生化处理技术治理焦化废水的实践
摘要：采用HSB+A/O 生化处理技术改造南昌钢铁有限责任公司焦化污水处理系统,该系统投资少,运行成本低, 外排废水达到GB13456-92 要求。
关键词：高效微生物,A-O 工艺,焦化废水,污水治理
1 概述
焦化废水是焦化企业在对煤气净化处理及化工产品回收过程中产生的工业废水, 如剩余氨水、终冷水、粗苯分离水等, 这些废水含有大量的酚类化合物、多环芳香族化合物、含氮氧硫等杂环化合物及脂肪族化合物, 是一种成分复杂、污染物浓度高、具有较强生物毒性及可生化性差的工业废水。 20 世纪70 年代, 我国的焦化废水处理广泛采用活性污泥法, 该法可使废水中的酚、氰降解率达到 99%以上。80 年代以来国内开始对焦化废水进行生物脱氮的试验研究,并取得明显进展, 具有代表性的是硝化反硝化技术的应用及其工艺的不断改进, 包括A- O、A- A- O、A- O- O、短程A- O 法等( 统称A- O 法) 。90 年代, A- O 生物脱氮技术开始在宝钢等少数焦化企业应用, 该技术克服了常规活性污泥法处理能力不足、耐冲击负荷差等许多弊病, 效果进一步提高, 但仍存在微生物生存环境要求较高、总停留时间较长、占地面积较大、投资费用高、运行管理复杂费用高的不足, 难以被大多数焦化企业接受。因此, 寻求既能实现焦化废水全面达标, 又适合企业实际的高效率、低投入、低运行成本的焦化废水处理的方法, 成为近年来国内水处理研究领域的热点课题。许多焦化企业为了满足环保和自身发展要求, 也积极地与有关科研院所、大专院校、环保企业合作, 开发研究焦化废水处理技术。
南昌钢铁有限责任公司焦化厂现有JN43- 80型焦炉63 孔, 年产焦炭45 t, 年产焦炉煤气1.85 亿m3, 原有的废水处理系统采用活性污泥法。该法是80 年代焦化行业普遍采用的废水处理方法, 工艺主要包括二级除油、单一好氧曝气反应器等。活性污泥法对废水中酚类的去除作用较好( 故该法又称生物脱酚) , 但对有机污染物中大分子杂环和多环芳香族化合物以及氨氮去除效果差, 不能实现焦化废水的全面稳定达标排放。随着国家和地方环境保护政策的加强, 对该焦化废水处理系统进行技术改造十分必要。2003 年初, 南钢公司成立了公司级的焦化废水治理科技攻关小组, 并将该课题列入了公司2003 年科技攻关项目计划。在对国内外焦化废水治理技术和高效微生物技术探讨研究, 以及对国内焦化企业A- O 工艺的应用效果进行分析的基础上, 最终确定采用HSB+A/O 生化处理技术对现有水处理设施进行改造, 工程于2004 年3 月开工, 2004 年10 月完工并投入运行,总投资658 万元。
2 HSB+A/O 生化处理技术简介
2.1 A/O 生物脱氮技术
A/O 工艺是生物脱氮最基本流程, 它是利用微生物厌氧、缺氧、好氧的不同生理过程的组合, 在降解有机污染物化学耗氧量(COD) 的同时, 顺利脱氨 (NH3- N), 其实质是一个前置反硝化反应。目前, A/O 工艺具有较多的组合, 如A/O- O、A/A- O、A/O- A/O 等, 这些都是A/O 工艺的强化手段, 其核心都是“缺氧/好氧”生化过程, 其中“好氧”过程是一个硝化过程, 主要是通过亚硝化菌和硝化菌把废水中的NH3- N 氧化成NO2 - 、NO3 - , 反应方程式如下:
NH4 ++3/2O2→NO2 -+2H++H2O ( 1)
NO2 -+1/2O2→NO3 - ( 2)
而“缺氧”过程是在反硝化细菌的作用下利用有机物作为碳源及电子供体将硝化过程中产生的亚硝酸和硝酸盐还原成N2, 从而达到去除有机物和脱氮的目的, 反应方程式如下:
NO3 -+4H( 电子供体有机物) →1/2N2+H2O+2OH- ( 3)
NO2 -+3H( 电子供体有机物) →1/2N2+H2O+OH- ( 4)
2.2 HSB 技术
HSB(HIGH SOLUTION BACTERIA)是高分解力菌群的英文缩写, 它根据不同的污水水质, 对微生物筛选及驯化, 针对性地选择多种微生物组成菌群并将其种植在污水处理槽中, 通过微生物周而复始的新陈代谢过程, 分解不同污染物, 形成一相互依赖的生物链和分解链, 突破了常规细菌只能将某些污染物分解到某一中间阶段就不能进行下去的限制, 其最终产物为CO2、H2O、N2 等, 达到污水处理无害化的目的。高分解力的菌种使某些生化吸氧量 BOD/COD 较低的难生化废水的生物处理成为可能。同时, HSB 菌种本身无毒性、无致病性、无二次污染。
该技术应用于焦化废水脱氮的主要优势在于可通过细菌种属、种群、数量及生物链作用来强化系统的生化功能, 形成高效菌群在优化的工艺条件下的纯生物处理降解技术; 应用微生物生化性能及动力学的固有差异, 实现硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌的动态平衡和选择, 即由庞大的、多元组合的脱氮菌种构成的微生物群体,实现高效脱氮生化过程。
2.3 悬浮生物滤床技术
这里所指的悬浮生物滤床是以粉末活性炭作为悬浮填料供微生物黏附生长形成的生物悬浮滤床, 由于活性炭比重略大于水, 具有巨大的比表面积, 吸附能力强, 同时, 它作为载体使微生物有较好的沉降性能, 能避免菌种的流失。该滤床与其它形式的填料不同的是比表面积大, 污水和微生物能接触充分, 有利于充分提高生化效果, 同时, 它不仅可用于厌氧生物过滤, 也可用于好氧生物过滤, 是一项应用前景广泛的实用技术。
3 改造方案
3.1 设计原则
( 1) 在原水处理系统的基础上进行技术改造, 充分、有效地利用原有水处理设施。
( 2) 设计高起点, 尽量选用国产、先进、高效、节能、运行维护简便的污水处理设备。
( 3) 处理后水质符合GB13456- 92 要求。
3.2 设计参数
按照焦炭产量75 万t 的规模设计, 污水治理能力为65m3/h。在对进入废水处理系统的焦化废水进行预处理的前提下, 设计的进水指标如表1。处理后出水指标符合GB13456- 92 中的二级标准,具体见表2。
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3.3 工艺流程
工艺流程如图1。经预处理后的蒸氨废水及脱氰废水, 首先进入重力除油池进行一级除油, 然后进入调节池进行均质、均量, 均化后废水泵入气浮池进行二级除油, 除油后废水自流入初曝池。初曝池中投加了高效微生物, 形成一个独立的污泥系统, 该系统将大多数对生物脱氮有抑制作用的有毒有害物质脱除, 特别是对挥发酚、硫氰酸盐及其它有机物的生物降解率最大在90%左右。初曝池出水自流至初沉池进行泥水分离, 污泥回流至初曝池, 污泥回流比为1∶1。初沉池出水自流至生化段, 生化段即脱碳、脱氮处理单元, 该单元主要由兼氧池、好氧池、二沉池组成。兼氧池、好氧池投加高效微生物制剂, 通过调整其生存环境,利用其在不同环境下特性不同的属性, 完成硝化、反硝化的脱氮过程, 同时完成脱碳任务。二沉池污泥回流至初曝池, 污泥回流比为1∶1, 好氧池混合液回流至兼氧池, 回流比为 1∶1, 兼氧池、好氧池、二沉池之间的水实现自流。兼氧段采取潜水搅拌加鼓风曝气, 好氧段采取鼓风曝气, 保持各构筑物内混合液完全混合及悬浮状态。除油池、初曝池、初沉池、兼氧池、好氧池及二沉池均为2 个系列, 每个系列可单独运行。二沉池出水进入澄清池,进一步去除悬浮物后达标排放或回用。
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系统中的剩余污泥经浓缩池浓缩后进入贮渣池, 由污泥泵送入带式压滤机进行脱水, 脱水后的泥饼运至煤场掺煤回用。
4 运行效果
4.1 水处理效率
本技术改造工程于2003 年3 月开工, 7 月中旬土建工程基本完工, 7 月22 日随着A/O 系统中高效微生物的加入以及曝气供氧的开始, 生化处理系统进入菌种驯化和系统调试阶段。经过微生物增殖、微生物的增殖驯化、原水逐渐进入、亚硝化反应启动以及硝化反应的启动等过程, 生化系统逐渐显示了极强的短程硝化、反硝化特性。2004 年10 月18 日, 南钢公司组织安环处环境监测站、焦化厂中心实验室、蓝星水处理公司同时对该水处理系统的出水进行了监测, 监测数据表明生化系统出水达到 GB13456- 92 中的二级标准, 监测数据如表3。
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经南钢公司申请、江西省环境保护局委托,2004年12 月14～15 日江西省环境监测站对该水处理系统进行了监测验收。监测数据表明, 该水处理系统的处理效率达到设计要求, 处理后出水达到 GB13456- 92 中的二级标准, 监测数据见表4、表5。
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4.2 运行成本
目前运行情况初步统计, 生化系统每吨水的处理成本为4.22 元( 含电费、水费、药剂费、人员工资及折旧费) ,与国内A/O 工艺通常的每吨水8 元左右的处理成本相比,该技术节省了一半的运行成本。
4.3 污泥产生情况
到目前, 生化系统还没有排过一次泥, 且出水悬浮物含量低, 脱色效果好, 说明高效微生物特有的纯生物分解链底物分解彻底, 泥龄长, 产泥量达到了预期效果。
5 结语
通过对高效微生物、A/O 法生物脱氮技术的研究, 将HSB+A/O 生化处理技术应用于南昌钢铁有限责任公司焦化废水处理系统改造, 实现了焦化厂外排废水全面达到GB13456- 92 中的二级标准, 并在实际运行中体现了投资少、运行成本低、二次污染轻的特点。该技术的开发应用开创了高效率、低投入、低成本治理焦化废水新的尝试, 为国内焦化企业的废水治理起到了良好的示范作用。
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