【文章內(nèi)容簡介】 豐碩的成果。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上將寶鋼焦 化廢水處理裝置進(jìn)行了改造，將其改為 A/O 脫氮工藝，并獲得改造裝置的開工調(diào)試 [5]成功，該裝置達(dá)到了國際焦化行業(yè)的領(lǐng)先水平。在總結(jié)寶鋼焦化廢水生物脫氮經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)又建成了三個(gè)焦化廢水生物脫氮裝置，其中安鋼焦化廠已達(dá)標(biāo)驗(yàn)收，另兩個(gè)在調(diào)試中。 焦化廢水的處理方法 目前焦化廢水一般按常規(guī)方法先進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行生物脫酚二次處理。但是，焦化廢水經(jīng)上述處理后，外排廢水中氰化物、 COD 及氨氮等指標(biāo)仍然很難達(dá)標(biāo)。針對這種狀況，近年來國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作，找到了許多比較有效的焦化廢水治理技術(shù)。這些方法大致 分為生物法、化學(xué)法、物化法和循環(huán)利用等 4 類。 (1) 化學(xué)處理法 ① 催化濕式氧化技術(shù) 催化濕式氧化技術(shù)是在高溫、高壓條件下，在催化劑作用下，用空氣中的氧將溶于水或在水中懸浮的有機(jī)物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì) N2和 CO2排放。 ② 焚燒法 焚燒法治理廢水始于 20 世紀(jì) 50 年代。該法是將廢水呈霧狀噴入高溫燃燒爐中，使水霧完全汽化，讓廢水中的有機(jī)物在爐內(nèi)氧化，分解成為完全燃燒產(chǎn)物CO2和 H2O 及少許無機(jī)物灰分。焦化廢水中含有大量 NH3N 物質(zhì)， NH3在燃燒中 有 NO 生成， NO 的生成會不會造成二次污染是采用焚燒法處理焦化廢水的一個(gè)敏感問題。研究發(fā)現(xiàn) NH3在非催化氧化條件下主要生成物是 N2，不會產(chǎn)生高濃度 NO 造成二次污染。從而說明，焚燒處理工藝對于處理焦化廠高濃度廢水是一種切實(shí)可行的處理方法。然而，盡管焚燒法處理效率高，不造成二次污染。 ③ 臭氧氧化法 焦化工業(yè)廢水工藝設(shè)計(jì) 6 臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能與廢水中大多數(shù)有機(jī)物，微生物迅速反應(yīng)，可除去廢水中的酚、氰等污染物，并降低其 COD、 BOD 值，同時(shí)還可起到脫色、除臭、殺菌的作用。 ④ 等離子體處理技術(shù) 等離子體處理技術(shù)是利用高壓毫微秒脈沖放電 [6]所產(chǎn)生的高能電子 (5～20eV)、紫外線等多效應(yīng)綜合作用，降解廢水中的有機(jī)物質(zhì)。等離子體處理技術(shù)是一種高效、低能耗、使用范圍廣、處理量大的新型環(huán)保技術(shù)，目前還處于研究階段。有研究表明，經(jīng)等離子體處理的焦化廢水，有機(jī)物大分子被破壞成小分子，可生物降解性大大提高，再經(jīng)活性污泥法處理，出水的酚、氰、 COD 指標(biāo)均有大幅下降，具有發(fā)展前景。但處理裝置費(fèi)用較高，有待于進(jìn)一步研究開發(fā)廉價(jià)的處理裝置。 ⑤ 光催化氧化法 目前，這 種方法還僅停留在理論研究階段。這種水處理方法能有效地去除廢水中的污染物且能耗低，有著很大的發(fā)展?jié)摿?。但是有時(shí)也會產(chǎn)生一些有害的光化學(xué)產(chǎn)物，造成二次污染。由于光催化降解是基于體系對光能的吸收，因此，要求體系具有很好的透光性。所以，該方法適用于低濃度、透光性好的體系，可用于焦化廢水的深度處理 [2]。 ⑥ 電化學(xué)處理技術(shù) 電化學(xué)處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物質(zhì)使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變。目前的研究表明，電化學(xué)氧化能力強(qiáng)、工藝簡單、 不產(chǎn)生二次污染，是一種前景比較廣闊的廢水處理技術(shù)。 ⑦ 化學(xué)混凝和絮凝 化學(xué)混凝和絮凝是用來處理廢水中自然沉淀法難以沉淀去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，以降低廢水的濁度和色度，但對可溶性有機(jī)物無效，常用于焦化廢水的深度處理。該法處理費(fèi)用低，既可以間歇使用也可以連續(xù)使用。 (2) 物理化學(xué)法 ① 吸附法 吸附法就是采用吸附劑除去污染物的方法。活性炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)焦化工業(yè)廢水工藝設(shè)計(jì) 7 定的化學(xué)性質(zhì)，是最常用的一種吸附劑?；钚蕴课椒ㄟm用于廢水的深度處理。但是，由于活性炭再 生系統(tǒng)操作難度大，裝置運(yùn)行費(fèi)用高，在焦化廢水處理中未得到推廣使用。 ② 利用煙道氣處理焦化廢水 由冶金工業(yè)部建筑研究總院和北京國維達(dá)環(huán)保公司合作研制開發(fā)的 “煙道氣處理焦化剩余剩余氨水或全部焦化廢水的方法已獲得國家專利。該技術(shù)將焦化剩余氨水去除焦油和 SS 后，輸入煙道廢氣中進(jìn)行充分的物理化學(xué)反應(yīng)，煙道氣的熱量使剩余氨水中的水分全部汽化，氨氣與煙道氣中的 SO2反應(yīng)生成硫胺。 (3) 廢水循環(huán)利用 將高濃度的焦化廢水脫酚，凈化除去固體沉淀和輕質(zhì)焦油后，送往焦?fàn)t熄焦，實(shí)現(xiàn)酚水閉路循環(huán)。從而 減少了排污，降低了運(yùn)行等費(fèi)用，但是此時(shí)的污染物轉(zhuǎn)移問題也值得考慮。 (4) 生物法 ① 普通活性污泥法 活性污泥法即將焦化廢水與活性污泥混合一起進(jìn)入曝氣池，成為懸浮混合液，沿曝氣池注入空氣曝氣，使污水與活性污泥充分接觸，并供給混合液足夠的溶解氧。這時(shí)污水中的有機(jī)物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液進(jìn)入二次沉淀池，活性污泥與水澄清分離，部分活性污泥再回流到曝氣池中，繼續(xù)進(jìn)行凈化過程，澄清水則溢流排放。由于在整個(gè)過程中活性污泥在不斷增長，部分剩余污泥從系統(tǒng)中排出，以維持系統(tǒng)的穩(wěn) 定。 ② 序批式活性污泥法 (SBR) SBR 工藝是集生物降解和脫氮除磷集于一體的新技術(shù)，它結(jié)構(gòu)形式簡單，運(yùn)行方式靈活多變，是一種間歇運(yùn)行的廢水處理工藝， SBR 反應(yīng)池生化反應(yīng)能力強(qiáng)，處理效果好，用它來處理焦化廢水 NH3N 的去除率為 60%。缺點(diǎn)是傳統(tǒng) SBR 法對焦化廢水降解效率不夠高。目前， SBR 技術(shù)從生活污水到工業(yè)廢水等各領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 ③ 膜生物反應(yīng)器 (MBR) MBR 是將膜技術(shù)應(yīng)用于廢水處理系統(tǒng)，提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥 濃度的增大和污泥中特效菌 (特別是優(yōu)勢菌群 )的出現(xiàn)，提高了生焦化工業(yè)廢水工藝設(shè)計(jì) 8 化反應(yīng)速率。同時(shí)通過降低 F/M 減少剩余污泥產(chǎn)生量，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的剩余污泥，易出現(xiàn)污泥膨脹，出水固體，出水水質(zhì)不理想等突出的問題。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比， MBR 具有以下主要特點(diǎn)：固液分離率高、出水水質(zhì)好、處理效率高、占地空間小、運(yùn)行管理簡單、應(yīng)用范圍廣?，F(xiàn)在膜生物反應(yīng)器的處理對象也由原來的城市生活污水，逐漸擴(kuò)大到各種工業(yè)廢水，發(fā)展前景廣闊。 ④ 生物鐵法 生物鐵法是在曝氣池中 投加鐵鹽，以提高曝氣池活性污泥濃度為主，充分發(fā)揮生物氧化和生物絮凝作用的強(qiáng)化生物處理方法。由于鐵離子不僅是微生物生長必需的微量元素，而且對生物的黏液分泌也有刺激作用。鐵鹽在水中生成氫氧化物與活性污泥形成絮凝物共同作用，使吸附和絮凝作用更有效地進(jìn)行，從而有利于有機(jī)物富集在菌膠團(tuán)的周圍，加速生物降解作用。該法大大提高了污泥濃度，由傳統(tǒng)活性污泥法 24g/L提高到 910g/L，降解酚、氰化物的能力也大大加強(qiáng)。當(dāng)氰化物的濃度高達(dá) 40mg/L 條件下，仍可取得良好的處理效果。對 COD 的降解效果也較傳統(tǒng)方法好。 ⑤ 炭 生物法 目前，國內(nèi)一些焦化廠生化處理裝置由于超負(fù)荷運(yùn)行或其他原因，處理后的水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，炭 生物法是在傳統(tǒng)的生物法的基礎(chǔ)上再加一段活性炭生物吸附、過濾處理。該工藝簡便、操作方便、設(shè)備少、投資低。由于活性炭不必頻繁再生，故可減少處理費(fèi)用對于已有生物處理裝置處理后水質(zhì)不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的處理廠，采用炭 生物法進(jìn)一步處理以提高廢水凈化程度也是一項(xiàng)有效的方法。 ⑥ AO 工藝 A/O 活性污泥法 [1]是一種改進(jìn)的活性污泥法工藝流程如圖 12。 硝化液回流 進(jìn)水 出水 污泥回流 圖 12 A/O 活性污泥工藝流程 A/O 工藝是一種有回流的前置式反硝化生物脫氮工藝 [10]，在缺氧池中進(jìn)行反缺氧池 好氧池 沉淀池 焦化工業(yè)廢水工藝設(shè)計(jì) 9 硝化，在好氧池中進(jìn)行含碳有機(jī)物的去除、含氮有機(jī)物的氨化和氨氮的硝化。在好氧池中，發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氮被氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。 A/O 工藝具有很多優(yōu)點(diǎn)：原污水的大量有機(jī)物為反硝化提供了充分的外加碳源，節(jié)省了外加碳源的費(fèi)用；好氧池在缺氧池之后，經(jīng)缺氧池去除一部分有機(jī)物后，好氧池負(fù)荷降低，可以對殘留的有機(jī)物進(jìn)一步有效去除及完成氨氮的充分硝化；缺氧池前置可以起到生物選擇器的作用，有利于控制污泥膨脹。 A/O 法雖然較普通的活性污泥法有很大的改進(jìn)，但是依然不能有效地處理焦化廢水，原因是焦化廢水中的 難降解有機(jī)物很難在 A/O 系統(tǒng)中得到降解，而焦化廢水中的有毒物質(zhì)對硝化菌的抑制作用也不能得到消除或減輕。 2 焦化廢水工藝設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料 污水水量和水質(zhì) ① 處理水量： 10000m3/d ② 處理水水質(zhì)見表 ： 表 處理水質(zhì) 污染物 COD BOD5 酚 氰化物 SS 氨氮 PH 含量 mg/l 6000 3000 750 23 150 360 69 污水 出水要求 ③ 處理要求：處理后廢水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB89781996 規(guī)定的一級標(biāo)準(zhǔn)。即 COD 小于 100mg/L；酚類小于 ；氰小于 23 mg/L； SS 小于 70 mg/L；油小于 10 mg/L；氨氮小于 15 mg/L； PH6～ 9。 工藝設(shè)計(jì)原則 確定處理工藝的依據(jù)有以下幾點(diǎn)： (1) 污水處理程度。 (2) 處理規(guī)模和污水水質(zhì)質(zhì)量變化規(guī)律。 (3) 新工藝及類似污水工程資料。 (4) 污泥處理的工藝。 污水處理的程度：確定污水處理程度主要需要考慮收納水的功能，水環(huán)境質(zhì)量要 求，污染狀況和自靜能力，處理后的污水是否回用等因素。 處理規(guī)模和污水水質(zhì)和水量變化規(guī)律：污水處理規(guī)模也是影響工藝選擇的重焦化工業(yè)廢水工藝設(shè)計(jì) 10 要因素。某些處理工藝，如完全混合曝氣池，塔式生物濾池和豎流式沉淀池只適用水量不大的小型污水處理廠，因此處理方案也要處理規(guī)模調(diào)整。 新工藝及類似污水工程資料：采用先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)做到技術(shù)上先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)上高效節(jié)能。對于采用新工藝，新技術(shù)的設(shè)計(jì)，應(yīng)對其設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作精心選擇。 污泥處理工藝：污泥處理工藝作為污水處理系統(tǒng)方案的一部分，決定于污泥的性質(zhì)與污泥的出路（農(nóng)用，填埋，排海等）。污水 處理構(gòu)筑物排出的剩余污泥性質(zhì)的不同，對選用污泥處理工藝有較大的影響。 工藝 確定 焦化廢水中氨氮、有機(jī)物、油類、懸浮物等難降解物質(zhì)含量較高。為了更好的去除氨氮、難降解有機(jī)物，而且經(jīng)上述比較知物理處理效果較差、化學(xué)處理費(fèi)用較高、循環(huán)廢水處理會有后續(xù)污染問題，本次采用生物處理工藝 [7]。 生物處理工藝適合于中小型污水處理廠的脫氮除磷工藝比較多，常用的生物處理焦化工藝有： AO 工藝、氧化溝工藝、 SBR 工藝、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤法、生物流化床等，但是基于考慮可行性、經(jīng)濟(jì)性等原則，采用 A2/O 法。 A2/O 是厭氧－缺 氧－好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱，其工藝的特點(diǎn)： (1)厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類的微生物菌群的有機(jī)配合，能同時(shí)具有去除有機(jī)物、脫氮功能； (2)在脫氮去除有機(jī)物的工藝中，該工藝流程較為簡單，總的水力停留時(shí)間也少于同類其它工藝。 (3)在厭氧 缺氧 好氧交替運(yùn)行下，絲狀菌不會大量繁殖， SVI 一般小于 100，不會發(fā)生污泥膨脹。 (4)厭氧 缺氧池只需要輕微攪拌，使之混合，而不以增加溶解氧為限。 A2/O 工藝將反硝化段設(shè)置在系統(tǒng)的前面，因此又稱為前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)。反硝化反應(yīng)以污水中的有機(jī)物為碳源 ，曝氣混合液中含有大量硝酸鹽，通過內(nèi)循環(huán)回流到缺氧池中，在缺氧池中進(jìn)行反硝化脫氮。 A2/O 法就是在 A/O 法前面增加了一個(gè)厭氧池，增加了有機(jī)污染物的可生化性， 在脫氮方面的效率要明顯高于 A/O 法、 SBR 法以及氧化溝等方法。 及作用 A2/O 工藝原理 A2/O 工藝是在 A/O 法流程前加一個(gè)厭氧段，廢水中難以降解的芳香有機(jī)物焦化工業(yè)廢水工藝設(shè)計(jì) 11 在厭氧段開環(huán)變?yōu)殒湢罨衔?，鏈長化合物開鏈為短鏈化合物。由于焦化廢水中含有大量的喹啉、吡啶和異喹啉等難降解的化合物，增加厭氧段能提高廢水的處理效果。 A2/O法處理交焦化廢 水，首先在好養(yǎng)條件下，通過好氧硝化菌的作用，將廢水中的氨氮氧化成亞硝酸鹽或硝酸鹽；然后在缺氧的條件下，利用反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱膹U水中逸出。因而，廢水生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。硝化包括兩個(gè)基本的反應(yīng)：由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)；由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。反硝化是在缺氧的條件下，由于兼性脫氮的作用，將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^程。其中，張敏等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) A2/O 生物中每段的生物固體濃度都遠(yuǎn)于懸浮系統(tǒng)，氨氮和 COD 的去處率分別高達(dá) %和 %。 [8] A2/O 池的作用 (1)水解反應(yīng)器：水解酸化提高了焦化廢水的可生化性。復(fù)雜物料的厭氧降解過程可分為水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個(gè)階段。在兩段厭氧處理中，水解和酸化往往作為一個(gè)獨(dú)立的階段。水解和酸化對于焦化廢水的出理十分必要，難降解的多環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物經(jīng)水解與產(chǎn)酸能轉(zhuǎn)化為簡單低分子有機(jī)物，為后續(xù)的處理提供易于氧化的有機(jī)底物，即提高廢水的可生化性。厭氧微生物