遷安中化煤化工有限責任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)遷安中化公司)建有6座55孔JN60-82型焦爐，年產(chǎn)焦炭330萬(wàn)t，擁有兩段焦化廢水處理系統，其中Ⅰ段焦化廢水處理系統是其中4座焦爐的配套設計，采用活性污泥法的A/O2工藝，廢水處理量為70m3/h。該工藝2004年投入使用后，出水COD、NH3-N指標經(jīng)常波動(dòng)，且運行費用偏高，不能適應當前越來(lái)越高的環(huán)保要求和公司經(jīng)營(yíng)理念。因此遷安中化公司對進(jìn)水水質(zhì)、A/O2工藝指標控制等進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現了A/O2工藝的穩定、高效、節約運行�，F對A/O2工藝的優(yōu)化作一介紹。
1、廢水處理A/O2工藝流程
遷安中化公司焦化廢水處理A/O2工藝流程示意圖見(jiàn)圖1(圖中虛線(xiàn)表示污泥路徑)。
2、影響A/O2工藝運行的進(jìn)水水質(zhì)因素及優(yōu)化
對A/O2工藝運行來(lái)說(shuō)，進(jìn)水水質(zhì)的管控尤為重要。A/O2工藝屬于活性污泥法廢水處理工藝，活性污泥對有害物質(zhì)有一定的承受限度，超過(guò)這個(gè)限度，活性污泥就會(huì )被抑制，進(jìn)而影響廢水處理效率。A/O2工藝入曝氣池污水中有害物質(zhì)的質(zhì)量濃度要求為：硫氰酸銨<22mg/L、礦物油<50mg/L、硫化物<50mg/L。
2.1 硫氰酸銨
硫氰酸銨本身有毒，在廢水處理系統內分解時(shí)，化學(xué)需氧量較高，會(huì )產(chǎn)生有毒氣體，對活性污泥影響較大。生產(chǎn)運行實(shí)踐證明，A/O2工藝進(jìn)水中硫氰酸銨質(zhì)量濃度達到1.5g/L以上時(shí)，A/O2系統會(huì )受到較大程度的影響，因此需要盡可能降低進(jìn)水硫氰酸銨濃度。
焦化廠(chǎng)產(chǎn)生硫氰酸銨最多的工藝是采用HPF的脫硫工段，在脫硫過(guò)程中產(chǎn)生硫氰酸銨副鹽，脫硫液中硫氰酸銨質(zhì)量濃度一般在150g/L左右，以如此高的濃度進(jìn)入A/O2系統，會(huì )對廢水處理系統造成沖擊，生產(chǎn)運行中，應嚴禁脫硫液進(jìn)入A/O2工藝處理系統。因此在生產(chǎn)操作中需做好以下幾點(diǎn)：
(1)控制脫硫系統的煤氣夾帶水進(jìn)入脫硫系統。
(2)將脫硫系統發(fā)生事故時(shí)的溢液收集入脫硫系統。
(3)將雨季脫硫區域的積水及日常脫硫區域的地坪掃水收集入脫硫系統。
2.2 礦物油
廢水處理系統來(lái)水剩余氨水包括配煤水分、煉焦化合水、粗苯分離水、地坪掃水等，在冷凝工段，與焦油分離后，經(jīng)過(guò)剩余氨水罐沉淀、除焦油器除油、蒸氨塔除油后，蒸氨廢水中礦物油一般能滿(mǎn)足A/O2工藝處理要求。
A/O2工藝進(jìn)水中礦物油含量高，一般是粗苯系統洗油進(jìn)入冷凝工段造成的。洗油密度在1.03×103kg/m3~1.06×103kg/m3，與剩余氨水密度相差不大，進(jìn)入剩余氨水系統后，不容易實(shí)現分離，會(huì )造成進(jìn)入生化系統的廢水礦物油含量超標，進(jìn)而影響生化運行。
洗油進(jìn)入剩余氨水造成生化進(jìn)水礦物油含量超標的原因有以下幾種：
(1)粗苯系統洗油打入冷凝工段。為了降低洗油對生化系統的影響，粗苯系統的洗油應盡可能不打入冷凝工段。洗油必須打入冷凝工段時(shí)，應采用少量、多次的方法。
(2)終冷塔阻力高，使用洗油沖洗終冷塔后，廢油打入冷凝工段。
生化進(jìn)水礦物油質(zhì)量濃度一般要求小于50mg/L[2]，實(shí)際運行中，控制礦物油質(zhì)量濃度小于250mg/L，以保證生化系統能正常運行。
2.3 硫化物
廢水處理A/O2工藝進(jìn)水中硫化物含量高時(shí)，A池水面出現硫泡沫，好氧池污泥中出現淡黃色小顆粒、污泥松散，降解COD能力差。
若脫硫運行效果不好，脫硫塔后煤氣中硫化氫含量較高，煤氣中的硫化物在終冷塔、粗苯分離水中富集，進(jìn)入冷凝工段，最終造成生化進(jìn)水硫化物超標。因此脫硫工段的穩定運行，對降低生化進(jìn)水硫化物含量是有利的。
A/O2工藝進(jìn)水硫化物質(zhì)量濃度一般要求小于50mg/L，生產(chǎn)實(shí)踐證明，蒸氨廢水硫化物質(zhì)量濃度小于90mg/L時(shí)，對生化運行不會(huì )造成影響。當蒸氨廢水硫化物質(zhì)量濃度大于90mg/L時(shí)，根據蒸氨廢水量及硫化物濃度，在生化系統氣浮池進(jìn)水口投加相應量的硫酸亞鐵，能消除硫化物超標的影響。硫化物去除反應為S2-+FeSO4=FeS↓+SO42-。
2.4 NH3-N
在廢水生物處理中，一般按BOD(55日生化需氧量)計算氮的需要量，若按BOD5與NH3-N質(zhì)量濃度之比為100∶5來(lái)調節NH3-N濃度，則能滿(mǎn)足微生物對氮的要求。但是實(shí)際運行中，不方便檢測BOD5，根據進(jìn)水COD濃度調節進(jìn)水NH3-N濃度也是可行的。經(jīng)過(guò)化驗，A/O2工藝進(jìn)水BOD5占COD的34%~36%，結合生產(chǎn)運行，按進(jìn)水COD與NH3-N質(zhì)量濃度之比為(40~60)∶1來(lái)調節NH3-N濃度，能滿(mǎn)足A/O2工藝運行需要，且不會(huì )因為NH3-N過(guò)高而造成廢水處理費用增加。
2.5 COD
遷安中化公司剩余氨水COD在7000mg/L~9000mg/L，蒸氨廢水COD在5000mg/L~7000mg/L，如此高的COD直接進(jìn)入A/O2生化處理系統，活性污泥會(huì )受到?jīng)_擊，造成污泥松散、污泥指數上升、降解COD能力下降。實(shí)踐證明，對A/O2工藝來(lái)說(shuō)，進(jìn)水COD控制在3000mg/L~3500mg/L，有利于生化系統穩定運行。
綜上所述，為了維持A/O2工藝的穩定運行，生化進(jìn)水水質(zhì)要滿(mǎn)足一定的指標要求，見(jiàn)表1。
3、影響A/O2工藝運行的指標控制因素及優(yōu)化
3.1 溫度
溫度是影響活性污泥生長(cháng)與生存的重要因素，不同類(lèi)型的活性污泥有不同的適宜生長(cháng)溫度。
原設計要求生化處理A/O2系統適宜的溫度是25℃~38℃，最高不超過(guò)40℃。但實(shí)際運行中，當水溫超過(guò)37℃時(shí)，在同樣的鼓風(fēng)機負荷下，O1池、O2池溶解氧明顯偏低，生化出水COD明顯提高;當水溫低于30℃時(shí)，生化出水COD也出現相應的提高。溫度對A/O2工藝出水COD的影響見(jiàn)表2。
由表2可知，A/O2工藝溫度宜控制在30℃~36℃，溫度控制過(guò)高、過(guò)低，都會(huì )造成生化出水COD含量偏高。
3.2 溶解氧
原設計要求O1池、O2池溶解氧從進(jìn)水端到出水端逐漸升高，控制出水端溶解氧質(zhì)量濃度在2mg/L~4mg/L。實(shí)際運行中，O1池進(jìn)水經(jīng)過(guò)“之”字型的3個(gè)36m長(cháng)的廊道后，到達出水端，O2池進(jìn)水經(jīng)過(guò)1個(gè)36m長(cháng)的廊道后，到達出水端。按原設計運行，A/O2工藝存在以下問(wèn)題：
(1)為了保證溶解氧含量從進(jìn)水端到出水端逐漸升高，好氧池內大部分分支壓縮風(fēng)截門(mén)開(kāi)度不大。壓縮風(fēng)截門(mén)開(kāi)度小，易造成曝氣盤(pán)堵塞，好氧池內集泥。
(2)廢水在O1池內氨化作用顯著(zhù)，經(jīng)過(guò)O1池后，廢水NH3-N含量上升，O2池成為降解NH3-N的主要場(chǎng)所，與原設計好氧池的作用不符。
(3)O2池降解NH3-N負荷較高，A/O2工藝運行稍有問(wèn)題時(shí)，出水NH3-N含量便隨之波動(dòng)。
針對以上問(wèn)題，調整好氧池運行模式：
(1)打開(kāi)O1池、O2池進(jìn)水端所有分支壓縮風(fēng)截門(mén)，盡可能地提高好氧池前端溶解氧含量。O1池第二廊道溶解氧質(zhì)量濃度由<1mg/L提高至3mg/L左右。
(2)根據O1池、O2池出水指標，關(guān)小出水端分支壓縮風(fēng)截門(mén)。出水端溶解氧屬于剩余溶解氧，是浪費掉的氧氣，關(guān)小部分壓縮風(fēng)截門(mén)后，可相應地降低鼓風(fēng)機電流，減少電消耗。好氧池溶解氧調整前后A/O2工藝內指標變化見(jiàn)表3。
由表3可知，好氧池溶解氧控制調整后，A/O2工藝內COD、NH3-N指標明顯下降。
3.3 沉降比
原設計要求O1池、O2池沉降比控制在25%~40%，運行中存在以下問(wèn)題：
(1)O1池污泥負荷較高，COD降解不徹底，出水COD偏高。
(2)O2池污泥負荷過(guò)低，污泥老化，易分解產(chǎn)生懸浮物，造成出水濁度、COD偏高。
針對以上問(wèn)題，調整生化系統沉降比控制指標：
(1)提高O1池沉降比至45%~55%，降低污泥負荷，降低出水COD。
(2)降低O2池沉降比至20%~30%，提高污泥負荷，降低出水懸浮物含量。
3.4 堿度
原設計O1池、O2池堿度控制在300mg/L~500mg/L，堿度偏低時(shí)，增加系統固堿投加量。運行中存在問(wèn)題如下：
(1)O1池幾乎不消耗堿液，O2池消耗堿液較大。同時(shí)，為保證O2池的硝化作用，O2池堿度控制在400mg/L~500mg/L，造成出水堿度高，浪費堿液。
(2)固堿是袋裝的，每天需要專(zhuān)人溶解2t左右，工作量大。同時(shí)，傾倒固堿時(shí)，堿面飛揚，現場(chǎng)操作環(huán)境惡劣。
(3)固堿成本較高。
(4)O1池、O2池的加堿管道、閥門(mén)經(jīng)常被結晶堵塞，造成系統不能及時(shí)調節堿度，致使出水指標波動(dòng)。
針對以上問(wèn)題，調整操作如下：
(1)強化O1池硝化作用，降低O2池堿度至150mg/L~250mg/L，減少堿液浪費。
(2)O1池、O2池由投加固堿逐漸改為投加液堿，節省人力，降低運行費用，同時(shí)也避免加堿管道堵塞而引起系統的波動(dòng)。
經(jīng)過(guò)以上工藝優(yōu)化，廢水處理A/O2工藝出水指標可以實(shí)現長(cháng)期、穩定達標，系統抗沖擊能力顯著(zhù)增強。同時(shí)，二沉池出水COD由320mg/L降低至250mg/L，以A/O2工藝進(jìn)水COD平均3150mg/L計算，COD處理效率由90%提高至92.1%。另外，減少4個(gè)崗位定員，每月節約人力支出近2萬(wàn)元;使用固堿改為液堿，每月節約藥品費用近5萬(wàn)元;降低出水堿度，每月節約堿液消耗3萬(wàn)元左右，合計可使焦化廢水噸水處理費用降低2元左右。
4、A/O2工藝調整后出現的問(wèn)題及優(yōu)化
4.1 回流沉淀池出現返沫、返泥現象調整前，回流沉淀池水面平穩，未出現過(guò)返沫、返泥現象。調整后，回流沉淀池每半月左右就出現一次先返沫、再返泥的現象。
回流沉淀池工況分析如下：
(1)回流沉淀池表面總可見(jiàn)小氣泡破裂的現象，此現象和A池表面的現象較為類(lèi)似。
(2)回流沉淀池內有1m左右的存泥。
(3)回流沉淀池內溶解氧質(zhì)量濃度<0.5mg/L。
(4)回流沉淀池內的水和污泥有6h左右的停留時(shí)間。
(5)將A/O2工藝調整前后O1池和回流沉淀池的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量匯總，數據見(jiàn)表4。
根據表4數據，調整前回流沉淀池進(jìn)、出水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量基本穩定，調整后回流沉淀池出水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量明顯比進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量低，可以確定在回流沉淀池內發(fā)生了反硝化反應，消耗掉部分硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮。
4.2 優(yōu)化及解決措施
由以上分析可知，回流沉淀池返沫、返泥現象是回流沉淀池內發(fā)生反硝化作用引起的。為了抑制回流沉淀池發(fā)生反硝化作用，可采取以下2種辦法：
(1)反硝化反應的發(fā)生需要一定的停留時(shí)間，縮短廢水和污泥在回流沉淀池內停留時(shí)間，可以抑制回流沉淀池發(fā)生反硝化作用。通過(guò)調節，把回流沉淀池進(jìn)水的硝化液盡可能快地送入A池，使其在A(yíng)池發(fā)生反硝化作用。
調整如下：回流上清液量由150m3/h提高至300m3/h，回流污泥量由150m3/h提高至200m3/h，回流沉淀池停留時(shí)間由6h縮短到4h。試驗一周后，回流沉淀池返沫、返泥現象沒(méi)有明顯好轉。
采用縮短回流沉淀池停留時(shí)間的方法，未能徹底有效抑制回流沉淀池返沫、返泥狀況，不可取。
(2)傳統的脫氮理論認為，反硝化菌在無(wú)分子氧、存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，才能使硝酸鹽還原。但近幾年的研究表明，硝化和反硝化可以在同一反應器中同時(shí)發(fā)生，這一現象被稱(chēng)為同步硝化反硝化(SND)。依據SND理論，在O1池部分區域創(chuàng )造反硝化條件，使O1池同步發(fā)生硝化和反硝化作用，降低回流沉淀池進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量，進(jìn)而抑制反硝化作用在回流沉淀池發(fā)生的強度。
調整如下：關(guān)小O1池出口端第三廊道分支壓縮風(fēng)截門(mén)，降低曝氣量，控制O1池出口端溶解氧質(zhì)量濃度在0.5mg/L左右。同時(shí)在不影響O1池降解COD、NH3-N的前提下，逐步擴大O1池第三廊道的厭氧區域，直至O1池出口硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度降至20mg/L以下。
經(jīng)過(guò)調試，O1池出口端第三廊道75%~100%區域調整為厭氧區域，即溶解氧質(zhì)量濃度在0.5mg/L左右時(shí)，可降低回流沉淀池進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度在20mg/L以下。同時(shí)，回流沉淀池不再出現返沫、返泥現象。
結合以上試驗結果，生產(chǎn)運行中采取降低O1池出口端第三廊道溶解氧的辦法，在O1池建立反硝化區域，可以抑制回流沉淀池出現返沫、返泥現象。
5、結論
遷安中化公司通過(guò)控制焦化廢水處理A/O2工藝進(jìn)水硫氰酸鹽、礦物油、硫化物、NH3-N、COD等有害物質(zhì)濃度，為廢水處理工藝穩定運行創(chuàng )造良好的條件。通過(guò)優(yōu)化O1池、O2池溫度、溶解氧、沉降比等指標，廢水COD處理效率由90%提高至92.1%。通過(guò)使用液堿代替固堿，把反硝化反應前移至O1池，及采取降低O2池堿度的方法，焦化廢水噸水處理費用降低2元左右。同時(shí)，A/O2工藝經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，廢水處理出水指標可以實(shí)現長(cháng)期、穩定達標，且系統抗沖擊能力顯著(zhù)增強。(來(lái)源：遷安中化煤化工有限責任公司)
