厌氧_缺氧_两级好氧生物滤池处理焦化废水研究.pdf

厌氧 缺氧 两级好氧生物滤池处理焦化废水研究 肖文胜 1 2 1 黄石理工学院 环境科学与工程学院 湖北 黄石435003 2 北京理工大学 化工与 环境学院 北京100081 摘 要 焦化废水成分复杂 难于处理 以实际焦化废水为对象 采用不同规格的球形轻质 陶粒作填料 在上向流厌氧 缺氧 两级好氧生物滤池中对其进行了处理 该工艺的厌氧段强化了 对难降解物质的去除及部分水解功能 缺氧段强化了反硝化脱氮功能 好氧第一级强化了对有机物 的去除功能 第二级强化了对氨氮的硝化去除功能 试验结果表明 在进水COD为1 161 5 mg L BOD5为271 9 mg L NH3 N为230 2 mg L 挥发酚为105 5 mg L 氰化物为3 2 mg L TOC为 281 6 mg L 总停留时间为24 h 回流比为 3 4 1 好氧曝气的气水比为 3 6 1的条件下 系统对COD BOD5 NH3 N 挥发酚 氰化物和TOC的平均去除率分别为91 8 95 0 98 5 99 8 93 8 和91 2 出水水质满足国家二级排放标准 关键词 厌氧 缺氧 两级好氧 生物滤池 焦化废水 中图分类号 X703 1 文献标识码 C 文章编号 1000 4602 2006 11 0093 04 Study on Coke PlantWastewater Treatment Using Anaerobic Anoxic Two2stage Aerobic Biological Filters XI AO Wen2sheng 1 2 1 School of Environm ental Science and Engineering Huangshi Institute of Technology Huangshi435003 China 2 School of Chem ical Engineering and Environm ent B eijing Institute of Technology B eijing100081 China Abstract Coke plantwastewaterwas treated by anaerobic anoxic two2stage aerobic biological fil2 terswhich were packed with expanded spherical ceramsite The functions of different stages were en2 hanced by regulating the technologicalparameters The results show that under the conditionsof the influ2 ent COD 1 161 5 mg L BOD5271 9 mg L NH3 N 230 2 mg L volatile phenol 105 5 mg L cya2 nide 3 2 mg L TOC 281 6 mg L HRT 24 h reflux ratio 3 4 1 and air2water ratio 3 6 1 their average removal rates are 91 8 95 0 98 5 99 8 93 8 and 91 2 respectively The quality of the effluentmeets class of the national discharge standard Key words anaerobic anoxic two2stage aerobic biological filter coke plantwastewater 1 试验部分 111 试验装置及工艺流程 反应器全部为上流式圆柱形结构 由有机玻璃 制成 直径为400 mm 高为6 000 mm 4个反应器 内均放置了不同级配 不同粒径的球形轻质陶粒填 料及卵石垫层 厌氧柱A1的垫层下方留有500 mm 高的空床 保留了部分UASB的功能 相当于复合式 厌氧滤池 主要目的是减少运行过程中的堵塞 缺氧 柱A2为反硝化脱氮生物滤池 好氧段为两级曝气 生物滤池 B I OFOR工艺 好氧柱C主要去除有机 物 N柱主要去除氨氮 试验流程如图1所示 39 第22卷 第11期 2006年6月 中 国 给 水 排 水 CH I NA WATER 混合液回流比为 3 4 1 厌 氧 缺氧 好氧反应器均被控制在常温下运行 实际 运行水温为20 25 用磷酸控制进水pH 6 5 7 5 好氧段通过投加20 g L的NaHCO3溶液使其 pH值维持在6 5 7 5 好氧段的DO控制在2 4 mg L 缺氧段DO 1 mg L 113 反应器的启动 缺氧 好氧反应器挂膜 将气浮 隔油 蒸 氨后的焦化废水 COD为1 300 1 700 mg L NH3 N为180 350 mg L 用自来水稀释至COD为 500 700 mg L NH3 N为50 150 mg L后进入 好氧柱C和N 好氧柱C N用该厂活性污泥池排 出的污泥进行接种 接种后将反应器通满水 停止 进水并闷曝1 2 d后排掉上清液 然后再继续通 水 曝气 在一周内逐渐增大流量 10 d内达到正 常进水值 稳定约7 d后测量进 出水COD 若去除 率稳定在50 以上则认为好氧段的挂膜完成 缺 氧段挂膜也用该厂活性污泥池排出的污泥进行接 种 方法与好氧段的类似 接种后将该厂经气浮 隔 油 蒸氨后的焦化废水与好氧柱N的出水按1 3的 比例配水后进入缺氧柱A2 不曝气 使流量在15 d 内逐渐增大 20 d内达到正常值 稳定约15 d后测 量进 出水NO 3 N 若去除率稳定在30 以上则 认为缺氧段的挂膜完成 厌氧反应器挂膜 由于现场没有厌氧污泥 可以接种 故厌氧段挂膜采取自然挂膜法 在蒸氨 后的焦化废水 COD为1 300 1 700 mg L NH3 N 为150 284 mg L 中加入适量磷酸盐 控制pH值 后进入厌氧段 出水全部回流 循环15 20 d后更 换新鲜废水 再循环 直到对COD的去除率稳定在 20 以上时 即认为厌氧段挂膜完成 挂膜后厌氧 出水经重力流依次流入缺氧柱 好氧柱C和N 整个 挂膜时间需80 90 d 至此 反应器的启动全部完 成 进入试验取样阶段 114 取样与水质分析方法 所有反应器挂膜完成投入正常运行后开始取 样 由于现场分析条件的限制 取样后对所有水质 项目的分析需5 7 d 在两个月内共取得了8组数 据 水样分析方法如下 COD采用重铬酸钾法 BOD5采用接种培养法 氨氮采用纳氏试剂分光光 度法 亚硝酸盐氮采用重氮化偶合分光光度法 硝酸 盐氮采用镉柱还原法 温度及溶解氧用便携式溶解 氧测定仪测定 2 试验结果与讨论 211 厌氧柱A1对污染物的去除 试验中厌氧段的水力停留时间近12 h 目的是 尽可能将难降解 不溶性化合物转化为易降解 可溶 性化合物 这不但能为后续缺氧段提供有效碳源 而 且还能降低好氧段的有机负荷 因此 可通过监测 进 出水的COD BOD5 NH3 N浓度来考察厌氧段 的功能 结果见图2 3 图2 厌氧段对有机物的去除 Fig 2 Organic compounds removal in anaerobic unit 图3 厌氧段对氨氮的去除 Fig 3 NH3 N removal in anaerobic unit 49 第11期 中 国 给 水 排 水 第22卷 由图2 3可知 厌氧段进水COD BOD5 NH3 N 浓度的平均值分别为1 161 5 271 9 230 2 mg L 相 应的出水平均值分别为810 8 172 0 171 6 mg L 平均去除率分别为30 2 36 7 和25 5 研究表明 厌氧段虽然对COD的去除率不是很 高 但实际上焦化废水的组成已发生了较大的变化 难降解化合物中部分得到了完全去除 部分进行了 不完全水解 并产生了一些新的易降解化合物 补 充了已去除的COD量 试验显示对BOD5的去除 率仍稍高于COD 这说明厌氧过程对易降解化合物 的去除速率远远快于对难降解化合物的降解及水解 速率 厌氧过程和好氧过程一样 对易降解物质也是 优先去除的 厌氧处理后 对NH3 N的去除率并 不高 一方面是因为厌氧氨氧化过程进行得较慢 对 NH3 N的削减量少 另一方面部分有机氮转化为 氨氮 因此废水中的氨氮还有待于后续工艺的进一 步去除 212 缺氧柱A2对污染物的去除 试验中有意将厌氧段的HRT延长 缩短缺氧段 HRT 同时增加了两级好氧段 其主要目的是强化缺 氧段的反硝化功能 而对COD BOD5的去除并不是 缺氧段要重点考察的 对NO 3 N COD NO 2 N 和NH3 N的监测结果如图4 7所示 从图4可以看出 缺氧段对NO 3 N的去除较 果较好 在进水NO 3 N平均值为76 7 mg L时 其出 水 平均值为27 98 mg L 平 均去 除 率 达 63 5 对比图2和图5可知缺氧段对COD的去 除率小于好氧段和厌氧段 这说明当HRT较短时 缺氧段微生物主要是利用易降解有机物作反硝化碳 源 对难降解有机物的降解作用较小 大多停留在水 解产物阶段 从图6可以看出 在缺氧段大多数情 况下NO 2 N得到了削减 但有时会出现累积现 象 使反硝化不完全 由于后续增加了两级好氧 通 过两级好氧段的进一步处理 NO 2 N几乎完全被 去除 所以NO 2 N的累积不会对最终出水水质有 任何影响 图7显示 缺氧段NH3 N浓度的变化 没有明显规律 出水氨氮浓度有时比进水高 有时 比进水低 这说明 一方面缺氧段的兼性微生物对 NH3 N有一定程度的削减 另一方面还能将部分 有机氮转化为NH3 N 虽然这些转化和削减在缺 氧状态下都不会占居主导地位 但过高的氨氮浓度 可能是导致NO 2 N积累的主要原因 图4 缺氧段对NO 3 N的去除 Fig 4 NO 3 N removal in anoxic unit 图5 缺氧 好氧段对COD的去除 Fig 5 COD removal in anoxic aerobic unit 图6 缺氧 好氧段NO 2 N的变化 Fig 6 NO 2 N variation in anoxic aerobic unit 图7 缺氧 好氧段对NH3 N的去除 Fig 7 NH3 N removal in anoxic aerobic unit 213 好氧柱C N对污染物的去除 好氧段采取两级曝气生物滤池B I OFOR工艺 59 第11期肖文胜 厌氧 缺氧 两级好氧生物滤池处理焦化废水研究第22卷 其主要特点是集生物氧化与过滤于一体 好氧柱C 的进水由于来自缺氧段 COD浓度仍较高 因而使 异养好氧菌增殖较快 而氨氮的去除是由自养好氧 菌完成的 由于与异养好氧菌竞争溶解氧 且其世代 周期长 增殖速度慢 因此 好氧柱C对氨氮的去除 率并不高 其作用主要是强化对COD的去除 研究 表明 在好氧柱C中沿水流方向的1 m床层内 同 时存在着好氧和兼氧细菌 1 滤料上的生物膜和滤 料间的生物絮体实际上进行着吸附 水解和生物氧 化多种作用 从而弥补了缺氧柱停留时间短 对 COD降解不彻底的缺陷 这也是本工艺能降低缺氧 段停留时间的主要原因 因此在只强化缺氧柱的反 硝化功能的前提下 4 h的停留时间已足够进行反 硝化作用 实际上在好氧柱C和N的床层的不同 位置 陶粒上生物膜内层不同程度地存在着兼性菌 甚至厌氧菌 也不同程度地进行着硝化和反硝化反 应 只不过这种作用不是该柱的主要功能 宏观上反 应不明显而已 在好氧柱N中由于COD浓度已较 低 其中难降解有机物成分占大多数 对COD的去 除效果不佳 需氧量减少 硝化菌容易形成优势菌 种 因此好氧柱N主要强化了对NH3 N的去除 需要特别指出的是缺氧段积累的部分亚硝酸盐经过 两级好氧后几乎被全部去除 从而保证了出水水质 这与两级好氧生物滤池床层内生物群落的多样性是 分不开的 从图5 7可以看出 好氧柱C的进水 COD和NH3 N浓度平均值分别为352 5 mg L和 83 9 mg L 相应的出水平均值为128 4 mg L和 47 8 mg L 平均去除率分别为63 6 和43 好 氧柱N的出水COD和NH3 N浓度平均值分别为 94 3 mg L和3 26 mg L 平均去除率分别为26 6 和93 2 可见 通过两级好氧对COD和NH3 N 进行强化处理 使它们得到了较大程度的去除 保证 了出水达标排放 214 整个系统对污染物的去除 受现场条件所限 只对第八个水样进行了原水 和最终出水的TOC 氰化物和酚类的分析 结合前 面的数据 整个系统对污染物的去除如表1所示 表1 整个系统对污染物的去除效果 Tab 1 Removal efficiency ofwhole system 项目CODBOD5NH3 N酚类 氰化物TOC 原水 mg L 1 1 161 5 271 9 230 2 105 53 2281 6 出水 mg L 1 94 313 53 30 1