n g ：i n l e ta n da e r a t i o n ( 2 o h ) ， a n a e r o b i cr o t a t i n g ( 2 o h ) ，a b s o l u t e - r e s tp r e c i p i t a t e ( 3 o h ) ，d i s c h a r g eo fm u d 、w a t e r e l i m i n a t i o n ( 1 o h ) ，t h ec y c l ei s 8 0h o u r s w h e nt h ec o n s i s t e n c eo fc o d e r , n h 3 - no f i n f l u e n ta r e4 6 2 m g l 、 2 0 8 m g ，l ，t h ec o n s i s t e n c eo fe f f l u e n ta r ec o d c r 1 0 0 m g l 、 n h 3 - n 2 0 m g l ，a n dt h er a t e so fr e m o v a lc a nb er e a c ha t8 0 、9 0 t h ee f f i u e n tr e a c h s s e c o n dd i s c h a r g es t a n d a r d k e y w o r d s ：c o a lg a s i f i c a t i o nw a s t e w a t e r ，c o a g u l a t i o nt r e a t m e n t ，s b rt e c h n o l o g y ， n i 仃o g e nr e m o v a l h 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：掣菱延 年6 月柚 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：垄全篮了们f 年石月拥 顾十论文混凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 i 引言 i i 中国水资源的现状 水资源是指可供人类直接利用，能不断更新的天然淡水。据水利部水资源评价结 果表明：我国水资源的总量为2 8x l o ”m 3 ，人均水资源拥有量仅为2 1 5 0 m 3 a ( 按1 3 亿人 计) ，不足世界人均利用量的四分之一。近二十年来，由于经济的快速发展以及城市 化进程和水污染的加剧已成为我国社会和经济发展的主要制约因素。伴随着我国水体 的富营养化现象也日趋严重，而引起富营养化的主要污染物是氮磷，氮的存在形态主 要有分子态氮，有机态氮、氨态氮、亚硝态氮和硝态氮以及硫氢化物和氰化物，而在 未处理的原废水中，有机态氮和氨氮是氮的主要存在形式；今后，随着人口的进一步 增加，人民生活水平的提高和生产的发展，我国对水资源的需求仍将持续地增长，未 来水资源的形势依然十分严峻，水污染的治理和资源化已迫在眉睫。 水体污染主要指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋和地下 水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化从而降低了水体的使用价值。引 起水体污染的渠道主要是以下两个方面：一是自然污染，主要是自然因素造成的，如 特殊的地质条件使某些地区的某些或某种化学元素大量富集，降水淋洗大气和地面后 挟带各种物质流入水体，都会影响该地区的水质；二是人为污染，主要是人类生活和 生产活动中产生的废污水对水体的污染造成的，包括生活污水、工业废水、农e f j 排水 和矿山排水等。我国的污水排放量很大，据国家环保总局统计数字显示，2 0 0 4 年， 全国废水排放总量4 8 2 亿吨，工业废水排放量2 2 1 亿吨，比上年增加8 7 亿吨，增长 了4 1 。工业废水排放量占废水排放总量的4 5 8 。生活污水排放量2 6 1 亿吨，比 上年增加1 3 7 亿吨，增长了5 5 。生活污水排放量占废水排放总量的5 4 2 ，全国 废水中化学需氧量排放量1 3 3 9 万吨，全国废水中氨氮排放量1 3 3 万吨。由于水资源 的污染和浪费，更加剧了我国水资源的短缺。 1 2 煤气化废水( g a s i f i c a t i o nw a s t e w a t e r ) 的概述 煤的气化过程是一个熟化学过程，它是以煤或煤焦为原料，以氧气、蒸汽或氢气 等作为气化剂( 或称气化介质) ，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分 转化为气体燃料的过程。气化所得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分包括c o 、 h 2 及c 地等。煤气化污水是高温、高压下洗涤煤气后的洗涤水经热量回收、絮凝沉 淀后排放的部分污水，主要污染物为氨氮、硫化物、c o d e r 、b o d 、悬浮物等，其水 温、悬浮物和氨氮含量都很高。 颂士论文 混凝一s 眈工艺娃理煤气化废水的生产性试验研究 目前在国内煤的气化技术主要有三种【1 】，如表1 1 所示。 一为“德士古工艺，主产甲醇，采用水煤浆气化技术，废水水质特性为高氨氮( 约 3 5 0 m g l ) ，由于采用高温气化工艺，水质相对洁净，有机污染程度低；二为“温克勒” 工艺，主产甲醇，采用煤粉湿润气化技术，废水水质特性为高氨氮( 约3 0 0 r a g l ) 、高 氰化物( 约u 0 m g l ) ，也采用高温气化工艺，水质相对洁净，有机污染程度低；三为“鲁 奇”工艺，主产煤气，副产甲醇，采用低温气化工艺，废水水质特性为高氨氮( 约 3 5 0 m g l ) 、高酚( 约1 5 0 0 r a g l ) 、高有机污染( 约3 5 0 r a g l ) 、油类约( 2 0 0 r a g l ) 、氰化物 约( 2 0 m g z ) ，水质浑浊，是气化废水中成分最复杂、处理难度最高的废水。 表1 1 煤气化产物的比较 1 3 煤气化废水处理工艺 煤气化废水的处理方法可分为物理化学法和生物处理法两大类。物理化学法包括 蒸氨、除油、溶气气浮、溶剂萃取脱酚、碱性氯化法、次氯酸钠氧化法、活性炭吸附 和混凝沉淀等方法，每种方法都有选择的去除或回收废水中某一种或几种污染物质。 在生化处理工艺中，由于煤气化废水最主要特点是氨氮与悬浮物含量高，常规的活性 污泥工艺过程中硝化作用不完全，反硝化作用则几乎不发生，总氮( t k n ) 的去除率仅 l o 3 0 之间，因此很难去除煤气化废水中的氨氮。 目前用于煤气化废水生物脱氮的工艺有a o 工艺、a - a o 工艺、s b r 工艺等。 1 3 1 刖。工艺 缺氧一好氧( a n o x i c - - - o x i e ，简称a o ) 3 ：艺【2 】由缺氧池和好氧池串联而成，如图 1 1 ，作用是在去除有机物的同时取得良好的脱氮效果。a o 工艺又称前置反硝化， 其最显著的工艺特征是将脱氮池设置在除碳过程的前部，先将废水引入缺氧池，回流 污泥中的反硝化菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮 ( n o x 一n ) 还原成n 2 ，从而达到脱氮的目的，然后进入后续的好氧池，进行有机物的 生物氧化、有机氮的氨化和氨氮的硝化等生物反应，o 段后设沉淀池，部分沉淀污泥 回流至a 段，以提供充足的微生物，同时还将o 段内混合液回流至a 段，以保证a 2 硕士论文混凝一s b r 工艺娃理煤气化废水的生产性试验研究 段有足够的硝酸盐。此外，反硝化过程产生的碱可提供给硝化段，用来中和该段产生 的酸。其优点： ( 1 ) 反硝化段不需外加碳源，可以减轻其后好氧段的有机负荷，降低了运行费用； ( 2 ) 可以使反硝化残留的有机污染物得到迸一步去除，提高出水水质； ( 3 ) 流程简单、构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，基建费用 可大大节约。 混合液回流 进水 图1 1a o 脱氮工艺流程图 冯婧微等p l 进行了生物膜投料a o 接触氧化工艺脱氮试验研究，试验结果表明， 本试验较活性污泥法可大大节省停留时间，在好氧段停留时间为2 5 h ，缺氧段停留时 间为1 5 h 的情况下，c o d c r 、n q - 1 3 - n 和t n 的去处效率可分别达到约8 0 、9 0 和 5 4 ，在达到理想去除效果的同时大大节省了动力消耗和总运行费用。s a m 等【4 】介绍 了美国g a r y 焦化厂自1 9 9 8 年开始采用a o 工艺处理焦化废水脱除高浓度的氨氮， 其进水浓度3 0 0 0 m g l ，出水小于5 m g l ，完全可以达到排放标准。 1 3 2a a o 工艺 厌氧一缺氧一好氧( a n a e r o b i c a n o x i e o x i e ，简称a a o 或a j o ) - i 艺由厌氧池、 缺氧池、好氧池串联而成，如图1 2 ，系在a o 工艺流程前加一个厌氧池，在厌氧池， 废水中难以降解的有机物开环变为链状化合物，链长的化合物开链变为链短的化合 物，这些有机物进入缺氧池就能成为可利用的碳源，其特点【5 】： ( 1 ) 厌氧、缺氧、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， 同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能； ( 2 ) 在同时脱氮除磷的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于 同类其它工艺； ( 3 ) 在厌氧一缺氧一好氧交替运行条件下沉降性好，丝状菌不会大量繁殖； ( 4 ) 污泥中磷含量高，一般在2 5 以上： ( 5 ) 该工艺脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中夹带 的溶解氧和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效果不可能很高。 硕士论文 棍凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 图1 2a - a o 工艺流程图 j a b a e z a o 掣叼研究a a o 工艺的废水处理厂，发现具有较好的氨氮去除效果， 氨氮的去除率比常规的方法增加3 9 ，能够达到一级排放标准。 1 3 3s b r 工艺 序批式活性污泥( 简称s b r ) 是由美国的i r v i n e 7 】在2 0 世纪7 0 年代初开发的，是 一种间歇运行的活性污泥法废水处理工艺，兼均化、初沉、生物降解、终沉等功能于 一池。通过时间控制来实现各阶段的操作目的，在流态上属于完全混合式，却实现了 时间上的推流，有机污染物随着时间的推移而降解。废水脱氮过程中，由于硝化阶段 需要好氧，反硝化阶段需要厌氧，并且硝化与反硝化所需p h 值、停留时间不同，这 些都可以通过s b r 工艺调节其参数来实现，并且随着自动化程度的提高，s b ri 艺 近年来在国内外引起广泛重视【8 9 1 。 经典s b r t 艺采用间歇运行方式，污水间歇进入处理系统，间歇排出，一股来说， 它的一个运行周期包括5 个阶段，如图1 3 所示。 进水期反应期静置期 排水期 闲置期 图1 3s b r i 艺流程图 第l 阶段，进水期( f i l l ) ：污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行 液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。 第2 阶段，反应期( r e a c t ) ：进水达到设定的液位后，开始曝气，采用射流或完 全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气。 第3 阶段，静置期( s e t t l e ) ：反应池处于静沉状态，既不曝气也不搅拌，进行高效 的泥水分离，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行。 第4 阶段，排水期( d e c a n t ) ：上清液由滗水器排出。 4 硕士论文混凝- - s b r 工艺处理馔气化废水的生产性试验研究 第5 阶段，闲置期f l d l e ) ：活性污泥中微生物充分休息，恢复活性，为了保证污 泥的活性，防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥提供足够的 空间生长繁殖。 d o b a j a 等1 1 0 1 对s b r 工艺用于处理猪舍废水中氨氮进行了可行性研究，试验结果 表明，利用s b r t 艺处理该种废水氨氮为3 0 0 m g ，l 5 0 0 m 扎时，去除率达n 9 8 9 9 8 。此外，氧化沟工艺、固定化流化床工艺等也具有较好的去除氨氮的效果。 1 4s b rm 作原理及工艺特点 1 4 1s b r 工作原理 s b r 工艺是一种结构形式简单，运行方式灵活多变、空间上完全混合、时间上 理想推流的污水生物处理方法。它的运行工况是以间歇操作为主要特征，所谓序列间 歇式有两种含义：一是运行操作在空间上按序列排的、间歇的，整个系统要有两个池 或多个池子组成；二是每个s b r 的操作在时间上也是按序次的、间歇的。一个运行 周期按次序分为五个阶段：逆水、反应、沉淀、排水和闲置阶段【u l 。而该工艺改变了 传统的运行方式，在曝气的后面加入了厌氧搅拌阶段，并在厌氧搅拌阶段加入一定量 的甲醇作为反硝化的碳源，对氨氮的去除起到了很好的效果。 1 4 2s b r 工艺特点 与连续式相比，s b r 作为污水处理方法具有以下特点f l 2 】： ( 1 ) 工艺流程简单，构筑物少，造价低，占地省，设备费及运行管理费低。 ( 2 ) 空间上完全混合，时间上完全推流，不需调节流量，静置沉淀，分离效果好， 出水水质好。 ( 3 ) 运行方式灵活，可生成多种工艺路线，达到多种不同的处理目的。 ( 4 ) 可在一个反应器内实现脱氮除磷，可利用储存性反硝化，同时性反硝化及强 化生物吸附作用。 ( 5 ) 耐冲击负荷高，进水结束后，原水与反应器隔离，进水水质水量的变化对反 应器不产生影响。间歇进水、排放以及每次进水只占反应器体积的2 3 左右，其稀释 作用进一步提高了工艺对水质耐冲击负荷的能力。 ( 6 ) 污泥活性高，易沉降，不易产生污泥膨胀。 1 5s b r 工艺的应用与发展 近几年来，由于s b r _ t _ 艺的高效率与低造价，在世界各国得到了广泛的应用，各 硕士论文混凝一s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 种类型的s b i 江艺都有上百座污水厂投入运行。除了美国、日本、澳大利亚等国在s b r 方面已广泛应用外，东南亚也是s b r j 壹用较普及的地区。自1 9 8 5 年- n g w a n - j e m 首先利 用s b r 成功处理了养猪场废水后，s b r 工艺已更多地用于处理制药废水【l ”，棕油废水， 印染废水、制浆废水以及生活污水。我国于2 0 世纪8 0 年代中期开始对s b 瞄行系统研 究与应用，1 9 8 5 年，上海市政设计院为上海吴淞肉联厂设计投产我国第l 座s b r 污水 处理站，设计处理水量为2 4 0 0 t d 。随后，s b r i 艺在工程上获得了广泛的应用，先后 有研究人员对酚氰废水、腈纶印染废水、屠宰废水、皮革废水、焦化废水、土霉素废 水、造纸和味精废水、制药废水、生活污水等 1 牟1 9 1 做了深入的研究，并对s b r _ 工艺提 出了一系列的改进措施，取得了大量现场工程经验。目前，上海、广州、无锡、扬州、 昆明等地已有多座s b r 处理设施投入使用。 由于s b r 自控程度比较高，因此在s b r 的发展过程中，其设备与自控水平也有了 长足的发展。在射流曝气的基础上，同向射流与异向射流两用曝气器有了很大的发展， 本课题的s b r 工艺所用的d j a m i 型碟式射流曝气器即是一种新型的曝气设备，具有 较好的冲氧及搅拌混合的能力，同时具有较好的去除有机物的功能。新型的滗水器， p h 、d o 、o r p 等在线仪表的出现都为s b r 技术的发展提供了支持，s b r 计算机控制 系统研究也取得了一系列的成果，同时人们还不断对s b r 进行改进，一些新型的s b r 得到了发展。 1 5 1i c e a s 工艺 i c e a s i 艺【2 0 】于2 0 世纪8 0 年代初在澳大利亚兴起，是变形的s b r 工艺，最大的特 点就是在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式为连续进水( 沉淀期、排水 期仍连续进水) ，间歇排水，无明显的反应阶段和闲置阶段。虽然沉淀期进水在主反 应区底部造成的水力紊动会影响泥水分离时间，使进水量受到一定限制，但由于 i c e a s 设施简单，管理方便，尤其是处理市政污水和工业废水方面比经典的s b r 系统 费用更省，在国内外均得到广泛应用。 1 5 2c a s t ，c a s s ，c a s p 工艺 c a s s i 艺【2 l 】于7 0 年代开始得到研究和应用，与i c e a s 相比，预反应区容积较小， 优化设计了生物选择器。该工艺将主反应区部分污泥回流到该选择器中，在运行方式 上沉淀阶段不进水，使排水的稳定性得到保障。通常c a s s 分为三个反应区，即生物 选择器、缺氧区、好氧区，各区容积比一般为l ：5 ：3 0 。c a s s 预反应区的设置和回流污 泥的措施，保证了活性污泥不断的在选择器中经历一个高絮体负荷的阶段，从而有利 于系统中絮凝细菌的生长，并可提高污泥活性，使其快速去除废水中溶解性易去除基 硕士论文混凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 质，进一步有效地抑制丝状细菌的生长和繁殖，同时沉淀阶段不进水，保证了污泥沉 降无水力干扰，提高了泥水分离效果。由于c a s s 技术工艺简单，土建和投资低，能 够很好的缓冲进水水质的波动，而且除磷脱氮效果好、运行简单、无需大量的污泥回 流和内回流，因此近几年来在全世界范围内得到了广泛的推广。 1 5 3i d e a 工艺 d e a i 掣2 2 1 采用连续进水、间歇曝气、周期排水的运行方式，与c a s t 相比，预 反应池( 生物选择器) 改为- 与s b r 主体处理构筑物相独立，部分剩余污泥回流入该反应 池，且采用反应池中部进水，预反应池的设立可以使污水在高絮体负荷下有较长的停 留时间，保证高絮凝性细菌的选择，该设计在充分保持了c a s t 工艺的优点上，进一 步提高了处理效果。 1 5 4d a t i a t 工艺 d a t 一a t t 2 3 l q - 艺的主体处理构筑物由需氧池d a t 和间歇曝气池i a t 组成，一般情 况下d a t 池连续进水，间歇曝气，原水首先经d a t 池的初步生物反应后再进入i a t 池， 由于连续曝气起到了水力均衡的作用，提高了整个工艺的稳定性。进水工序只发生在 d a t 池，排水工序只发生在i a t 池，在i a t 池内完成曝气沉淀、滗水和排出剩余污泥 工序，从而使整个生物处理工序的可调节性进一步增强，有利于去除难降解有机物。 与c a s s 和i c e a s 相比，d a t 是一种更灵活、完备的预反应池，从而使d a t 池和i a t 池能够保持较长的污泥龄和很高的m l s s 浓度，对有机物和毒物有较强的抗冲击能力。 d a t l a t 工艺同时具备s b r 工艺和传统活性污泥法的优点，与其他工艺相比d a t i a t 流程大大简化，节省占地面积和投资。 1 5 5u n i t a n k 工艺 u n i t a n k 工艺1 2 4 1 于2 0 世纪9 0 年代初由比利时的s e g h e r s 公司开发，又称交替生 物池。该系统的运行近似于三沟式氧化沟，通过将经典s b r 的时间推流与连续系统的 空间推流相结合保证了系统的连续运行，弥补了单个反应器完全混合的不足，除了保 留原有经典s b r 的自动控制系统以外，还具有滗水简单，池子构造简化，出水稳定不 需沉淀污泥回流等特点，大大节约了投资和运行成本。 此外，与其他工艺相结合，出现了以s b r 为主的新工艺，y i n g 等【2 5 】在s b r 中投加 粉末活性炭( p a c ) ，并命名为p a c s b r ，投加低剂量的p a c 可以明显改善s b r 去除垃 圾填埋渗滤液中芳香烃化合物的效果，并具有很好的耐冲击负荷能力。厌氧序批式活 性污泥法( a s b r ) 【2 6 】是s b r 工艺在厌氧生物处理中的应用。膜法s b r ( b s b r ) 就是在 7 硕士论文混凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 s b r 反应器内投加弹性立体填料，使其结合了生物接触氧化法和s b r 法的优点f 2 7 1 。 m s b r 是c q y a n g 等人根据s b r 技术特点，结合传统活性污泥法技术，研究开发的一 种更为理想的污水处理技术1 2 8 】。 1 6s b r 工艺生物脱氮理论 1 6 1 废水中氮存在的形式 氮在废水中以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氦等形式存在。该课题中废水 氮的存在形式以有机氮和氨氮为主。 1 6 2 硝化过程 由有机氮转化为氨氮的过程称为氨化，由氨氧化成硝酸的过程称为硝化作用，这 个过程须在好氧条件下才能进行。硝化作用是由两类不同的硝化细菌负责，分两步实 现。亚硝酸细菌负责氧化氨为亚硝酸，硝酸细菌负责氧化亚硝酸为硝酸。微生物硝化 过程中的化学反应见式( 1 1 ) 至( 1 2 ) 1 2 9 ： 5 5 n h ：+ 7 6 0 2 + 1 0 9 h c o ；塑墼 c 5 h 7 0 2 n + 5 4 n o ；+ 5 7 h 2 0 + 1 0 4 h 2 c 0 3 ( 1 1 ) 4 0 0 n o i + n h ：+ 4 h 2 c 0 3 + 1 9 5 0 2 + h c o ；j 塑盟c 5 h 7 0 2 n + 4 0 0 n o ；+ 3 h 2 0 ( 1 2 ) 将两式合并得： n h ：+ 1 8 6 0 2 + 1 9 8 h c o ；_ o 0 2 0 6 c 5 h 7 0 2 n + 0 9 8 n o ；+ 1 0 4 h 2 0 + 1 8 8 h 2 c 0 3 ( 1 3 ) 此过程需要足够的氧气才能进行，通过方程可以计算出，当l m g n h 3 n 被氧化成 n 0 3 - n 时，约有4 5 7 m g 氧被消耗，7 0 7 m g 碱度( 以c a c 0 3 计) 被中和；o 0 8 m g 无机 碳被利用，所以该反应过程中需要补充定量的碱度。 1 6 3 反硝化过程 生物反硝化是指污水中的n 0 2 - n 和n 0 3 - n ，在无氧和缺氧条件下，被微生物还 原转化为氮气的过程。反硝化过程以b o d 5 作为生物合成和能量产生碳源，以硝酸盐 作为氧源。生物反硝化过程中发生的化学反应如( 1 4 ) 至( 1 5 2 9 】所示( 合成反应以甲醇 为碳源) ： n o ；+ 3 h ( 电子供给体一有机物) 墅塑堕一1 2 n ：+ h ：o + o h 一 ( 1 4 ) n o ；+ 5 h ( 电子供给体有机物1 旦! 型i l 2 n ：+ 2 h ：o + o h + ( 1 5 ) 在此过程中，当l m g n 0 3 - n 被还原时，约3 7 5 m g 碱度( 以c a c 0 3 计) 被产生出来； 3 7 m g c o d c r 被消耗；s b r 工艺在一个运行周期中，各个阶段的运行时间，反应器内 混合液体积的变化，以及运行状态等都可以根据具体废水性质、出水质量与运行功能 硕士论文混凝一s 矾工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 要求等灵活掌握。含氨氮废水脱氮过程中，由于硝化阶段需要好氧，反硝化阶段需要 厌氧，并且硝化与反硝化所需p h 值、停留时间不同，这些都可以通过调节s b r 工艺 参数来实现【。 1 6 4s b r 工艺生物脱氮的影响因素 影响s b r 工艺脱氮的因素很多，如各阶段的时间分配、碳源( c ，聊、溶解氧( d o ) 、 温度、p h 值、污泥龄( 口c ) 等都对该s b r _ z 艺的脱氮效率产生一定的影响。 1 6 4 1 各阶段的时间分配 各阶段的时间分配是s b r 工艺脱氮过程中的重要参数之一，时间的分配合理与否 关系着脱氮效率的高低。d i a m a d o p o u l 0 1 l s 等人【3 1 习基于s b r 法处理生活污水的试验得 出，总氮去除率与好氧缺氧时间比有密切关系，在一个运行周期内，较大的好氧缺 氧时间比有利于总氮的去除，设定好氧缺氧的时闯比为2 0 ：3 、1 7 ：6 、1 4 ：9 时，总氮去 除率分别为4 8 8 、4 7 7 、3 5 ，研究者认为去除率下降的原因是好氧时间不足，硝 化反应不完全，无法为反硝化反应提供足够n o x 。- n ，好氧缺氧时间比对反硝化活性 也有影响，“厌氧缺氧好氧”比“厌氧好氧”更利于反硝化菌的生长富集。据m e r x o u l d 等人报道【3 3 1 ，从a 2 s b r 中可分离2 0 株反硝化细菌，而在a os b r 仅分离9 株，好氧 阶段时间过长，会抑制脱氮酶系的产生，从而降低反硝化活性。另据s h i n 等人报道， 在低碳负荷下处理生活污水时，s b r 闲置时间过长，会诱发丝状菌性污泥膨胀，影响 脱氮效果【蚓。 1 6 4 2 碳源( c t n ) 生物脱氮的反硝化过程中，需要一定数量的碳源以保证一定的碳氮比而使反硝化 反应能顺利进行。反硝化碳源的供给可通过外加碳源的方法( 采用传统的脱氮工艺) 或 利用原废水中的有机碳源( 采用前置反硝化工艺) 的方法来实现。一般认为，当废水中 的b o d 5 与t k n 之比在5 8 时，即可认为碳源充足而满足废水生物脱氮的要求；当废 水中的碳、氮比过低，即b o d 5 ，n 小于3 5 时，则应考虑补充必要的外碳源。外碳 源大多采用甲醇( c h 3 0 h ) ，因它易被氧化分解为c 0 2 和h 2 0 ，且能获得最大的反硝化 速率( 一般该速率约为无外加碳源时的4 倍) 。k l a n g d u e n p o c h a n a 等 3 5 3 6 研究了碳源对 硝化反硝化的影响，结果认为易生物降解有机碳为硝化反硝化的重要影响因素之一， 试验中添加易生物降解有机碳可使硝化反硝化的活性显著加强。 1 6 4 3 溶解氧( d o ) 溶解氧是s b r 生物脱氮过程中的一个重要控制因素，它直接影响到硝化、反硝化 硕士论文混凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 进行的程度。m t m e h 等人的试验数据表明f 期，不论d o 大范围波动( o 5 m g l 3 r a g l ) ， 还是小范围波动( 1 9 m g l 2 1 i n g l ) ，也不论这种波动是长期的，还是短期的，硝化 速率几乎不变，总氮去除率则随d o 的降低而提高。究其原因，可能是虽然s b r 呈现 好氧缺氧交替，但其中的微生物种群相对稳定；另外，d o 降低有利于进行厌氧反硝 化作用。 1 6 4 4 温度 温度对硝化和反硝化有较强的影响，是生物脱氮过程中的重要控制因素之一。在 1 0 3 0 之间，温度每升高l o ，硝化速率可提高3 倍，但超过3 8 时，硝化作用 则几乎完全停止。高景峰等【3 8 】研究了温度对亚硝酸型硝化反硝化的影响，指出温度 维持在3 0 c 得到的亚硝酸型硝化的污泥，在常温( 1 9 5 c 2 3 5 ) 运行5 0 个周期，硝 化类型转变为硝酸型硝化，对此污泥，随着温度的逐渐增加，硝化类型逐渐转变为亚 硝酸型硝化，当温度达至w j 2 8 2 9 ，硝化类型为稳定的亚硝酸型硝化，硝化结束时 n 0 2 n n o x - n 平均维持在8 2 2 8 3 5 。 1 6 4 5 p h 值 在硝化作用中，系统p h 值对硝化菌的生长繁殖有很大影响，由于硝化要消耗废 水中的碱度而使p h 值下降，对亚硝化菌来说，在一定的温度下，需在最佳p h 值的环 境下，硝化速度才能达到最大值，亚硝酸氧化菌的适宜p h 值为7 o 8 5 ，氨氧化菌的 适宜p h 值为7 o 8 5 。若反应器p h 值小于7 ，则硝化反应受到抑制。根据理论计算， 当l m g n h 3 - n 被氧化成n 0 3 - n 时，约有4 5 7 m g 氧被消耗，7 0 7 m g 碱度( p a c a c 0 3 计) 被 中和，0 0 8 r a g 无机碳被利用；在反硝化过程中，当l m g n o a 。- n 被还原对，约产生3 7 5 r a g 的碱度( 以c a c 0 3 计) ，3 7 m g c o d e r 被消耗。方士等1 3 9 1 研究了用两段s b r 法处理经稀释 的味精废水，其过程可分为碳氧化阶段和三个亚硝化反亚硝化阶段，得出p h 值与废 水中的游离氨( f a ) 和游离亚硝酸( f n a ) 的浓度相关。是影响脱氮的重要因素，p h 值越 高，越有利于碳氧化阶段氨氮的吹脱效果：亚硝化阶段i 、的最佳p h 值分别 为6 8 、8 2 、8 2 ；反亚硝化阶段i 、的最佳p h 值分别为7 5 、8 2 、8 2 。 1 6 4 6 污泥龄( 口c ) 对于生物脱氮工艺而言，污泥龄是一个重要的设计参数。理论上讲，为保证反应 器中数量足够且性能稳定的硝化菌和反硝化菌，须使微生物在反应器中的停留时间 ( 即污泥龄口c ) 大于硝化菌和反硝化菌的最小时代期( 即它们最大比增长速率的倒数) 。 在实际运行中，一般应使系统的污泥龄为硝化菌和反硝化菌时代期的两倍以上，根据 理论分析【加】可知，脱氮工艺( 包括同时脱氮除磷) 中的污泥龄主要由亚硝化菌的时代期 控制，因而污泥龄应依据亚硝化菌的时代期来确定。一般而言，生物脱氮工艺的污泥 1 0 硕士论文混凝- - s b r 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 龄应控制在3 5 d 以上，有的可高达l o 1 5 d 。较长的污泥龄可增加生物硝化的能力， 并可减轻有毒物质的抑制作用，但同时须注意污泥龄不能过长，过长的污泥龄将降低 污泥的活性而影响处理效果。 1 7 本课题来源与主要研究内容 1 7 1 课题的来源 某化工企业一期2 0 万吨甲醇项目是省委、省政府确定的2 0 0 3 年重点建设项目和陕 北能源重化工基地龙头启动项目，是陕西省依托陕北煤炭资源优势，加快陕北能源重 化工基地建设的重要举措。 该项目在设计施工中广泛采用了分子筛予净化及液氧泵内压缩空分工艺，德士古 水煤浆加压气化技术、n h d 净化工艺专利技术、绝热一管壳复合式专利反应器甲酵 合成、四塔甲醇精馏技术等当今国际先进的生产工艺和技术。甲醇项目位于陕西省神 府经济开发区锦界工业园内，废水处理用地紧张，由于s b r i 艺占地面积小，具有良 好的工艺性能和灵活的操作性，使其易于引入厌氧缺氧好氧过程，具有良好的脱氮 效果；而且s b r 工艺处理构筑物构成简单，设备费用、运转费用低；可根据废水的水 质灵活控制曝气时间，使废水能达标排放等优点，由于该工程的特点与上述几种工艺 的比较，所以最终选择了占地面积较小的s b r 工艺。 1 7 2 课题研究的主要内容 s b r t 艺适合于处理高浓度氨氮且具有大量有毒难降解有机物质的煤气化废 水。但通过查阅国内外资料表明，利用s b r i 艺处理含氮废水的研究主要停留在处理 含有低浓度氨氮的生活污水上，而对于难处理的高氨氮煤气化废水较少。本课题主要 研究运用s b r t 艺处理煤气化废水，使该厂废水中的氨氮达到焦化行业国家二级排放 标准。 本课题研究的s b r _ 工艺改变了传统运行方式的工作序列，并在其工艺中运用了 d j a m - i 型碟式射流曝气器，具有较好的去除有机物及冲氧搅拌功能，对氨氮的去除 有着较好的效果。当d j a m i 型碟式射流曝气器与s b r _ z 艺结合后，在提高生物脱氮、 降低能耗方面具有很大的潜力，具有较高的环保价值和经济价值，因此有望在含氨氮 的污水处理工艺中推广应用，具有良好的应用前景。 在深入考察了煤气化废水处理工艺的基础上，笔者通过参与试验工程的调试运行 工作，从微生物生态学、生物化学的角度出发，通过对浓密池的调试、s b r 反应池的 启动运行、污泥的培养驯化、工艺参数的调试确定、整个系统的维护管理等实际参与， 对以下方面作深入研究： 1 1 硕士论文 混凝- - s b i i 工艺处理煤气化废水的生产性试验研究 ( 1 ) 、探讨混凝工艺对煤气化废水处理的机理。以试验方法确定混凝条件，选出 最佳混凝剂、助滤剂，确定最佳投药量及最佳工艺条件； ( 2 ) 、考察混凝沉淀- - s b r 组合工艺处理煤气化废水的规律性、处理效率与工程 效益、经济技术指标，探明各单元处理的最佳工艺参数、最大处理能力及系统整体最 优化： ( 3 ) 、以试验中得到的数据指导工程调试，确定该废水用s b r 工艺处理的c o d e r 及氨氮的降解模式及其参数特点，通过工程调试，研究该废水用s b r 工艺处理的脱氮 特性，寻找到该类废水氨氦去除的根本原因； ( 4 ) 、对浓密池与s b r 生化池处理废水的效果进行分析，确定最佳参数与其在整 个处理系统中的作用； (