生化處理技術治理焦化廢水的實踐
摘要：采用HSB+A/O 生化處理技術改造南昌鋼鐵有限責任公司焦化污水處理系統,該系統投資少,運行成本低, 外排廢水達到GB13456-92 要求。
關鍵詞：高效微生物,A-O 工藝,焦化廢水,污水治理
1 概述
焦化廢水是焦化企業在對煤氣凈化處理及化工產品回收過程中產生的工業廢水, 如剩余氨水、終冷水、粗苯分離水等, 這些廢水含有大量的酚類化合物、多環芳香族化合物、含氮氧硫等雜環化合物及脂肪族化合物, 是一種成分復雜、污染物濃度高、具有較強生物毒性及可生化性差的工業廢水。 20 世紀70 年代, 我國的焦化廢水處理廣泛采用活性污泥法, 該法可使廢水中的酚、氰降解率達到 99%以上。80 年代以來國內開始對焦化廢水進行生物脫氮的試驗研究,并取得明顯進展, 具有代表性的是硝化反硝化技術的應用及其工藝的不斷改進, 包括A- O、A- A- O、A- O- O、短程A- O 法等( 統稱A- O 法) 。90 年代, A- O 生物脫氮技術開始在寶鋼等少數焦化企業應用, 該技術克服了常規活性污泥法處理能力不足、耐沖擊負荷差等許多弊病, 效果進一步提高, 但仍存在微生物生存環境要求較高、總停留時間較長、占地面積較大、投資費用高、運行管理復雜費用高的不足, 難以被大多數焦化企業接受。因此, 尋求既能實現焦化廢水全面達標, 又適合企業實際的高效率、低投入、低運行成本的焦化廢水處理的方法, 成為近年來國內水處理研究領域的熱點課題。許多焦化企業為了滿足環保和自身發展要求, 也積極地與有關科研院所、大專院校、環保企業合作, 開發研究焦化廢水處理技術。
南昌鋼鐵有限責任公司焦化廠現有JN43- 80型焦爐63 孔, 年產焦炭45 t, 年產焦爐煤氣1.85 億m3, 原有的廢水處理系統采用活性污泥法。該法是80 年代焦化行業普遍采用的廢水處理方法, 工藝主要包括二級除油、單一好氧曝氣反應器等。活性污泥法對廢水中酚類的去除作用較好( 故該法又稱生物脫酚) , 但對有機污染物中大分子雜環和多環芳香族化合物以及氨氮去除效果差, 不能實現焦化廢水的全面穩定達標排放。隨著國家和地方環境保護政策的加強, 對該焦化廢水處理系統進行技術改造十分必要。2003 年初, 南鋼公司成立了公司級的焦化廢水治理科技攻關小組, 并將該課題列入了公司2003 年科技攻關項目計劃。在對國內外焦化廢水治理技術和高效微生物技術探討研究, 以及對國內焦化企業A- O 工藝的應用效果進行分析的基礎上, 最終確定采用HSB+A/O 生化處理技術對現有水處理設施進行改造, 工程于2004 年3 月開工, 2004 年10 月完工并投入運行,總投資658 萬元。
2 HSB+A/O 生化處理技術簡介
2.1 A/O 生物脫氮技術
A/O 工藝是生物脫氮最基本流程, 它是利用微生物厭氧、缺氧、好氧的不同生理過程的組合, 在降解有機污染物化學耗氧量(COD) 的同時, 順利脫氨 (NH3- N), 其實質是一個前置反硝化反應。目前, A/O 工藝具有較多的組合, 如A/O- O、A/A- O、A/O- A/O 等, 這些都是A/O 工藝的強化手段, 其核心都是“缺氧/好氧”生化過程, 其中“好氧”過程是一個硝化過程, 主要是通過亞硝化菌和硝化菌把廢水中的NH3- N 氧化成NO2 - 、NO3 - , 反應方程式如下:
NH4 ++3/2O2→NO2 -+2H++H2O ( 1)
NO2 -+1/2O2→NO3 - ( 2)
而“缺氧”過程是在反硝化細菌的作用下利用有機物作為碳源及電子供體將硝化過程中產生的亞硝酸和硝酸鹽還原成N2, 從而達到去除有機物和脫氮的目的, 反應方程式如下:
NO3 -+4H( 電子供體有機物) →1/2N2+H2O+2OH- ( 3)
NO2 -+3H( 電子供體有機物) →1/2N2+H2O+OH- ( 4)
2.2 HSB 技術
HSB(HIGH SOLUTION BACTERIA)是高分解力菌群的英文縮寫, 它根據不同的污水水質, 對微生物篩選及馴化, 針對性地選擇多種微生物組成菌群并將其種植在污水處理槽中, 通過微生物周而復始的新陳代謝過程, 分解不同污染物, 形成一相互依賴的生物鏈和分解鏈, 突破了常規細菌只能將某些污染物分解到某一中間階段就不能進行下去的限制, 其最終產物為CO2、H2O、N2 等, 達到污水處理無害化的目的。高分解力的菌種使某些生化吸氧量 BOD/COD 較低的難生化廢水的生物處理成為可能。同時, HSB 菌種本身無毒性、無致病性、無二次污染。
該技術應用于焦化廢水脫氮的主要優勢在于可通過細菌種屬、種群、數量及生物鏈作用來強化系統的生化功能, 形成高效菌群在優化的工藝條件下的純生物處理降解技術; 應用微生物生化性能及動力學的固有差異, 實現硝化菌、亞硝化菌、反硝化菌的動態平衡和選擇, 即由龐大的、多元組合的脫氮菌種構成的微生物群體,實現高效脫氮生化過程。
2.3 懸浮生物濾床技術
這里所指的懸浮生物濾床是以粉末活性炭作為懸浮填料供微生物黏附生長形成的生物懸浮濾床, 由于活性炭比重略大于水, 具有巨大的比表面積, 吸附能力強, 同時, 它作為載體使微生物有較好的沉降性能, 能避免菌種的流失。該濾床與其它形式的填料不同的是比表面積大, 污水和微生物能接觸充分, 有利于充分提高生化效果, 同時, 它不僅可用于厭氧生物過濾, 也可用于好氧生物過濾, 是一項應用前景廣泛的實用技術。
3 改造方案
3.1 設計原則
( 1) 在原水處理系統的基礎上進行技術改造, 充分、有效地利用原有水處理設施。
( 2) 設計高起點, 盡量選用國產、先進、高效、節能、運行維護簡便的污水處理設備。
( 3) 處理后水質符合GB13456- 92 要求。
3.2 設計參數
按照焦炭產量75 萬t 的規模設計, 污水治理能力為65m3/h。在對進入廢水處理系統的焦化廢水進行預處理的前提下, 設計的進水指標如表1。處理后出水指標符合GB13456- 92 中的二級標準,具體見表2。
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3.3 工藝流程
工藝流程如圖1。經預處理后的蒸氨廢水及脫氰廢水, 首先進入重力除油池進行一級除油, 然后進入調節池進行均質、均量, 均化后廢水泵入氣浮池進行二級除油, 除油后廢水自流入初曝池。初曝池中投加了高效微生物, 形成一個獨立的污泥系統, 該系統將大多數對生物脫氮有抑制作用的有毒有害物質脫除, 特別是對揮發酚、硫氰酸鹽及其它有機物的生物降解率最大在90%左右。初曝池出水自流至初沉池進行泥水分離, 污泥回流至初曝池, 污泥回流比為1∶1。初沉池出水自流至生化段, 生化段即脫碳、脫氮處理單元, 該單元主要由兼氧池、好氧池、二沉池組成。兼氧池、好氧池投加高效微生物制劑, 通過調整其生存環境,利用其在不同環境下特性不同的屬性, 完成硝化、反硝化的脫氮過程, 同時完成脫碳任務。二沉池污泥回流至初曝池, 污泥回流比為1∶1, 好氧池混合液回流至兼氧池, 回流比為 1∶1, 兼氧池、好氧池、二沉池之間的水實現自流。兼氧段采取潛水攪拌加鼓風曝氣, 好氧段采取鼓風曝氣, 保持各構筑物內混合液完全混合及懸浮狀態。除油池、初曝池、初沉池、兼氧池、好氧池及二沉池均為2 個系列, 每個系列可單獨運行。二沉池出水進入澄清池,進一步去除懸浮物后達標排放或回用。
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系統中的剩余污泥經濃縮池濃縮后進入貯渣池, 由污泥泵送入帶式壓濾機進行脫水, 脫水后的泥餅運至煤場摻煤回用。
4 運行效果
4.1 水處理效率
本技術改造工程于2003 年3 月開工, 7 月中旬土建工程基本完工, 7 月22 日隨著A/O 系統中高效微生物的加入以及曝氣供氧的開始, 生化處理系統進入菌種馴化和系統調試階段。經過微生物增殖、微生物的增殖馴化、原水逐漸進入、亞硝化反應啟動以及硝化反應的啟動等過程, 生化系統逐漸顯示了極強的短程硝化、反硝化特性。2004 年10 月18 日, 南鋼公司組織安環處環境監測站、焦化廠中心實驗室、藍星水處理公司同時對該水處理系統的出水進行了監測, 監測數據表明生化系統出水達到 GB13456- 92 中的二級標準, 監測數據如表3。
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經南鋼公司申請、江西省環境保護局委托,2004年12 月14～15 日江西省環境監測站對該水處理系統進行了監測驗收。監測數據表明, 該水處理系統的處理效率達到設計要求, 處理后出水達到 GB13456- 92 中的二級標準, 監測數據見表4、表5。
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4.2 運行成本
目前運行情況初步統計, 生化系統每噸水的處理成本為4.22 元( 含電費、水費、藥劑費、人員工資及折舊費) ,與國內A/O 工藝通常的每噸水8 元左右的處理成本相比,該技術節省了一半的運行成本。
4.3 污泥產生情況
到目前, 生化系統還沒有排過一次泥, 且出水懸浮物含量低, 脫色效果好, 說明高效微生物特有的純生物分解鏈底物分解徹底, 泥齡長, 產泥量達到了預期效果。
5 結語
通過對高效微生物、A/O 法生物脫氮技術的研究, 將HSB+A/O 生化處理技術應用于南昌鋼鐵有限責任公司焦化廢水處理系統改造, 實現了焦化廠外排廢水全面達到GB13456- 92 中的二級標準, 并在實際運行中體現了投資少、運行成本低、二次污染輕的特點。該技術的開發應用開創了高效率、低投入、低成本治理焦化廢水新的嘗試, 為國內焦化企業的廢水治理起到了良好的示范作用。
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