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生物脱氮技术在我国焦化废水处理中的应用与研究

2015/2/8 22:56:53
文章来源:网络

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  焦化废水是一种典型的难降解有机废水,主要是在煤高温炼焦、煤气净化、产品回收及焦油、粗苯精制过程中产生的工业废水[1]。焦化废水水量大,水质复杂,含有焦油、苯、酚、氰化物、氨氮、硫化物等污染物,是典型的有毒、有害的工业废水。以前,我国有相当比例的焦化厂采用传统的活性污泥法处理焦化废水,这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触;溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附,并最终氧化为最终产物(主要是CO2)。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物,然后被代谢和利用。但是采用该方法,出水中的酚、氰、BOD5基本达标,而CODCr、NH3-N等污染物指标均难于达标,特别是对NH3-N污染物,几乎没有降解作用。过量CODCr和NH3-N超标排放对人类、水产、农作物都构成了很大危害。

  近年来我国焦化行业随着钢铁生产的快速增长取得了长足发展。2006年国家发改委产业政策司副司长侯世国表示,今后3年焦炭生产能力将保持在3亿t左右。我国在跃居世界焦炭第一生产大国的同时,焦化废水的超标排放也对环境造成了严重的污染。如何加快焦化污水的治理力度,推进清洁生产的步伐,已成为焦化行业当前极为紧迫的任务。

  1我国焦化废水脱氮治理现状

  近年来国家对焦化行业出台一系列相关法规,制定相关的清洁生产标准,加大环保治理的力度,提高了资源的利用率,使焦化废水污染的状况有所改变,污染基本得到控制。2005年国家发改委根据“焦化行业准入条件”的要求,对国内焦化生产企业进行了检查考核,达到清洁生产二级以上标准的焦化企业有94家,占国内焦化企业总数的24%。另据业内人士估计,2005年我国焦化行业只有不足35%的焦化企业装有脱氮功能的污水处理装置,不少焦化企业废水排放量已超过该地区河段的承载能力,河流污染和生态遭到破坏的同时,也给企业带来了极大的生存压力。

  鉴于焦化废水处理技术的缺陷及废水处理成本较高的实际,不少焦化企业的废水净化装置时开时停,那些年产量低于50万t规模的焦化厂家,根本没有废水处理设施,更加剧了环境质量的恶化。老焦化企业焦化废水治理仅使用普通的生物脱酚技术,排放的废水,CODCr和NH3-N根本未得到处理。随着焦炉装备水平的提高,一些老焦化企业扩建改建焦炉,由于受总图布置及工艺条件的限制,废水处理设施不能同步配套实施,这就使得废水污染总量随着焦炭产量的增产而增加。

  国家“十一五”环境保护规划强调实施更加严格的污染物排放总量控制政策,把防治污染作为今后的主要工作之一,并强调提出,到2010年焦化污水处理达标率达100%,焦化生产工业水重复利用率≥95%。“炼焦工业污染物排放标准”也明确规定,到2009年1月1日,炼焦企业的水污染物最高允许排放浓度,COD≤100mg/L、NH3-N≤15mg/L。而目前80%以上的焦化企业废水排放值大大超过这一指标。

  针对这种状况,近年来,人们从微生物、反应器及工艺流程几方面着手,研究开发了生物强化技术:生物流化床,固定化生物处理技术及生物脱氮技术等。

  这些技术的发展使得大多数有机物质实现了生物降解处理,出水水质得到了很大改善,使得生物处理技术成为一项很有发展前景的废水处理技术。本文仅对焦化废水脱氮卓有成效的方法——生物脱氮技术进行介绍。

  2生物脱氮技术及其应用

  焦化废水处理的主要目的是去除废水中的CODCr和NH3-N,生物脱氮技术是较经济、实效、无污染转移、易操作掌握的典型工艺技术。它是利用微生物的生物化学作用,将废水中的氨氮经硝化和反硝化反应,转变成无害的氮气而除去。生物脱氮的机理是废水中的氨氮在好氧的条件下,首先被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐,此过程被称为硝化反应,然后在缺氧的条件下被反硝化菌还原为氮气,实现总氮的脱除,这个过程称为反硝化反应。

  目前用于焦化废水生物脱氮的工艺主要有缺氧-好氧(A/O)法、厌氧-缺氧-好氧(A-A/O)法和SBR法等,另外A/O-O法也是A/O工艺的延伸,同属于以缺氧-好氧为基本流程的生物脱氮工艺。

  2.1A/O法

  A/O工艺流程是废水首先进入缺氧池,然后进入好氧池,沉淀池上层清液部分回流至缺氧池,污泥则回流至好氧池。在好氧池中,发生硝化反应,氨氮被氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,在缺氧池中,回水中的硝态氮与原水中的有机碳发生反硝化反应,硝态氮被还原为氮气而逸出,实现总氮的脱除和CODCr的降解。刘柒变[2]等通过对A/O法处理焦化废水中氨氮的工艺及影响因素的研究,认为控制较高的pH值,较长的污泥龄及C/N>2.86等参数,有利于提高脱氮效率。另外,温度和回流比也是重要的影响因素。

  合肥钢铁集团公司焦化厂、安阳钢铁公司焦化厂、昆明焦化制气厂采用A/O(缺氧/好氧)法生物脱氮工艺,运行结果表明该工艺运行稳定可靠,废水处理效果良好,但是处理设施规模大,投资费用高。上海宝钢焦化厂将原有的A/O生物脱氮工艺改为A/O-O工艺,污水处理效果优于A/O工艺,运行成本有所降低,效果明显。山西某焦化厂采用A/O法为主的工艺处理焦化废水,经过污泥的培养、驯化、调试运行,外排水中的主要污染物指标达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准,CODCr和NH3-N去除率达90%-96%。

  2.2A-A/O法

  该工艺特点在于在一般缺氧/好氧工艺的基础上增加厌氧工段。在厌氧段,废水中难以降解的有机物开环变为链状化合物,链长的化合物开链为链短的化合物。这些有机物进入缺氧段就能成为可利用的碳源,因而处理效果较A/O法好,且勿需投加碳源,氨氮去除率大于60%,但厌氧段的操作条件较难控制。杨平[3]对攀钢焦化废水进行了A-A/O法生物脱氮中试研究,试验表明,流化床生物脱氮A-A/O法工艺处理焦化废水氨氮具有较好的效果,进水氨氮平均470mg/L,出水平均10.33mg/L,达到了一级排放标准。

  3焦化废水脱氮技术的优化工艺

  焦化废水的排放破坏了生态环境,造成了巨大的经济损失,给焦化企业的生存和社会环境带来了巨大压力。焦化废水作为一种典型的含有难降解有机物工业废水,其治理技术与工艺改进已成为业内热点课题。针对现有A/O脱氮工艺的缺陷,优化并开发新型脱氮工艺势在必行。

  3.1A/O-O工艺

  目前国内生物脱氮技术存在的共性难题主要是细菌成活率较低,处理规模偏小,脱氮效率不稳定,净化效果较差。近10余年来,我国多家焦化企业在应用A/O工艺的基础上,对生物脱氮技术进行优化为A/O-O工艺,该工艺的特点是可以适当地控制第一好氧段(O1)的溶解氧的量,该段没能完全氧化的氨氮及COD保证在第二好氧段(O2)进一步氧化,不但提高了对废水中污染因子的降解能力,而且还降低了运行成本。

  3.2SBR工艺

  A/O法虽然处理效果好,但工程投资大、运行费用高。SBR工艺是一种间歇运行的活性污泥法废水处理工艺,是对A/O法的改进,它在同一反应器内,通过程序化控制充水、曝气反应、沉淀、排水、排泥等5个阶段,顺序完成缺氧、厌氧和好氧过程,实现对废水的生化处理。实践证明SBR生物脱氮工艺是一种新的、不需要外加碳源的脱氮方法,具有操作灵活、能适应多种处理要求的新工艺。为提高焦化废水的可生化性,先通过缺氧反应,再进入SBR反应系统,从而形成了缺氧-SBR法。SBR工艺用于生物脱氮时,可获得比常规活性污泥法好得多的效果。罗建中[4]等对此方法进行了研究,试验结果表明:先对焦化废水进行曝气吹脱,10h氨氮去除率达73.7%;用缺氧-SBR工艺处理焦化废水,进水质量浓度COD1474mg/L,NH3-N826.8mg/L时,缺氧SBR10h,曝气SBR10h,沉降2h,出水COD186mg/L,NH3-N290.25mg/L,去除率分别达到88%和65%。

  4结语

  焦化生产过程中产生的废水,给环境带来持久性有机污染物的危害已经出现,加剧了我国环境形势的严峻性,焦化废水脱氮治理的这一世界性环保难题,我国目前采用的A/O法,技术手段尚有局限,必须优化其工艺路线并开发新的污水净化技术,实现焦化废水处理的高效化、大型化和实用化。焦化企业要严格执行环境保护的基本国策,加大废水治理力度,促进经济与环境的协调发展,创建节约型“清洁型”循环发展型的焦化企业。

  [参考文献]

  [1]曾高.A-A/O法在焦化废水处理上的应用[J].湖南冶金,2003,31(3):39.

  [2]刘柒变,等.A/O生物法脱除焦化废水中氨氮的工艺及影响因素[J],煤化工.2004,(3):52-57.

  [3]杨平,生物流化床A-A/O工艺处理焦化废水中试研究[J].化工学报,2002,53(10):1085-1088.

  [4]罗建中,等.缺氧-SBR工艺处理焦化废水[J].城市环境与城市生态,2001,14(4):58-62.

  [作者简介]周长丽(1967-),女,硕士,副教授,从事化工和环境多个有关专业的教学工作。

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