運用活性污泥法處理焦化廢水

時間：2007-05-22 來源： 作者：

一、引言:

焦化廢水是煤制焦碳、煤氣凈化、及焦化產品回收過程中產生的廢水。

煉焦廢水中主要的組成成分包括有酚類化合物、硫氰化物、氰化物、氨氮與其他難以分解的有機物等物質。其污染物組成復雜、濃度高、毒性大。

主要來源有：

（1）剩余氨水，是煤干餾及煤氣冷卻過程中產生的廢水；

（2）煤氣凈化過程中產生的廢水，如煤氣終冷水和粗苯分離水等；

（3）焦油加工、古馬隆生產等過程產生的廢水；

（4）其它場合產生的廢水。其中剩余氨水占總廢水量的一半以上，也是氨氮的主要來源。

焦化廢水排放量大，屬以含酚為主的高濃度有機廢水，水質成分復雜，除了氨、氰、硫氰根等無機污染物外，還含有酚、油類、吡啶、喹啉、蒽等雜環及多環芳香族化合物(PAHs) 。焦化廢水成分（見下表）復雜、多變，且含有許多難以生物降解的芳香族有機物、雜環及多環化合物，是一種公認的難處理的工業廢水。

序號  物質類別  質量百分比(%)   所占TOC 濃度(mg/L)

1苯酚類及其衍生物  60.08 ;189.85

2喹啉類化合物13.47 ;42.57

3本類及其衍生物9.84 ; 31.09

4吡啶類化合物2.42 ;7.647

5萘類化合物1.45 ;4.582

6吲哚類1.14;3.602

7咔唑類0.95;3.002

8 呋喃類1.67;5.277

9咪唑類1.60;5.056

10吡咯類1.29;4.076

11聯苯、三聯苯類2.09; 6.604

12三環以上化合物1.80; 5.688

13 吩噻嗪類0.84;2.654

14噻吩類1.36;4.290

二、影響

總的來講，焦化廢水是一種成分復雜、氨氮和COD 濃度高、可生化性差的工業廢水。其中含有的大量氨氮對受納水體的影響主要有以下幾個方面：

（1）消耗受納水體中的氧。氧化1g NH3-N 需耗氧4.57g ，致使水中溶解氧急劇下降，出現虧氧，造成水質變壞，甚至惡臭；

（2）致使水體富營養化，促使藻類等水生植物過度繁殖，生長。過多水生植物枯爛，使水質變壞；

（3）使魚類中毒，其致死濃度為游離氨0.3～3.0mg/L；

（4）影響飲用水的消毒；

三、目前技術現狀

活性污泥法是在城市污水和含有有機物工業廢水的經濟有效的處理技術上發展起來的方法，這種處理法與1913 年在英國的曼徹斯特市,由Arden 和Rockett 所開創�；钚晕勰喾ㄊ且源嬖谟谖鬯�中的各種有機污染物為培養基，在溶解氧存在的條件下，對混合微生物群進行連續培養，并通過凝聚、吸附、氧化分解和沉淀作用，以去除有機污染物的一種污水處理方法。

國內現有的焦化廠廢水處理大多采用常規的活性污泥法，污水中氨氮去除效果不好，CODCr、BOD5 的去除效果也較差。采用傳統活性污泥法處理后的焦化廢水，特別是CODCr、NH3—N 兩項指標，很難達標。為了提高CODCr 及NH3-N 的去除率，近年來人們從工藝流程、反應器及微生物強化技術等幾方面著手，進行了大量的研究開發工作。

1、生物脫氮A/O、A2/O 及其它組合工藝<BR>20 世紀90 年代初期法國、德國和澳大利亞等國的焦化廠相繼使用A/O （硝化/反硝化）技術進行污水脫氮處理。在我國，厭氧/好氧(A/O) 處理焦化廢水的實驗室研究開始于20 世紀80 年代末。目前，人們對焦化廢水生物脫氮的研究與應用主要集中在厭氧-缺氧/好氧(A2/O)和序批式間歇反應器(SBR)工藝。眾多研究表明，反硝化－硝化工藝對于降低出水CODCr、NH3-N 濃度是一種行之有效的方法。目前，從工藝上講，專家們普遍認為(A/O)工藝是處理焦化廢水較好的一種工藝，也適合我國現有焦化處理設施的改造。

缺氧段（A）的作用是脫氮裝置的關鍵部位之一,目前采用加填料(載體) 的生物膜法,沒有充氧現象,其脫氮效率好、經濟可靠。好氧（O）的溶解氧控制在3~6mg/L 范圍內，先由反應器中碳化菌降解易降解的含碳化合物，再由亞硝酸鹽菌(Nitrosomonas) 和硝酸菌(Nitrobacters) 兩類菌的協同作用下將NH4+ 氧化為NO2-和NO3-, 完成硝化反應。

2、微生物菌劑強化技術

生物強化技術，就是為了提高廢水處理系統的處理能力，而向該系統中投加從自然界中篩選的用于處理焦化廢水的優勢菌種或通過基因組合技術產生的高效菌種（目前，基因工程菌在我國禁止使用），以去除某一種或某一類有害物質的方法。投入的生物菌劑與底質之間的作用主要包括直接作用和共生代謝作用。針對目前我國焦化廢水處理現狀，將生物強化技術與生化工藝技術相結合無疑是一條比較實用的思路。生物膜法、活性污泥法或加入生物菌劑，都是利用生物的分解能力來處理廢水中的污染物。但是他們都有幾個共同的缺點：生物種類不全，生物數量不足，分解污染物的能力欠佳。

現在，很多廢水處理工程都采用一種新的生物菌劑：High Solution Bacteria （高分解能力細菌），簡稱：H．S．B．，就是把微生物經過篩選及馴化，將多種微生物構成分解鏈（生物鏈）種植在污水處理槽內進行分解污染物。其特點如下：

1）H．S．B．菌群本身沒有毒性，無致病性，不會產生二次公害；

2）分解或降低廢水的COD、SS、BOD5 濃度及含量上造成的污染速<BR>度快而且效果好；

3）消除NH3 、H2 S、P 及有機酸的能力強，能夠出臭；

4）設備簡單，操作成本低廉，故障率低；

5）污泥產生量少，每去除1 公斤COD 產生的剩余污泥約1 公斤；

6）CODC 、BOD5的分解能力約為15~35kg/ m3 ?d，N 的去除率在85%以上，P 的去除率在90% 以上；

7） 污泥的沉降性能好，緊密度高，穩定性高；

8）由試運行到符合排放標準需要的時間短。

3、高效生物反應器技術

從廢水生物處理的發展歷程來看，工藝是研究的一個方面，開發高效反應器是另一重要方面。生物膜反應器用于焦化廢水處理近年來受到研究者們的普遍重視。生物流化床、固定床、GAC 膨脹床、生物轉盤、加半軟性填料的固定膜系統在處理焦化廢水時均取得較好效果,生物流化床用于焦化廢水處理在國外已得到推廣應用。

Paul Sutton 等人用生物流化床反應器(FBR)對加拿大Algome 鋼廠焦化廢水的應用處理進行了工程試驗研究，其中廢水流量為40m3/h ，含酚質量濃度高達1000mg/L，CODCr4000mg/L 加入一定量的稀釋水以控制水溫。2 周后，生物流化床反應器出水中酚的去除率達99％；5 周后，硫氰酸鹽的質量濃度降至5mg/L 以下，出水CODCr 小于100mg/L，氨氮小于15mg/L 。

4、固定化微生物技術在焦化廢水處理中的應用

固定化微生物技術，是國際上從20 世紀60 年代后期開始迅速發展的一項技術，它是通過化學或物理手段將游離的微生物固定在載體上使其高度密集，并使其保持活性反復利用的方法。可用多孔陶粒、活性炭、活性炭載體、組合填料等吸附自固定化混合硝化菌種來處理焦化廢水。

四、工藝流程及具體操作一般的焦化廢水處理工藝的流程圖如下：

稀釋水

首先，在進入事故池之前要進行焦油的清除。焦化廢水含有大量的焦油，例如某鋼鐵廠蒸氨廢水的含油量為100~500mg/L ，這對后續的生化處理能力有很大影響，比如管道的堵塞，生物菌劑的大量死亡等等，最后導致出水水質的不達標。一般要求進生化池的含油量不超過50mg/L ，為此可以針對蒸氨原水除油進行改造，使進生化系統的油量降至20~30mg/L 。剩余氨水進入蒸氨前增設一套除油設施及集油池、剩余氨水池、氨水泵、焦油泵，使蒸氨原水中的含油量由100-500mg/L 降到20-40mg/L 。即剩余氨水進入隔油池除去極易除去的油后，進入除油器進行氣浮除油，除油后的剩余氨水自流到剩余氨水槽，由氨水泵送至現有剩余氨水蒸氨裝置蒸氨，脫出的焦油自流進入集油槽，再用泵送到冷凝鼓風工段的機械化澄清池分離、回用。

其中好氧（缺氧）過程中的主要反應如下（以H．S．B．為例）：

反應代表式：CxHyOZ+(x+y/4-z/2)O2

 xCO2 + y/H2O 細胞合成：

nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2     (C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+2n(y-4)H2O

細胞分解：(C5H7NO2)n+5n O2       5nCO2+2n H2O

硝化反應：NH3+ H2O    NH4++OH —

2 NH4++3 O2     2NO2 —+2 H2O+4H+

2NO2 —+ O2    2NO3 —

缺氧脫氮反應方程：6 NO3 —+5CH3OH      3N2+5CO2+7 H2O+6 OH —

NO3 —+1.08 CH3OH+0.24H2CO

 0.056C5H7NO2+0.47N2+1.68 H2O+HCO3 — NO2 —+0.67 CH3OH+o.53 H2CO

0.04 C5H7NO2+0.48 N2+1.23

H2O+ HCO3 — 8 NO2 —+5CH3COOH

 4N2+10 CO2+8 OH —+6 H2O     8 NO2 —+3CH3COOH

4N2+6 CO2+8 OH —+2 H2O

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