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探究焦化废水生化处理工艺及设计要点


摘要:在现代工业废水处理中,焦化废水的处理是一个比较难的课题,因其是一种高氨氮、高难度的,难生物降解的工业废水。本文首先分析了焦化废水处理的主要工艺,并对各个处理环节的设计要点进行了详细探讨。

    关键词:焦化废水;碳氮比;生化处理

    前言

    在现代工业废水中,焦化废水一种业界普遍认为的难处理的工业废水。其是在原煤高温裂解干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水。煤在炼焦时(煤料在焦炉炭化室内进行高温干馏)除有75%左右变成焦炭外,还有25%左右生成多种化学产品及煤气。来自焦炉的荒煤气(或称粗煤气)在集气管中用70℃~75℃的循环氨水直接喷淋,使煤气温度从650℃~700℃降至80℃~85℃,然后在间接冷却器中再降至25℃~45℃。经上述冷却后产生的水,可以提取出煤焦油、氨、萘、硫化氢及粗苯等化学产品,并得到净煤气。回收上述各种产品后的水可以循环使用,而剩余部分称为剩余氨水,需排入废水处理站进行处理。所以,焦化废水是一种高浓度(COD),高氨氮有机废水。

    1·焦化废水水质及特性

    剩余氨水未经脱酚蒸氨时

    COD=3000mg/L~10000mg/L

    NH3-N=2000mg/L~3000mg/L

    酚=1700mg/L~2300mg/L

    上述水经脱酚蒸氨后

    COD=3000mg/L~3800mg/L

    BOD=600mg/L~1000mg/L

    酚=600mg/L~900mg/L

    氰=10mg/L

    油=50mg/L~70mg/L

    氨氮=300mg/L左右

    焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一种典型的含有难降解有机化合物的工业废水,焦化废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物,砒咯、萘、呋喃、咪唑类属于可降解类有机物,难降解的有机物有砒啶、咔唑、喹啉、吲哚等。焦化废水生化性很差,其生化性指标一般为0.2~0.3,属难生化处理工业废水。

    2·焦化废水处理工艺

    2.1 生化处理

    现阶段焦化废水处理生化部分常采用A2/O2处理工艺,即厌氧(水解酸化)——缺氧(反硝化)——好氧(碳化)——好氧(硝化)——沉淀处理工艺。在生化处理前需进行预处理,包括蒸氨后的水冷却及去除残留于废水中的煤焦油。在生化处理后根据出水水质要求需进行深度处理,包括吸附或膜过滤,本文不涉及预处理及深度处理部分,仅对焦化废水的生化处理设计要点进行论述,如下:

    2.1.1 厌氧(水解酸化)

    水解酸化作用是提高焦化废水的可生化性。水解酸化对于焦化废水的处理十分必要,难降解的多环芳香烃和杂环化合物经水解和产酸能转化为简单的低分子有机物,为后续处理提供易于氧化分解的有机底物,从而提高废水的可生化性。

    2.1.2 缺氧(反硝化)

    缺氧反应主要是以来自好氧回流NO3--N为电子受体,以有机物为电子供体,将NO3--N还原为N2,同时将有机物降解,并产生碱度。与一般的脱氧除磷A2/O工艺稍有不同,焦化废水在缺氧段还能去除大量难降解有机物。

    由于焦化废水属高氨氮有机废水,因此也有必要设单独的反硝化处理单元。

    2.1.3 好氧(碳化)

    好氧(碳化)的作用是异养菌在有氧条件下降水中BOD转化为二氧化碳和水。只有水中的BOD浓度较低而异养菌不能占优势的前提下,才能使硝化菌占据优势,将水中的氨态氮进行硝化。实际上好氧(碳化)是为后续的好氧(硝化)创造有利条件。

    2.1.4 好氧(硝化)

    好氧(硝化)的功能是自养菌(硝化菌)在有氧条件下,将水中的氨氮氧化为硝态氮。

    焦化废水属高氨氮有机废水,因此硝化反应是关系到处理成败的很关键的环节。

    2.2 其它处理工艺

    2.2.1 混凝气浮法

    该方法首先采用聚合硫酸铁(PFS)破坏胶体和悬浮微粒在水中形成稳定的分散体系,使其聚集成絮凝体,然后含有大量絮凝体的混合液通过配水堰进入气浮池,利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附水中的絮凝体,使其随气泡升到水面.产生的浮渣通过刮泥机和排泥管道自流进入污泥浓缩池.通过相关实例证明,采用混凝法处理含有酚、氰的废水,在运行过程中发现挥发酚、游离氰化物容易去除,而络合氰化物难以通过曝气氧化去除,COD去除效果不十分理想,但通过加入生活污水,提高废水的可生化性以后,基本能使出水COD达到国家二级排放标准.在采用混凝气浮法处理污水的过程中,发现该系统具有结构简单、运行稳定、操作方便、溶气效率高的优点,但是该系统也存在当进水中的悬浮物过高时,出水中悬浮物浓度升高,造成释放器堵塞.

    2.2.2 吸附法

    吸附法处理焦化废水是利用固体表面有吸附水中溶质及胶质的能力,吸附水中一种或多种物质从而使水得到净化.常用的吸附剂种类有很多,如活性炭、吸附树脂、磺化煤、矿渣等.活性炭是最常用也是处理水质最好的一种吸附剂.将活化污泥与水混合,分别投入焦粉、活性炭、粉煤灰,发现活性炭的吸附性能最好,焦粉次之.可用于废水的深度处理,但是活性炭需酸洗再生,再生设备容易腐蚀,运行成本高.参考某焦化废水处理实例,使用南开牌H2103大孔树脂吸附处理含酚520mg/L、COD3200mg/L的焦化废水,处理后出水酚含量≤0.5mg/L,COD≤80mg/L,达到国家排放标准.一些研究者通过改性粉煤灰吸附处理焦化厂含酚水的试验,酚、SS、COD和色度的去除率分别达到95%,而且处理费用较低。

    3·焦化废水生化处理设计要点

    焦化废水属于高有机物浓度、高氨氮、难降解有机废水,除采用正确的处理工艺外,必须遵循以下设计要点。

    3.1 生化处理进水对微生物有害物质控制浓度

    焦化废水进入生化反应前一般应使下列物质控制在限定浓度以下。

    挥发酚不高于300mg/L

    氰化物不高于40mg/L

    硫化物不高于30mg/L

    挥发氨不高于30mg/L

    苯不高于50mg/L

    进水中上述物质如果超过限定浓度,就会对微生物产生抑制作用,使微生物失去活性,导致废水处理运行失败。

    3.2 碳氮比

    废水生化处理需要一定比例的氮元素,而生化脱氮反应则需要一定比例的有机碳,因此,焦化废水的生化处理满足一定的碳氮比(C/N)至关重要。A/O工艺中应有充足的碳源供硝化和反硝化细菌利用。反硝化效率随C/N提高而上升,焦化废水C/N比应大于6~7才能有满意的脱氮效果。

    3.3 回流比

    为了提高脱氮效果,必须提高混合液及活性污泥回流比,因为提供反硝化的NO3-、NO2-愈多,回流比愈大,COD和硝酸盐氮去除效果愈好,但是相应动力消耗愈大,一般认为回流比4~6最经济。

    3.4 主要设计参数

    提供几个主要设计参数,以供参考

    泥龄θC=30~60d

    COD负荷NCOD=0.8~1.0kg/kgVSS•d

    NH3-N负荷NNH3=0.15~0.2kg/kgVSS•d

    硝酸盐负荷NNO3=0.05~0.06kg/kgVSS•d

    结束语

    焦化废水属高浓度高氨氮有机废水,且生化性较差,其含有难降解的多环烃及杂环烃有机物。必须采用生化——物化处理方式才能达到要求的处理标准。其生化处理部分必须遵循上述原则,否则其COD和NH3-N难以同时达标。

参考文献:

[1]邵林广,陈斌,等.缺氧-好氧固定床生物膜系统处理焦化废水的试验研究.给水排水,1995(3).

[2]孙嘉禾.从硝化-反硝化反应分析焦化废水控制条件[D].河北给排水,2002.

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