重油制气污水处理系统.doc

重油制气污水处理系统（A/O）技术改造 广州油制气厂采用重油催化裂解生产管道煤气，生产废水经气相色谱和质谱联用（GC-MS）分析含有97种化学组分，其中芳烃类化合物的含量占废水中有机物的一半以上。被列人58种中国环境优先控制污染物和美国环保局（EPA）优先控制物名单的有机物多达21种之多l。厂基建阶段投人2700多万元兴建了一套污水处理系统，原设计对生产污水的污染物浓度预测偏低，预测COD值为200400mg/l，NH3N值为6070mg/l，而实际值远高于预测值，给污水处理增加了难度。2 原有设施工艺简介缺氧一好氧处理工艺，简称A/O工艺，是目前国内应用最为广泛的一种废水处理工艺。该工艺在一级兼性厌氧处理后接好氧表曝处理。这种工艺的优点是可以用于高浓度工业废水处理。其处理的水量大，操作较简单。广州油制气厂废水处理系统就是在隔油、浮选后采用A/O生化处理工艺（图1）。缺氧池采用由下而上的进水方式；另外与一般推流式A/O工艺不同的是，采用了七十年代开发的合建式曝气池，这种曝气池集曝气、沉淀于一体，采用表曝机加强曝气。台建式曝气池已被证明曝气效率低下，八十年代后期逐渐已被淘汰。另外，由于设计污水处理量偏大，系统不能连续运行；经验不足，运行参数不完善，对系统运行的各影响因素把握不十分清楚；曝气池曝气能力不足，导致系统中生化处理过程所需降解菌含量较低。3 前期改造由于污水处理系统存在的设计、基建等方面的先天不足，以致投入运行后给污水处理工作带来很大困难。自1992年开始，逐步对污水处理系统进行工艺、设备和基建等进行完善和改造。3.1 除油工序的改造前处理工序中，将原有三格沉降池的焦油循环水池改为经过五格沉降池，沉降时间延长一倍以上，大大提高了焦油的沉降效果，使溢流往污水处理系统的焦油水含油量降低一半以上，减轻了污水系统隔油工序的处理负荷；在油水分离器的底部开口接排油管并加蒸汽伴热装置，定期把下层油物排人新建的污油池处理，提高了油水分离器的除油效果。经隔油工序处理的污水石油类浓度显著降低，由改造前的800mg/l降到350mg/L左右，各种污染物的去除率明显提高。3.2 浮选工序的完善原设计没考虑浮选产生的油泡沫水的处理办法，投运后只能外运处理，费用较高。1995年建成一套压滤装置对油泡沫水进行回收处理；把浮选工序由原两池并联，一开一备改为既可串联又可并联运行，增加一套加药、溶气装置，提高了浮选效果；增加了一条回流管，可把不符合生化进水要求的浮选出水和厌氧吸水井的污水回流到浮选池进行处理；加强了对浮选池和溶气释放器的定期清理工作，使浮选工序的作用得到最大限度的发挥，见表2：3.3 初步完善污水生化工序生活污水原从厌氧池进入污水处理系统的途径改为可从浮选工序进入，当生活污水含油高时可先经浮选除油处理后再进入厌氧池，避免可能对生化造成的负面的影响；在表曝机上安装变频调速装置，确保曝气池的稳定运行。通过多年的努力，污水处理工作发生了显著的变化，外排口水质达标率逐年提高，见表3。4 污水处理系统的深度改造经过多年的改造，现有污水处理系统的潜力已基本得到发挥，但是NH3-N和COD却一直无法达标。因此在一控双达标中被列为省管项目。广州油制气厂通过广泛调研和深人论证，认识到只有对系统进行深度改造，采用切实可行的技术才有可能最后使NH厂N和COD达标，并与广东省微生物研究所会作，进行了以下的工作。4.1 实验装置本着节省环保投资的原则，按照现场生化处理系统的尺寸，按比例缩小构建了缺氧一好氧实验装置，以期待实验结果应用于原系统改造。待处理的废水在调节池混合后用泵打入缺氧生物滤池，然后经过好氧活性污泥曝气、澄清过滤后外排。工艺流程如图2所示。4.2 实验实验分为三个阶段进行，第一阶段主要是选育降解微生物和脱氮微生物，向实验反应器中投加和驯化；第二阶段调整运行参数争取出水达标；第三阶段进行各种条件下的数据积累。4.2.1 降解菌的选育和驯化由于废水可生化性较差，C/N比失调和在去除高浓度氨氮的压力下，如果曝气池系统活性污泥得不到足够的营养，异氧型微生物会逐渐消耗自身，导致污泥矿化，污泥浓度下降。在此特殊情况下为保证微生物含量，不能用常规的微生物发酵的方法进行，实验室选育的高效降解菌在混合培养和投加到处理系统中时，只能循序渐进，反复驯化。如果用常规的丰富培养基大量培养降解菌，投加到废水中降解菌的降解活性会下降，甚至完全不能生长。4.2.2 影响处理系统效果的因素生物处理法的关键是微生物。废水处理系统的酸碱度、有毒物质浓度以及处理的温度对微生物均会产生强烈的影响，导致处理效果发生很大的改变。在文献或某些废水处理工艺中，PH值要求为6刃，而实验中发现PH在8.5则的废水对废水处理系统会产生较强的负面影响；在水质恶劣的情况下，分隔的缺氧池可以并联、串联或交替灵活运行，充分发挥生物膜结构对废水中有毒物质的吸附、降解和减毒的缓冲作用；在受到高浓度有毒物质冲击中毒后，缺氧池表层的填料可以更换，以减轻毒害物质对处理系统的毒害作用；同样温度对去除氨氮的影响也十分重要。处理气温下降到215时，硝化细菌活性大幅度下降（表4）。4.3 污水处理系统改造根据实验情况，瑞系统实际，对系统进行深度必造。4.3.1 应用生物强化技术常规废水处理系统中高效降解菌和硝化菌存在的数量不多，为了用于改造系统，利用饥饿育种、选择性压力等方法选育能有效分解废水中难降解有机物的微生物共7属117株，其中包含了较少见报道的杂环化合物降解菌；还富集、筛选了脱氮的硝化细菌株。由于难降解、有毒的工业废水处理系统中的微生物的数量和增殖速度都远远低于一般无毒、高浓度有机废水处理系统的微生物，经过投加和驯化高效降解菌和硝化细菌，系统中缺氧池填料和活性污泥中培养的微生物的数量达到了较高的数量级，微生物的数量在低温季节仅比夏季低一个数量级。系统的处理效果有了较大的提高。4.3.2 进一步改进缺氧一好氧处理工艺目前国内缺氧一好氧工艺中缺氧池大多数采用由下部进水的方式，这种水解一酸化处理工艺对高浓度有机废水具有较为独特的优点。但当处理含有还原型化会物较多的石油化工废水生物处理的反应则应以好氧型反应为主。在下部进水的缺氧池中，填料由于浸泡在水中，生物缺氧程度较高；系统改造使用上部的进水方式，缺氧池的填料表面形成三维的生物膜，生物膜表面的微生物代谢类型在废水流经时主要是好氧型，能更有效处理废水。4.3.3 更换缺氧池填料微生物具有较强的吸附性能，采用多孔的填料充填缺氧池，投加降解菌和硝化细菌，通过对附着生长型微生物的挂膜驯化，可在多孔填料表面形成含有较多数量微生物的生物膜，即使在冬季低温和高浓度COD、NH3N下，缺氧池仍可保持11O6l.71O7个细菌/克填料，有效的增强了缺氧池的抗冲击能力和减毒作用。在进水正常时，缺氧池的作用表面上看起来不明显，在进水不正常时，缺氧池的减毒作用就能极大地减轻毒害物质对好氧活性污泥的强烈影响。5 改造达到的技术指标及存在问题国内调研表明，由于资金、设计缺陷和管理等原因，有些油制气厂处理设施瘫痪，无法运行，污水甚至未经任何处理直接外排。在调研时，某煤气厂污水处理系统正常运行，但由于污水发生量较大，系统不堪重负，处理效果不佳，COD和NH3N严重超标。只有上海某厂和北京某厂处理效果稍好（表8），但都不能完全达到国家一级排放标准，即CODl50mg/L，NH3N20mg/L。通过对系统的改造调试和对微生物的驯化，油制气生产废水在480640mg/L、NH、-N在58-182mg/L时，可以达到广州市的地方排放标准，COD110mg/L，NH3Nl0mg/L（图3）。利用普通缺氧一好氧处理工艺（A/O）在不投加外源碳源的情况下达标的结果在国内尚未见报道。广州油制气厂有着特殊的生产特点，在冬季气温较低时，供气量较大，这时微生物的活性较低，污水发生量大，NH3-N和COD含量又较高，污水处理相当困难，对这种情况仍需不断的探索。6 结论将生物强化技术应用于含有高浓度氨氮和难降解有机物的工业废水处理可以取得良好的效果。通过选育能有效降解废水中难降解有机物的降解菌和生物脱氮微生物；改进缺氧生物滤池的填料；将生物膜处理方法和活性污泥处理方法有机的结合起来，使处理系统的减毒作用和处理效果可以明显增加。结果表明，这种微生物处理法不依赖特殊的处理构筑物，运行相对简单、经济。对高浓度氨氮不需要投加碳源，具有良好的应用前景。周边进水沉淀池配水槽的设计计算 周边进水沉淀池是一种新池型，它具有耐冲击能力强、水力负荷高、沉降历时短、沉淀区容积利用率高等优点，但其运行效果受配水槽配水均匀性的制约，若配水槽配水不均匀，则其优越性就难以体现，因而配水槽是周边进水沉淀池的关键部位。目前常用的配水槽设计方法有等孔距法和变孔距法两种。1 设计方法 变孔距法变孔距法是将配水槽分为变宽段和等宽段，配水槽宽度在变宽段沿程逐渐减少直至等宽段，这样环槽水流在槽内流速基本保持不变，从而最大限度地降低环槽流速。槽内水深在变宽段沿程减少，到达等宽段后由于壅水现象水深又沿程微增。为了防止污泥在槽内因流速过小而沉积，应按最小时流量和最小允许流速确定配水槽起始宽度，使得任何流量下流速v都能大于最小流速。按平均时流量计算槽内各点水深并绘出相应的水面曲线图，以水面曲线 落差(dH)约1cm将水面曲线分为若干段，计算出每一段内的平均配水头和单孔泄流量，最后计算出每一段的平均孔距和孔数。 等孔距法等孔距法与变孔距法以提高配水均匀稳定性为目标、最大限度降低环槽流速的设计思路不同，它强调保持槽内水深沿程不变(即H=H0)，水面沿程为水平线，槽内外水位差沿程不变，由此可知配水槽内各点配水头也沿程不变。由孔口出流量q=A(2gZ)1/2可得各孔出流量都相等，孔口数m=Q0/q，配水孔平均间距C=Lm(常数)。 两种方法比较采用等孔距法设计的配水槽布水孔沿池周均匀分布并与池中心对称，几何特性好，但二沉池配水槽内的水流运动属于缓流，其Fr=V/(gL)1/21，由此可见水流动能沿程减少，势能必然增加，但其增加的速率比机械能损失量快，于是出现了流量沿程减少而 水流沿程壅高，这和配水均匀性相矛盾。因此必须沿程增加槽宽或变化槽底坡度以减少壅水高度H。考虑到施工方便，一般采用改变槽宽来保持水深沿程不变。但由于壅水曲线 不是直线变化，而是沿程变化复杂，因此不易保证施工精度。另外槽内流速沿程减少，不利于在保证速度vmin0.3m/s的前提下降低速度v，当取末端流速为0.3m/s时，前端流速0.3m/s，而且越靠近起点流速越大，因而受施工精度、流量变化影响较大，配水均匀稳定性较差。变孔距法虽没有等孔距法几何对称的优点，但它能够最大限度地降低流速使得计算结果与实际相符合。配水槽变宽段的槽宽沿直线变化，施工容易，而且配水均匀基本不受日常流量变化的影响，因此变孔距法较等孔距法配水的稳定性和可靠性都会增强。2 配水槽变孔距法的设计计算 配水槽宽度B计算为了防止混合液在配水槽内发生淤积，环槽流速不应低于0.3m/s1。为方便施工，配水槽底宜采用平底，布水孔的孔径要一样大，槽宽不宜小于0.3m。因此令变宽段vm0=0.3m/s，等宽段B=0.3m，按最小流量Qm确定配水槽宽度得：变宽段长度Lc=(1-0.3B0)L0，等宽段长度LE=0.3B0L0。 布水孔间距按平均时流量Qh确定布水孔间距，把式(1)代入能量微分方程，且因流速v较小，将gH-v2gH，则能量微分方程可化为：对应于Qh的起点水深Hh0为：Hh0Hm0+1-(Hh0QmHm0Qh)2Zh0(3)选择合适的配水水头Zh，解式(3)方程确定相应的Hh0，代入式(2)求出H并作出水面曲线H，则距起点Li处的配水水头Z=Zh0+Hi-Hh0。该点设布水孔时，对应的单孔泄流量q由孔口的孔径d和孔上配水水头所决定，即qi=AKF(2gZiKF)，孔距C=L/(Qh/qi)。其中为流量系数，A为布水孔口断面面积。3 应用实例3.1 基本计算条件某城市污水采用活性污泥法处理，二沉池采用周边进水辐流式沉淀池，根据表面负荷率要求已定沉淀池直径D=36m，由配水井进入配水槽的流量Qh=1875m3/h，为了施工方便，配水槽底坡i=0。 周边进水沉淀池一般用作大、中型污水处理厂二沉池，流量变化不大，Qm/Qh0.5，现取Qm=0.6Qh=1125m3/h。 布水孔孔径d的确定在给水中采用孔口配水时孔径一般为100mm，但周边进水沉淀池多用于污水处理厂二沉池，二沉池进水悬浮物很多，其混合液浓度都在2000mg/L4000mg/L之间，且絮凝性能较好。为了避免堵塞孔口，配水孔的孔径采用d=100200mm为宜。本例采用d=100 mm。 配水槽为矩形过水断面，设槽内允许流速vm=0.3m/s：B0=Hm0=（Qm0.3）1/2=1.02m 等宽段槽宽B=0.3m，长度Lc，变宽段长度IE，则：LE=(1-0.3B0)L0=79.83mLc=L0-LE=33.27m当LL时，B=B0(1-LL0)=1.02(1-LL0)，当LELL0时B=0.3m。 计算对应于Qh的起点水深Hp0把式(3)化为n+1h0=Hm0+(1-Hn0Qm)/Hm0Qh)2Zh0，对该方程采用循环迭代法求解，直至Hn+1h0=Hhh0。现取初值H0h0=1.0m、Zh0=0.1m、控制因子=0.01，经计算得Hh0=Hn+1h0=1.0839m。 配水槽水面曲线将整个计算长度(沉淀池周长)分为若干段，对每一小段而言，可以把式(2)化为：Hi+1=Hi+H(i=1,，nn)式中 nn配水槽等分段数H相邻两段水位差L相邻两段长度 取长度步长L=0.01m，H0=Hh0，就可计算出配水槽水面高度H，计算结果如图1所示。 计算孔距Ci和孔数mi根据绘出的水面曲线图，按水面曲线落差为1cm将其分为三段，确定各段的长度Li和配水头Zi，qi、Ci和mi的计算如下：qi=A(2gZi)1/2，Ci=L/(Qh/qi),mi=liCi，其中取流量系数=0.062。3.2 计算结果及分析各段计算结果如表1所示。 表1 配水槽计算结果段名长度(m)起点水深(m)孔泄流量(10-3m3/s)孔距(m)孔数