隨著(zhù)煉焦企業(yè)向規�；�、集約化發(fā)展，大型焦化廢水處理系統在國內已不罕見(jiàn)。由于焦化廢水中存在有害有毒物質(zhì)，傳統的生物處理方法很難使COD 和氨氮達到排放標準。介紹了包鋼焦化廠(chǎng)焦化廢水處理工藝及運行情況。該廠(chǎng)采用A/O2 法處理焦化廢水，通過(guò)調整進(jìn)水碳氮比、利用共代謝作用和采用延時(shí)曝氣，廢水COD 和氨氮的去除效果明顯，出水各項指標均達到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準》（GB 13456—1992）中的一級標準。同時(shí)對運行過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，以供借鑒。
焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和焦化副產(chǎn)品精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。廢水中含有氨、硫氰酸、酚類(lèi)物質(zhì)和其他有機物，如含氮、氧和硫的雜環(huán)化合物以及多環(huán)芳烴。由于廢水中含有高濃度的氨氮和有毒、有害有機化合物，該類(lèi)廢水對環(huán)境影響很大。隨著(zhù)國家對環(huán)保的要求日益嚴格，煉焦企業(yè)生產(chǎn)規模趨于大型化、系統化。焦爐的大型化和產(chǎn)能的擴大，使焦化廢水的產(chǎn)生量相應增加，由此，大型焦化廠(chǎng)的廢水處理顯得更為重要。常規的預處理+生化二級處理工藝難以保證焦化廢水中的COD和氨氮穩定達標。
包鋼焦化廠(chǎng)現有10 座焦爐，焦炭年生產(chǎn)能力465 萬(wàn)t，有焦化廢水處理站2 座，其中第二廢水處理站處理規模為350 m3/h，屬于國內大型焦化廢水處理設施之一。第二廢水處理站于2007 年底投產(chǎn)，采用A/O2 法生物脫氮工藝，其廢水主要來(lái)源于蒸氨廢水、焦化副產(chǎn)品回收及精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水、煤氣管道水封排水以及包鋼燃氣輪機發(fā)電系統廢水等。其設計進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。
表1 系統設計進(jìn)出水水質(zhì)
為實(shí)現廢水的全面達標排放，在工藝設計和水質(zhì)調節等方面進(jìn)行了有益的探索，取得了很好的效果。
1 處理工藝流程及構筑物
廢水處理系統工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 廢水處理系統工藝流程
各構筑物的設計參數及主要功能見(jiàn)表2。
表2 各構筑物設計參數及主要功能
2 運行結果討論
2.1 系統的啟動(dòng)
接種污泥取自市政污水處理廠(chǎng)的脫水污泥。投加量為3.5 kg/m3。根據現場(chǎng)實(shí)際情況，首先經(jīng)由缺氧池向好氧池注入半池清水，然后開(kāi)啟鼓風(fēng)機，直接向好氧池內多點(diǎn)投加去除大塊雜物后的脫水污泥。
在污泥投入好氧池后，適量投加磷鹽并注滿(mǎn)水進(jìn)行悶曝，監測池內的溶解氧值，使溶解氧保持在2～4 mg/L，觀(guān)察活性污泥顏色應由黑變黃，此過(guò)程大約需要1～3 d。繼續曝氣，直至污泥明顯轉變顏色，并有絮體生成。待污泥活性恢復后，向系統少量連續或間斷加入污水。每天換水1～2 次，每次換水量為設計容積的1/10，混合液進(jìn)入二沉池，待二沉池液位達到額定位置時(shí)，啟動(dòng)污泥回流系統向A/O2 池內回流污泥。
2.2 運行參數的控制
2.2.1溶解氧
A 池溶解氧（DO）要求控制在0.5 mg/L 以?xún)�。A池DO 的大小會(huì )隨混合液的回流比發(fā)生變化，混合液回流量過(guò)大會(huì )導致A 池DO 過(guò)高，影響反硝化效果。O 池DO 一般控制在4 mg/L 左右，但因其前端負荷大，要求DO 相對較高，為4～6 mg/L。O 池出口DO控制在2 mg/L。
2.2.2溫度
環(huán)境溫度對微生物的活性影響明顯，一般情況下微生物生長(cháng)最適宜的溫度為10～38 ℃。在生物脫氮系統中，保持水溫在25～30 ℃，其中硝化菌對溫度更敏感，其最適宜水溫為30 ℃左右。在冬季調試運行中，采用了蒸汽加熱的方法，使A/O 池水溫保持在要求范圍之內。
2.2.3 pH
在硝化反應過(guò)程中，1 g氨氮轉化為硝酸鹽氮約消耗7.14 g重碳酸鹽（以CaCO3計）。如果系統中沒(méi)有足夠的堿度，隨著(zhù)系統中氨氮的降解，pH 會(huì )下降很快。硝化菌對pH 的變化十分敏感，為保持適宜的pH（硝化菌的適宜pH 為8.0～8.4），需在O 池中保持足夠的堿度。對比試驗表明，在O 池中投加NaOH對pH 的提高效果比Na2CO3更明顯。
2.2.4混合液回流比
O 池混合液回流到A 池的比例要足夠大，才能保證硝酸鹽更多地被轉化為氮氣。但其回流比也不宜太大，因為混合液回流量過(guò)大會(huì )導致A 池DO 過(guò)高，使反硝化菌的活性受到抑制。由此，混合液回流比應控制在200%～400%，一般為300%左右。
2.2.5污泥負荷
為使系統達到更好的脫氮效果必須控制系統的處理負荷。因為在微生物菌群體系中，硝化菌的比增長(cháng)速率要低于異養型細菌，在高負荷環(huán)境中，生長(cháng)速率高的異養細菌能夠很快利用溶解氧將進(jìn)水中的有機物降解，并形成自身的增殖；而生長(cháng)速率緩慢的硝化菌則不能很好地利用系統的氧降解氨氮，使硝化菌不能得到增殖，脫氮效果下降。運行中系統的COD 污泥負荷基本上在0.1～0.2 kg/（kg·d）。好氧池通過(guò)隔墻分成O1 段和O2 段，在O1 段碳化菌和硝化菌能夠合理地生長(cháng)，進(jìn)水中的COD 和氨氮得到降解；在O2 段系統微生物利用內源呼吸作用對剩余的有機物和氨氮進(jìn)行再次降解，此時(shí)系統的有機物成分相對較少，碳化菌基本上處在內源呼吸末期及微生物的休眠期，而硝化菌則占絕對優(yōu)勢，對氨氮的降解更徹底。
2.3 系統運行情況
生物處理后，出水氨氮已達到GB 13456—1992的一級排放標準，但COD 仍較高；經(jīng)過(guò)混凝沉淀處理后，出水COD 達到GB 13456—1992 的一級排放標準。2011 年5 月系統的運行情況見(jiàn)表3。
表3 系統主要污染物去除情況mg/L
3 工藝特點(diǎn)及應改進(jìn)的問(wèn)題
（1）接入燃氣輪機廢水，嘗試將不同水源污水混和后進(jìn)行處理，其結果降低了容積負荷，使碳氮比更加合理，達到事半功倍的效果。焦化廢水COD 很高，從而其碳氮比過(guò)高，在硝化過(guò)程中，從微生物角度考慮，由于硝化菌生長(cháng)慢，異養菌生長(cháng)快，有機物過(guò)多，異養菌活躍，繁殖快，會(huì )抑制硝化菌的活性，只有COD 降到一定程度后，硝化菌才能從被抑制中活躍起來(lái)。反硝化過(guò)程是反硝化菌利用系統的碳源將硝化產(chǎn)物NO2-和NO3-還原成N2，因此，碳源是否充足將直接影響反硝化效果〔3〕。理論上講，碳氮比為2.86時(shí)，即可滿(mǎn)足反硝化需要〔4〕，而S. Brond 等〔5〕的試驗表明，COD/ρ（N）>8 時(shí)才能使反硝化完全。接入碳氮比較低的燃氣輪機廢水，使進(jìn)水COD/ρ（N）調整到8左右，從而有利于硝化反硝化反應的進(jìn)行。
（2）接入生活廢水，利用共代謝作用。微生物的共代謝作用是指只有在初級能源物質(zhì)存在時(shí)才能進(jìn)行的有機化合物的生物降解過(guò)程。許多難降解有機物的去除都是通過(guò)共代謝途徑進(jìn)行的。例如，在氧化塘處理焦化廢水的系統中，投加生活污水可大大提高COD 去除率，其主要原因就是生活污水中含有多種營(yíng)養元素，加強了生物的共代謝作用〔6〕。在系統設計中，將廢水處理站小區生活污水收集到集水井中，通過(guò)格柵去掉大的漂浮物后進(jìn)到A 池中處理。
（3）采用延時(shí)曝氣法，利于污染物的降解。延時(shí)曝氣法是通過(guò)延長(cháng)曝氣時(shí)間，使微生物處于內源呼吸階段，可大大減少剩余污泥量；曝氣池中MLSS 較高，有機負荷低。同時(shí)由于微生物量大、濃度高，可適應一定范圍內的水質(zhì)、水量變化。該系統中A/O2池停留時(shí)間達到98 h，MLSS 達到5 000～6 000 mg/L。
（4）采用微孔曝氣管，提高氧利用率。O 池中鋪設了服務(wù)面積為2～8 m2/（根·h）、長(cháng)1 000 mm、管徑67 mm的管式曝氣器4 028 根。每個(gè)曝氣器開(kāi)有約5萬(wàn)個(gè)1～3 mm 微孔，曝氣時(shí)管狀膜套沿徑向等徑擴張，產(chǎn)生大量大小一致、細密均勻的氣泡，大大增加了氣液接觸面積，氧利用率高達40％以上。膜套厚度小、彈性高、壓力損失��；膜套上微孔數量多而細密，理論充氧動(dòng)力效率高達9.0 kg/（kW·h）以上。
不過(guò)，通過(guò)幾年的運行該系統也暴露出一些問(wèn)題，如氣浮除油效果差，對懸浮物去除率不高；A 池潛水攪拌器能力偏小，故障率高，從而影響缺氧反應的順利進(jìn)行；微孔曝氣管有脫落現象，影響曝氣效果；混凝沉淀池刮吸泥機裝置化學(xué)污泥提升量不好把握，從而一定程度上影響了出水COD 和懸浮物的穩定達標。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 系統運行費用分析
系統運行費用分析結果表明，處理1 m3水的運行費用為5.91～7.26 元，其中原材料和動(dòng)力消耗成本為5.07～6.42 元/m3，人工費0.16 元/m3，制造費0.68元/m3，折舊費0.57 元/m3，檢修維護費0.11 元/m3。說(shuō)明藥劑等原材料和水、電等的合理有效使用是降低廢水處理成本的重要手段。
5 結語(yǔ)
采用A/O2 法處理焦化廢水在大型系統中優(yōu)勢明顯，操作簡(jiǎn)單，運行穩定。碳氮比的合理選擇、共代謝作用的利用以及延時(shí)曝氣等措施使系統COD 和氨氮去除效果明顯，且該方法處理運行成本較低。
