（市政工程专业论文）焦化废水曝气生物滤池深度处理试验研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 焦化废水曝气生物滤池深度处理试验研究 摘要 焦化废水成分复杂，生物难降解有机物含量高，水质、水量变化较大， 而传统的活性污泥法生物处理工艺对c o d 和n h 。州的去除效果不够理想，大 多数的焦化厂废水处理未达标排放，给环境和人体带来危害。在原有焦化 厂废水处理工艺的基础上增加一种经济技术合理的深度处理工艺，使废水 达标排放，使很有必要的。研究表明：曝气生物滤池由于其自身优点，用 于为达标焦化废水的补充处理是可行的。 本试验研究中，使用不同粒径、池型的曝气生物滤池处理未达标焦化 废水的深度处理，研究结果表明：系统对c o d 和鹏州的去除比较稳定。进 水c o d 浓度2 0 4 6m g l 一2 5 9 9 m g l ，肥州浓度1 2 0 8 m g l 一2 1 3 6 m g l ，系 统在合适的运行条件下，工艺对仍以肥1 v 平均去除率分别为5 0 、4 0 左右。 在试验中使用三种不同粒径的滤料，分别为1 2 m m 、2 - 3 m 、3 - 5 r a m ，填 充三个相同的反应器，采用三种不同的池型，为滤层全部为好氧区、滤层 好氧区与缺氧区容积比3 ：1 、好氧区与缺氧区容积比1 ：1 ，在此条件下对未 达标焦化废水进行处理研究。 结果表明滤层全部为好氧区时，粒径为1 2 t m 的反应器在气水e t l - 7 时 删去除率和气水比很大时的去除率是相近的，流量在5 6 3 3l d 之间( 水 力停留时间2 1 - 1 6 h ) ，去除率能保持在4 5 以上，耐冲击负荷能力强。粒径 为2 - 3 r a m 滤料在气水比2 8 、流量在2 5 2 5 7 2l d ( 水力停留时间4 3 1 9 h ) 时，彻去除率可保持再5 0 左右，其稳定性较好。粒径为3 - 5 r a m 的去除效 果在其它两者之间，气水l l 4 - 8 、流量在2 6 7 - 5 4 6l d 之间( 水力停留时 间4 2 - 2 1 h ) ，c o p ：z ：除率可保持再5 0 左右，但稳定性差。 t 太原理工大学硕士研究生学位论文 好氧区与缺氧区容积比3 ：1 时，粒径为1 - 2 r a m 的滤料在气水比为2 ：1 、流 量在8l d ( 水力停留时间1 4 h ) 时c o p ：去除率达至u 3 9 ；在流量大于7l d 、 气水比在4 ：1 时对肥的去除率达至0 3 2 。粒径为2 3 m m 的滤料对c o d 的去 除效果最好，在气水比2 - 5 、流量8 - 1 2 8l d ( 水力停留时间1 4 - 9 h ) 时c o d 去除率达至u 4 2 以上；而且在流量在8l d 左右、气水比在5 ：1 时对v h ，- n 有 好的去除效果，其去除率可达7 0 ，粒径为3 5 m 的滤料在气水比4 ：l 、流 量2 l d ( 水力停留时间4 2 h ) 时磁除率较高；在流量大于1 0l d ( 水力 停留时间1 l h ) 、气水比在4 ：1 时对n h ，- n 的去除率达到5 0 。 好氧区与缺氧区容积比为l ：l 时不论对c o d 还是n h 4 - n 的去除率都较 低，稳定性也较差。 在此研究中，不投加碳源和碱度，曝气生物滤池工艺处理未达标焦化 废水，出水水质可达污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 中第二类污染 物最高允许排放要求的二级标准，即：c o d 1 5 0 m g l ，觚州 0 4 20 1 5 0 r 3 5 b o d 门曙( n 2 6 9 5 2 2 1 5 2 2 2 8 6 等参数，有利 于提高脱氮率。 山东薛城焦化厂【1 8 噪用内循环a o 生物脱氮工艺处理焦化废水，进水n h 4 + 一n 为 3 1 9 m g l ，出水低于1 0 m g l ，去除率达8 0 以上，各项指标均可达标。北京焦化厂【1 9 1 采用a o 生物脱氮工艺处理焦化废水，进水n h 4 + 一n 为3 0 0 m g l ，出水小于1 5 m g l 。 通过在彳d 工艺的缺氧池和好氧池投加填料或采取辅助措施，能取得更好的脱氮效 果。鞍山焦耐院口0 1 采用a o 工艺( 厌氧固定膜) 进行了焦化废水生物处理的生产性试验， 进水n h 4 + 一为4 0 0 m g l ，出水低于5 m g l ，去除率高达9 8 8 ；进水c o d c r 为 1 7 0 0 m g l ，出水小于1 0 0 m g l ，去除率大于9 4 1 。罗建中等【2 i 】，采用用缺氧s b r 工 艺处理焦化废水，对焦化废水进行曝气吹脱，1 0 h 氨氮去除率达7 3 7 ；进水c o d 浓度 1 4 7 4 m g l 、n h a - n 浓度8 2 6 8 m g l 时，缺氧s r t = 1 0 h ，s b r 曝气1 0 h ，沉降2 h ，出水 c o d 达1 8 6 m g l 、n h a - n2 9 0 2 5 m g l ，去除率分别达到8 7 8 3 、6 4 9 。同济大学【2 2 】 采用厌氧- 好氧法处理焦化废水中的有机物和吼+ 一n ，在厌氧和好氧反应器中均放置 半软性填料，取得了较好的处理效果。采用回流比为8 2 ，厌氧段和好氧段的水力停留 时间分别为5 h 和1 2 h ，当进水的c o d c r 和n h , + 一n 浓度分别为1 7 2 5 m g l 和2 6 6 m g l 时，去除率分别达到9 4 5 和8 8 7 。 2 、a - a o 及其变型工艺法 么爿o 是a o 的变形工艺，与a o 工艺相比，对难降解有机物和n h 4 + 一n 具有更 好的去除效果。m i n z h a n g 2 3 1 等对a 1 a 2 o 工艺与a 2 o 工艺的比较试验表明：a 1 a 2 o 工艺在n h j - n 去除和反硝化方面均优于a 2 o 工艺，特别是反硝化率方面a 1 a 2 - o 工艺 是a 2 0 工艺的两倍。何苗1 2 4 等人采用厌氧缺氧好氧工艺处理焦化废水，当进水的 c o d c r 和n h 4 + 一浓度分别为1 3 0 0 m g l 和2 4 5 m g l 时，出水浓度分别为1 9 0 m g l 和 1 9 6 m g l ，去除率分别达到8 5 4 和9 2 o 。邵林广【1 刁用内填y d t 弹性立体填料的水解 ( 酸化) 缺氧- 好氧固定床生物膜系统处理焦化废水，结果表明：当进水c o d c , 和 n h 4 + 一n 浓度分别为1 0 6 5 m g l 和2 5 3 m g l 时，系统水力停留时间为3 3 5 h ，混合液回 流比为3 6 时，出水浓度分别为1 8 0 m g l 和5 m g , l ，去除率分别达到8 3 和9 8 。舒文 龙1 2 5 1 采用厌氧缺氧好氧过滤工艺处理焦化废水取得了良好处理效果：当进水c o d o 和n h 4 + 一n 浓度平均值分别为1 5 3 7 m g l 和2 2 5 7 m g l 时，出水浓度平均值分别为 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 6 3 5 m g l 和1 9 9 m g l ，去除率分别达到9 5 7 和9 9 o ；采用厌氧一缺氧好氧一混凝沉 淀工艺处理焦化废水得出：当进水c o d c , 和n h 4 + 一n 浓度平均值分别为2 0 7 7 m g l 和 1 8 3 5 m g l 时，出水浓度平均值分别为1 2 5 m g l 和2 1 m g l ，去除率分别达到9 4 o 和 9 8 9 ；采用厌氧缺氧一好氧- 混凝过滤工艺处理焦化废水取得更好的处理效果：当进水 c o d c , 和n h 4 + 一n 浓度平均值分别为1 2 7 0 m g l 和2 3 4 5 m g l 时，出水浓度平均值分别 为7 0 o m g l 和0 4 8 m g l ，去除率分别达到9 4 2 和9 9 8 。 3 、s b r 法 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr ea c t o r ) 法，即序批式活性污泥法，是一种新型高效低耗 的废水生物处理技术。7 0 年代由美国r l 2 r v i n e 教授口62 7 1 发起，美、日、加等国学者于 8 0 年代后期分别对s b r 进行了重新评价和研究，并陆续兴建了数百座s b r 污水处理厂。 9 0 年代，我国陆续在城市污水、水产品加工、屠宰、肉类加工、制药和化工废水、焦化 废水等污水治理工程中使用了s b r 法，目前s b r 法已得到广泛的应用。 s b r 为序批式反应器，即其运行工况无论在空间上还是时间上均以按序排列、间歇 操作为主要特征。每个s b r 的运行操作在时间上按运行次序分为五个阶段，即进水、反 应、沉淀、排水、闲置，成为一个完整的运行周期阱1 。 传统或经典的s b r 工艺形式在工程应用中存在一定的局限性。为了满足出水水质的 特殊要求以及减少投资，如脱氮除磷或因水量大而调节反应系统等，需对该工艺进行改 进。在工程实践中，s b r 工艺产生了多种变形工艺 2 9 1 。 a i c e a s 工艺 i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e da e r a t i o ns y s t e m ) 工艺的全称为间歇循环延时 曝气活性污泥工艺，2 0 世纪8 0 年代兴起，是s b r 的一种变形工艺。1 c e a s 与传统的 s b r 相比，其最大的特点是：反应器进水端增加了一个预反应区，连续进水，间歇排水， 没有明显的反应阶段和闲置阶段；费用更省，管理更方便；通常水力停留时间较长。 b 翻s s ( c a s t ，c a s p ) 工艺 c a s s ( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) 或e 4 盯( t e c h n o l o g y ) 或c 4s _ p ( p r o c e s s ) 工艺是一种循环式活性污泥法，从i c e a s 发展而来，由g o r o n s z y 开发并在美国和加拿大获得专利。c a s s 工艺与i c e a s 相比，在反应器的设计上更加优 化合理，运行方式上沉淀阶段不进水，排水稳定性高。该工艺适宜于工业废水所占比例 大的城市污水及要求脱氮除磷的污水处理。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 c d a t i a tt 艺 d a t i a t 工艺是s b r 的又一种变形工艺，其主体构筑物由需氧池 ( d e m a n da e r a t i o nt a n k ，d a t ) 和间歇曝气池( i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt a n k ，1 a t ) 组成。一般情况下，d a t 池连续进水，连续曝气，其出水进入i a t 池，在此完成曝气、 沉淀、滗水和排泥工序。与c a s s 工艺相比，d a t 池是一种更加灵活、完备的生物选择 器。d a t 池和i _ a t 池能够保持污泥龄和较高的m l s s 浓度，对有机负荷及毒物有较强的 抗冲击能力，易满足脱氮除磷的条件，是一种很好的脱氮除磷工艺。 d 其它新型s b r - r 艺 为满足日益提高的出水水质要求，使微生物发挥各自独特的作用，更有效地去除 n h 4 + 一n 等污染物，提高反应器的耐冲击负荷能力，许多学者研究开发出了一系列新 型s b r 工艺。 a a s b r 工艺 美国教授d a g u e 等人p 0 1 把s b r 运用于厌氧处理，开发了厌氧序批式活性污泥法 ( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，a s b r ) 。a s b r 3 1 l 除了具有s b r 工艺简单、 运行方式灵活、生化反应推动力大、耐冲击负荷等优点外，主要利用间歇排水，不断排 出沉降性能较差的污泥，可进一步促进污泥颗粒化过程。 b p a c s b r 工艺 陈郭建【3 2 1 用投加粉末活性炭p a c s b r 法来处理高浓度有机废水，试验中利用粉末 活性炭的吸附作用，使混合液中难降解污染物浓度减少，大大减轻了对生物的抑制作用。 试验发现：p a c 表面高浓度基质、高浓度氧和高浓度污泥三项并存，为生化反应创造 了优于s b r 的条件。p a c 与污泥之间存在着相互调节作用，增大了基质的利用率，延 长了泥龄，提高了运转负荷，改善了出水水质，取得了优于s b r 的生化效果。研究发现： 对于焦化废水，采用p a c - s b r 法，负荷一般为0 0 2 0 0 5k g b o d j ( k g m l s s d ) 时， 可以保证出水水质 4 、复合反应器 为了克服活性污泥反应器污泥易流失，耐水质、水量冲击负荷能力差，运行不稳定 的缺点，出现了在曝气池中投加填料的复合生物反应器，在废水处理中的应用日益得到 关注。所谓复合是指生物反应器中同时存在附着和悬浮两相生物。复合生物反应器有许 多优点口3 】：污泥浓度保持较高，使得容积负荷增高，且对冲击负荷、毒性物质的适应能 太原理工大学硕士研究生学位论文 力大大增强，难生物降解物质的去除率高。吴立波等人【3 4 】采用厌氧缺氧好氧工艺并在 好氧段投加球形填料的复合生物反应器处理焦化废水，当进水的氨氮浓度为1 0 0 妇1 9 l 时，去除率稳定在9 0 以上。某研究组利用复合生物反应器生物脱氮技术处理炼油污水， 硝化率达9 8 9 9 ，脱氮率在8 1 4 以上。 5 、三相气提升循环流化床 蔡建安口5 1 通过试验证明：用三相气提升内循环流化床反应器处理焦化废水，耐酚、 氰能力强，对酚、氰、c o d 的去除效果好，c o d c 去除率达7 6 ，酚、氰的去除率则 在9 5 以上，而且曝气能耗低。 2 2 3 焦化废水强化处理技术 1 、生物铁法 生物铁法【删是在活性污泥曝气池内投加一定量的铁盐，并逐步驯化使之生成生物铁 絮凝体的一种强化活性污泥法。铁不仅是微生物生长必需的元素之一，而且是细胞色素 的重要组成部分，在生物氧化过程中起传递电子的作用。一般在投加量5 m g l 条件下， 利用曝气池中铁盐的混凝吸附作用以及铁离子对生物酶的激活作用，能降低曝气池中出 水化学需氧量与氰含量，加强曝气池内吸附、生物氧化和凝聚的过程，提高有机物的去 除率，改善活性污泥的活性和沉降性能，增加曝气池内污泥的浓度，并能承受较大的有 机物冲击负荷，抗毒能力较强。 2 、生物炭法【3 _ 7 】 向曝气池中投加粉末活性炭，借助活性炭的巨大表面积与富集作用，为微生物对有 机物的代谢降解活动提供良好条件，从而可提高去除c o d 、微量毒物以及脱色等的净 化效果。在处理过程中随二沉淀池污泥排出的活性炭再生后循环使用，投炭量一般为 2 0 3 0 0 m g l 。生物- 炭法可改善处理系统的稳定性，缓和有毒、有害有机物对好氧微 生物生长的抑制作用，且可改善污泥的沉淀性能，增加曝气池内污泥的浓度。但粉末活 性炭价贵且再生复杂，废水处理费用较高。在发达国家得到一定程度上应用。 3 、紫外线照射 紫外线照射预处理，以空气为氧化剂，以紫外线为能源，通过羟基化和羧基化反应， 在多环和杂环化合物中引入羟基和羧基，从而提高了有机物生物降解速率，改善了废水 的可生化性。 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 、投加氧化剂 臭氧和h 2 0 2 是一投加氧化剂种很强的氧化剂，它对焦化废水的作用机理与紫外线 照射作用类似，但其反应选择性较差，不宜作为原废水预处理，适合作为第二级生物处 理的前处理。臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水 中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资 高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。 5 、纷顿( f e n t o n ) 试剂法【3 9 】 纷顿试剂法又称凡“一z l 0 ，法，它兼有氧化和混凝的作用。其反应实质是利用 凡2 + 和皿d 之间反应催化生成的自由基，氧化各种有毒和难降解有机物，达到提高废 水可生化性的目的。 2 2 4 焦化废水深度处理技术 焦化废水成分复杂且难降解物质多，在二级处理后有些污染物并不能处理降解，为 使出水水质能全面达标，就须对焦化废水进行深度处理，进一步去除c o d 、n h 4 + 一n 及 难降解物。目前存在着多种深度处理技术，主要有：投加多种混凝剂、氧化塘处理法、 湿式催化氧化、炭生物膜法、折点加氯法、吸附法、过滤等。 1 、混凝法 目前，混凝剂在焦化废水深度处理方面日益得到广泛的应用。常用的混凝剂有铝系 和铁系两大类。聚合氯化铝( 尉c ) 混凝性能好，在我国水处理工艺中应用较多，但由 于其固有的缺点，在实际使用中受到很大限制；聚合硫酸铁( s ) 在上世纪7 0 年代研 究成功以来，以其在更大p h 值范围内优良的混凝性能以及对温度的良好适应性和不存 在潜在的二次污染而引起水处理界的重视，在开发应用中取得了进展。 济南钢铁总公司焦化厂f 1 0 】从实际应用和理论的角度，论证了尸f s 是常用混凝剂中 混凝性能最好、生产成本及水处理成本最低的混凝剂。孵s 与p a c 相比，具有更高的聚 合度，对口日具有更广泛的适应性，絮体具有高密度以及沉降迅速等优点。舒文龙1 2 5 采 用采用厌氧缺氧好氧混凝沉淀工艺处理焦化废水得出：当进水c o d c ，和n h 4 + 一n 浓 度平均值分别为2 0 7 7 m g l 和1 8 3 5 m g l 时，出水浓度平均值分别为1 2 5 m g l 和2 1 m g l ， 去除率分别达到9 4 o 和9 8 9 。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 、氧化塘处理技术 由于氧化塘系统具有处理效果稳定、能耗低、易管理、费用低等诸多优点，肖锦等 人 4 1 铡用稳定塘( 兼作蓄水塘) 把处理污水与利用污水相结合，实现了对城市污水水污 染的有利控制。现氧化塘已用于焦化废水的深度处理。 吴红伟等人m 通过研究发