（环境工程专业论文）焦化废水曝气生物滤池深度处理试验研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 焦化废水曝气生物滤池深度处理试验研究 摘要 焦化废水成分复杂，含有大量的焦油、苯、苯酚、氰化物、吡啶、喹 啉、嘧啶等生物难降解物质，并且水质、水量变化较大，是一种典型的含 有大量有毒有害物质的工业废水。然而传统的活性污泥法生物处理工艺对 c o d 。，和n h 。一n 的去除效果不够理想，大多数的焦化厂废水处理未达标排放， 给环境和人体带来一定的危害。因此，在原有焦化厂废水处理工艺的基础 上增加一种技术可行、经济合理的深度处理工艺，以使焦化废水达标排放， 便很有必要。本课题研究表明：曝气生物滤池由于其自身优点，用来做为 处理未达标焦化废水的补充工艺是可行的。 根据焦化废水生化出水难生物降解的性质，本试验研究了氧化剂( h ：o 。) 和生活污水提高其可生化性的可能性及氧化剂( h ：0 ：) 投加量对焦化废水曝 气生物滤池深度处理效果的影响；同时考察了气水比、回流比对系统深度 处理焦化废水的影响。研究得出：用投加氧化剂双氧水的方法来改善未达 标焦化废水的可生化性是切实可行的，并且焦化废水曝气生物滤池深度处 理时最佳氧化剂投加量( 以h ：o ：c o d 。，质量比计) 、最佳气水比、最佳回流比 分别为3 ：1 、2 3 ：1 、0 5 ：1 。 在优化工况下，即氧化剂投加量( 以h ：0 ：c o d 。，质量比计) 为3 ：l 、气 水比为2 3 ：1 、回流比为0 5 ：1 时，焦化废水曝气生物滤池深度处理效 果最理想，此时有机污染物( c o d 。，) 、氨氮( n h 。- n ) 平均总去除率分别为 4 9 3 5 、9 1 3 2 9 6 ，并且运行稳定可靠。 根据滤层高度试验可知，有机污染物( c o d 。) 沿缺氧滤池滤层高度的 出水浓度和氨氮( n h 。- n ) 沿好氧滤池滤层高度的出水浓度均存在一定的规 律，二者沿滤池滤层高度的出水浓度规律( 以回归方程表示) 分别为： t 太原理工大学硕士研究生学位论文 c o d 。r = 2 3 0 9 7 e 埘僦1 、 n h 3 - n = 5 e 一0 5 x 3 0 0 0 6 3 x 2 0 0 0 4 1 x + 2 0 5 6 5 ；并且在 焦化废水曝气生物滤池深度处理系统中，好氧滤层高度与缺氧滤层高度存 在最佳比例，即当好氧层高与缺氧层高比为2 ：l 时，二者均可充分利用， 系统设置最合理。 由反冲洗试验可知，在系统反冲洗后，其对有机污染物( c o d c r ) 和氨 氮( n h 。州) 的去除能力均需要一定时间才能恢复，其恢复时间分别为8 h 和 1 0 h ；其随时间恢复的规律( 以回归方程表示) 分别为： c o d 。， = 一0 2 5 5 5 x 2 + 7 4 0 8 6 x 、 n h 3 n = 一0 4 3 3 7 x 2 + 1 2 6 9 7 x 。 课题研究表明，不投加碳源和碱度，焦化废水曝气生物滤池深度处理， 出水水质可达污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 中第二类污染物最高 允许排放要求的二级标准，即：c o d ( 1 5 0 m g l ，溉埘 o 4 20 1 5 0 3 5 b o d 厂1 1 ( n2 69 52 2 1 5 2 2 2 8 6 等参数，有利 于提高脱氮率。 山东薛城焦化厂【1 8 1 采用内循环a o 生物脱氮工艺处理焦化废水，进水n h 4 + 一n 为 3 1 9 m g l ，出水低于1 0 m g l ，去除率达8 0 p a _ k ，各项指标均可达标。北京焦化厂 采用么d 生物脱氮工艺处理焦化废水，迸水n h 。+ 一n 为3 0 0 m g l ，出水小于15 m g l 。 通过在彳一d 工艺的缺氧池和好氧池投加填料或采取辅助措施，能取得更好的脱氮效 果。鞍山焦耐酣2 0 1 采用a o 工艺( 厌氧固定膜) 进行了焦化废水生物处理的生产性试验， 进水n h 4 + 一n 为4 0 0 m g l ，出水低于5 m g l ，去除率高达9 8 8 ；进水c o d 为17 0 0 m g l ， 出水小于1 0 0 m g l ，去除率大于9 4 1 。罗建中等【2 ，采用用缺氧s b r 工艺处理焦化 废水，对焦化废水进行曝气吹脱，1 0 h 氨氮去除率达7 3 7 ：进水c o d 浓度1 4 7 4 m g l 、 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 n h 3 - n 浓度8 2 6 8 m g l 时，缺氧s r t = 1 0 h ，s b r 曝气1 0 h ，沉降2 h ，出水c o d 达1 8 6 m g l 、 n h ，- n 达2 9 0 2 5 m g l ，去除率分别达到8 7 8 3 、6 4 9 。同济大q ：t 2 2 】采用厌氧好氧法 处理焦化废水中的有机物和n h 。+ 一n ，在厌氧和好氧反应器中均放置半软性填料，取 得了较好的处理效果。采用回流比为8 2 ，厌氧段和好氧段的水力停留时间分别为5 h 和 1 2 h ，当进水的c o d 和n h 4 + 一n 浓度分别为1 7 2 5 m g l 和2 6 6 m g l 时，去除率分别达 到9 4 5 和8 8 7 。 2 、a a o 及其变型工艺法 a - a ，d 是彳一d 的变形工艺，与彳d 工艺相比，对难降解有机物和n h 。+ 一n 具有更 好的去除效果。m i n z h a n g l 2 3 】等对a 1 a 2 o - r - z 与a 2 o 工艺的比较试验表明：a l - a 2 o 工艺在n h 3 - n 去除和反硝化方面均优于a 2 o 工艺，特别是反硝化率方面a 1 a 2 o 工艺 是a 2 0 工艺的两倍。何苗【2 4 】等人采用厌氧一缺氧好氧工艺处理焦化废水，当进水的c o d 和n h 4 + 一浓度分别为1 3 0 0 m g l 和2 4 5 m g l 时，出水浓度分别为1 9 0 m g l 和1 9 6 m g l ， 去除率分别达到8 5 4 和9 2 o 。邵林广【1 2 】用内填y d t 弹性立体填料的水解( 酸化) 缺氧好氧固定床生物膜系统处理焦化废水，结果表明：当进水c o d 和n h 4 + 一n 浓度 分别为1 0 6 5 m g l 和2 5 3 m g l 时，系统水力停留时间为3 3 5 h ，混合液回流比为3 6 时， 出水浓度分别为1 8 0 m g l 和5 m g l ，去除率分别达到8 3 署t l9 8 。舒文划2 5 1 采用厌氧 缺氧一好氧过滤工艺处理焦化废水取得了良好处理效果：当进水c o d 和n h 4 + 一n 浓度 平均值分别为1 5 3 7 m g l 和2 2 5 7 m 叽时，出水浓度平均值分别为6 3 5 m g l 和1 9 9 m g l ， 去除率分别达到9 5 7 和9 9 0 ；采用厌氧缺氧一好氧混凝沉淀工艺处理焦化废水得出： 当进水c o d 和n h 4 + 一n 浓度平均值分别为2 0 7 7 m g l 和18 3 5 m g l 时，出水浓度平均 值分别为1 2 5 m g l 和2 1 m g l ，去除率分别达到9 4 0 和9 8 9 ：采用厌氧缺氧一好氧一 混凝过滤工艺处理焦化废水取得更好的处理效果：当进水c o d 和n h 4 + 一n 浓度平均 值分别为1 2 7 0 m g l 和2 3 4 5 m g l 时，出水浓度平均值分别为7 0 0 m g l 和0 4 8 m g l ，去 除率分别达到9 4 2 和9 9 8 。 3 、s b r 法 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 法，即序批式活性污泥法，是一种新型高效低耗 的废水生物处理技术。7 0 年代由美国r l i r v i n e 教授1 2 62 7 】发起，美、日、加等国学者于 8 0 年代后期分别对s b r 进行了重新评价和研究，并陆续兴建了数百座s b r 污水处理厂。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 9 0 年代，我国陆续在城市污水、水产品加工、屠宰、肉类加工、制药和化工废水、焦化 废水等污水治理工程中使用了s b r 法，目前s b r 法已得到广泛的应用。 s b r 为序批式反应器，即其运行工况无论在空间上还是时间上均以按序排列、间歇 操作为主要特征。每个s b r 的运行操作在时间上按运行次序分为五个阶段，即进水、反 应、沉淀、排水、闲置，成为一个完整的运行周期凋。 传统或经典的s b r 工艺形式在工程应用中存在一定的局限性。为了满足出水水质的 特殊要求以及减少投资，如脱氮除磷或因水量大而调节反应系统等，需对该工艺进行改 进。在工程实践中，s b r 工艺产生了多种变形工艺1 2 9 。 a 删s 工艺 i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e da e r a t i o ns y s t e m ) 工艺的全称为间歇循环延时 曝气活性污泥工艺，2 0 世纪8 0 年代兴起，是s b r 的一种变形工艺。i c e a s 与传统的 s b r 相比，其最大的特点是：反应器迸水端增加了一个预反应区，连续进水，间歇排水， 没有明显的反应阶段和闲置阶段；费用更省，管理更方便；通常水力停留时间较长。 b c s s ( c a s t ，c a s p ) q - 艺 c 4 鼹( c y c 疗ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) 或c a s t ( t e c h n ol o gy ) 或c a s p ( p r o c e s $ ) 工艺是一种循环式活性污泥法，从i c e a s 发展而来，由g o r o n s z y 开发并在美国和加拿大获得专利。c a s s 工艺与i c e a s 相比，在反应器的设计上更加优 化合理，运行方式上沉淀阶段不进水，排水稳定性高。该工艺适宜于工业废水所占比例 大的城市污水及要求脱氮除磷的污水处理。 c d a t i a t 工艺 d a t 一1 a t 工艺是s b r 的又一种变形工艺，其主体构筑物由需氧池 ( d e m a n da e r a t i o nt a n k ，d at ) 和间歇曝气池( i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt a n k ，i at ) 组成。一般情况下，d a t 池连续进水，连续曝气，其出水进入1 a t 池，在此完成曝气、 沉淀、滗水和排泥工序。与c a s s 工艺相比，d a t 池是一种更加灵活、完备的生物选择 器。d a t 池和l 4 t 池能够保持污泥龄和较高的m l s s 浓度，对有机负荷及毒物有较强的 抗冲击能力，易满足脱氮除磷的条件，是一种很好的脱氮除磷工艺。 d 其它新型s b r 工艺 为满足日益提高的出水水质要求，使微生物发挥各自独特的作用，更有效地去除 n h 4 + 一n 等污染物，提高反应器的耐冲击负荷能力，许多学者研究开发出了一系列新 太原理工大学硕士研究生学位论文 型s b r 工艺。 a a s b r 工艺 美国教授d a g u e 等人【3 川把s b r 运用于厌氧处理，开发了厌氧序批式活性污泥法 ( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr ea c t o r ，a s b r ) 。a s b r1 3 1 】除了具有s b r 工艺简单、 运行方式灵活、生化反应推动力大、耐冲击负荷等优点外，主要利用间歇排水，不断排 出沉降性能较差的污泥，可进一步促进污泥颗粒化过程。 b p a c s b r 工艺 陈郭建【3 2 1 用投加粉末活性炭p a c s b r 法来处理高浓度有机废水，试验中利用粉末 活性炭的吸附作用，使混合液中难降解污染物浓度减少，大大减轻了对生物的抑制作用。 试验发现：p a c 表面高浓度基质、高浓度氧和高浓度污泥三项并存，为生化反应创造 了优于s b r 的条件。p a c 与污泥之间存在着相互调节作用，增大了基质的利用率，延 长了泥龄，提高了运转负荷，改善了出水水质，取得了优于s b r 的生化效果。研究发现： 对于焦化废水，采用p a c s b r 法，负荷一般为0 0 2 - - 0 0 5k g b o d g ( k g m l s s d ) 时， 可以保证出水水质 4 、复合反应器 为了克服活性污泥反应器污泥易流失，耐水质、水量冲击负荷能力差，运行不稳定 的缺点，出现了在曝气池中投加填料的复合生物反应器，在废水处理中的应用日益得到 关注。所谓复合是指生物反应器中同时存在附着和悬浮两相生物。复合生物反应器有许 多优点3 3 】：污泥浓度保持较高，使得容积负荷增高，且对冲击负荷、毒性物质的适应能 力大大增强，难生物降解物质的去除率高。吴立波等人【蚓采用厌氧缺氧好氧工艺并在 好氧段投加球形填料的复合生物反应器处理焦化废水，当进水的氨氮浓度为1 0 0 m g l 时，去除率稳定在9 0 以上。某研究组利用复合生物反应器生物脱氮技术处理炼油污水， 硝化率达9 8 9 9 ，脱氮率在8 1 4 以上。 5 、三相气提升循环流化床 蔡建安【3 5 】通过试验证明：用三相气提升内循环流化床反应器处理焦化废水，耐酚、 氰能力强，对酚、氰、c o d 的去除效果好，c o d 去除率达7 6 ，酚、氰的去除率则在 9 5 以上，而且曝气能耗低。 2 2 3 焦化废水强化处理技术 l 、生物铁法 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 生物铁法跚是在活性污泥曝气池内投加一定量的铁盐，并逐步驯化使之生成生物铁 絮凝体的一种强化活性污泥法。铁不仅是微生物生长必需的元素之一，而且是细胞色素 的重要组成部分，在生物氧化过程中起传递电子的作用。一般在投加量5 m g l 条件下， 利用曝气池中铁盐的混凝吸附作用以及铁离子对生物酶的激活作用，能降低曝气池中出 水化学需氧量与氰含量，加强曝气池内吸附、生物氧化和凝聚的过程，提高有机物的去 除率，改善活性污泥的活性和沉降性能，增加曝气池内污泥的浓度，并能承受较大的有 机物冲击负荷，抗毒能力较强。 2 、生物炭法1 3 7 】 向曝气池中投加粉末活性炭，借助活性炭的巨大表面积与富集作用，为微生物对有 机物的代谢降解活动提供良好条件，从而可提高去除c o d 、微量毒物以及脱色等的净 化效果。在处理过程中随二沉淀池污泥排出的活性炭再生后循环使用，投炭量一般为 2 0 , - - - , 3 0 0 m g l 。生物一炭法可改善处理系统的稳定性，缓和有毒、有害有机物对好氧微 生物生长的抑制作用，且可改善污泥的沉淀性能，增加曝气池内污泥的浓度。但粉末活 性炭价贵且再生复杂，废水处理费用较高。在发达国家得到一定程度上应用。 3 、紫外线照射 紫外线照射预处理，以空气为氧化剂，以紫外线为能源，通过羟基化和羧基化反应， 在多环和杂环化合物中引入羟基和羧基，从而提高了有机物生物降解速率，改善了废水 的可生化性。 4 、投加氧化剂 臭氧和h 2 0 2 是一种氧化性很强的氧化剂，它对焦化废水的作用机理与紫外线照射 作用类似，但其反应选择性较差，不宜作为原废水预处理，适合作为第二级生物处理的 前处理。臭氧【3 8 1 的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很 快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是。这种方法也存在投资高、 电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。 5 、纷顿( f e n t o n ) 试剂法【3 9 】 纷顿试剂法又称凡“一日，晚法，它兼有氧化和混凝的作用。其反应实质是利用 凡2 + 和日，q 之间反应催化生成的自由基，氧化各种有毒和难降解有机物，达到提高废 水可生化性的目的。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 4 焦化废水深度处理技术 焦化废水成分复杂且难降解物质多，在二级处理后有些污染物并不能处理降解，为 使出水水质能全面达标，就须对焦化废水进行深度处理，进一步去除c o d 、n h 4 + 一n 及 难降解物。目前存在着多种深度处理技术，主要有：投加多种混凝剂、氧化塘处理法、 折点加氯法、吸附法、生物铁炭法等。 1 、混凝法 目前，混凝剂在焦化废水深度处理方面日益得到广泛的应用。常用的混凝剂有铝系 和铁系两大类。聚合氯化铝( p a c ) 混凝性能好，在我国水处理工艺中应用较多，但由 于其固有的缺点，在实际使用中受到很大限制；聚合硫酸铁( 尸耶)