高效生物强化技术处理焦化废水的中试研究.pdf

水 污 染 治 理 高效生物强化技术处理焦化废水的中试研究 包焕忠 曹国强 王 丽 山东美陵中联环境工程有限公司, 山东 淄博 255430 摘要 采用高效生物强化技术对焦化废水进行中试规模的处理研究。 结果表明 处理系统的 COD 去除率可达到 97 以上, 氨氮和挥发酚的去除率分别达到 97和 100。 出水水质满足 GB13456-1992钢铁工业水污染物排放标准一 级标准的要求。 关键词 高效生物强化技术; 焦化废水; 中试研究 PILOT TESTINGOF TREATING COKING WASTEWATER USING HIGHLY EFFICIENT BIOSTENGTHENING TECHNOLOGY Bao Huanzhong Cao Guoqiang Wang Li Shandong Meiling Zhonglian Environment Engineering Co. , Ltd, Zibo 255430, China Abstract Itwas researched treatment of coking wastewater using highly efficient biostrengthening technology in pilot test. The results showed that this treating system s removal rate of COD, ammonia nitrogen and volatile phenol could be separately up to 97, 97 and 100. The effluent quality of the system could meet the first-order of “Emission Standard for Water Pollutants of Iron coking wastewater;pilot test 0 引言 焦化厂主要生产焦炭和煤气, 并回收焦油 、 苯 、 萘 等副产品 ,但是煤高温裂解和荒煤气冷却过程中产生 了大量的焦化废水 。焦化废水以蒸氨过程中产生的 剩余氨水为主要来源 。剩余氨水主要由以下三部分 组成 1 装炉煤表面的湿存水; 2 装炉煤干馏产生的 化合水; 3 添加入吸煤气管道和集气管循环氧水泵内 的含油工艺废水 。剩余氨水的特点是 1 水量大, 占 焦化厂废水量的 50以上; 2 水质复杂 ,组分种类繁 多,除含有氨、 氰 、 硫氰根等无机污染物外,还含有酚、 油类 、 萘、吡啶、喹啉 、 蒽和其他稠环芳烃化合物等 ; 3 污染物 浓度高 , 其中 氨和苯酚 的含量分别 高达 3 000～ 5 000 mg L和1 000 ～ 1 500 mg L , COD 含量在 6 000～ 10 000 mg L之间 [ 1] 。由此可见 , 剩余氨水是 焦化厂最重要的酚氰废水源, 是含氨的高浓度酚水, 也是一种很难处理的生产废水。目前焦化废水一般 按常规方法先进行预处理 ,然后进行生物脱酚二次处 理,但处理后排放的废水中的氰化物 、 COD 及氨氮仍 很难达标 ,针对这种状况国内外学者开展了大量的研 究找到了许多比较有效的焦化废水治理技术 ,大致分 为生物法、化学法 、 物化法和循环利用等四类 [ 3] 。焦 化废水治理技术能否成功应用 , 主要受三个因素制 约 处理效果、 投资运行费用以及是否造成二次污染, 目前的各种治理技术还不能完全满足这三方面的要 求,它们各有优缺点 [ 3] 。 本文研究采用脱氮 - QBR-沉淀处理工艺 QBR 为高效生物强化技术的主要设施 处理某焦化厂的焦 化废水,为将高效生物强化技术引入焦化废水处理领 域提供技术支持 。 1 高效生物强化技术简介 高效生物强化技术处理废水的主要设施是 QBR Quick BioReactor , 即快速生物反应器 。 QBR反应器 即QBR池 的作用是利用其中生长 的特殊的微生物使传统的活性污泥法无法处理的高 浓度毒性废水中的大部分难生化降解及易生化降解 的有机物在好氧条件下快速、经济地得到降解的生物 前处理工艺 。由于特殊的微生物是从长期生存在含 有高浓度毒性的某些有机化合物的环境中分离筛选 42 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 得到的,在微生物的酶的降解作用下降低废水或废气 的生物毒性 ,提高其可生化性, 为高浓度毒性有机废 水的后续处理创造有利条件。QBR 池为钢筋混凝土 结构 ,池内水温控制在 30～ 40 ℃, 处理负荷 COD 为 10～ 20 kg m 3d , 容积负荷比传统活性污泥法提高 10 倍以上。 2 试验方法 2. 1 试验用水 为考察高效生物强化技术对焦化废水处理的广 谱适用性 ,生化降解试验用水为预先经过气浮脱去大 部分焦油类物质的某焦化厂焦化废水, 废水水质 见表 1。 表 1 某焦化厂废水水质指标 mg L pH 除外 ρ CODρ NH3- Nρ 氰化物ρ 挥发酚pH ≤3 500≤ 750≤10≤9006～ 9 2. 2 试验流程 图 1 试验流程 试验流程如图 1 所示。中试装置采用脱氮 - QBR-沉淀处理工艺 。首先将预先经过气浮脱去大 部分焦油类物质的某焦化厂的焦化废水通过计量泵 送入脱氮池,并向脱氮池中投加反硝化细菌生长所需 的营养液以及调节水质的酸或碱, 在脱氮池中反硝化 细菌的作用下将来自 QBR中的硝化混合液经过生物 脱氮作用转化成氮气并从水中溢出至大气中 ,同时废 水中的有机物可被用做反硝化细菌生长所需的有机 碳源而去除一部分COD; 脱氮池出水靠重力流入QBR 池, 向QBR池中投加营养液以及有利于硝化反应进 行的碱液并通入空气 ,在 QBR池中, 废水中的有机物 被特殊高效的微生物菌种生化降解且去除率较高 ,同 时,废水中的氨氮在好氧条件下被硝化细菌和亚硝化 细菌氧化成硝酸盐和亚硝酸盐 ,通过硝化后的混合液 一部分流入二沉池进行固液分离, 另一部分内回流至 脱氮池 ; 从 QBR 中排入二沉池中的混合液经过沉淀 固液分离 处理后出水中的COD、 挥发酚、 氨氮、氰化 物及 pH 值可达到 GB13456 -1992钢铁工业水污染 物排放标准一级标准的要求, 二沉池的污泥全部外 回流至脱氮池。 试验装置设计处理规模为 10 L h即 0. 24 m 3 d。 2. 3 试验装置及设计参数 脱氮 池材质为 Q235 碳钢 防腐, 尺寸 为 0. 42 m ,H 1. 7 m, 有效水深为 1. 42 m , 有效容积约 为0. 2 m 3 ,池内温度控制在 25～ 40 ℃, 池内 pH 控制 在6. 5～ 7. 5,DO 0. 5 mg L ,停留时间控制在 10 h 。 QBR池材质为 Q235 碳钢防腐 , 尺寸为 0. 6 m ,H 1. 7 m , 有效容积为 0. 4 m 3 , 池内温度控制在 20～ 40 ℃, pH 值在 8. 0～ 8. 4,MLSS 控制在4 000 mg L 左右, 表面负荷为 0. 85 m 3 m2d , COD 容积负荷为 1. 225 g Ld , 气水体积比为 20∶ 1, DO 控制在 2. 5 mg L ,停留时间控制在 40 h 。污泥内回流比控制 在200。 二沉池材质为 Q235 碳钢防腐, 尺寸为 0. 55 m ,H 1. 2 m , 有效容积为 0. 2 m 3 , 停留时间为 20 h。 污泥外回流比为 100。 营养液储罐 、 硫酸储罐及氢氧化钠储罐有效容积 均为 20 L 。 2. 4 接种Q-abc 生物制剂 本次试验采用向QBR内投加Q-abc 生物制剂 ,由 于Q-abc 为固态产品 ,在使用前需要活化 , 可直接将 其投加到QBR 中与废水混合培养,通过观察废水 DO 的变化曲线 ,判断细菌性状的恢复情况 , 试验表明经 过24 h 的混合培养后微生物恢复活性 。 2. 5 测试方法 COD用重铬酸钾法测定 [ 4] ; 氨氮浓度用纳氏试剂 分光光度法测定 [ 4] ; 挥发酚用 4 - 氨基安替比林分光 光度法测定 [ 5] ; 氰化物用异烟酸 -吡唑啉酮分光光 度法测定 [ 4] 。 3 试验结果与讨论 1 处理系统对 COD 的去除效果见表 2。2 处理 系统对挥发酚、氨氮及氰化物的去除效果分别见 表3～ 表 5。 4 结论 1 采用脱氮 脱氮池 - QBR-沉淀 二沉池 处 理工艺可有效地去除焦化厂废水中的COD、氨氮和挥 发酚 。试验结果表明 ,此工艺用来处理焦化废水是可 行的 。 2 表2 结果显示 ,处理系统经过连续 15 d 的运行 43 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 表 2 处理系统对 COD的去除效果 运行时 间 d 进 出水 量 Lh- 1 进水 ρ COD mgL- 1 出水 ρ COD mgL - 1 COD 去除 率 03 33 4903 420. 22 13 33 4932 617. 525 23 33 4921 849. 747 36 63 495977. 272 46 63 494523. 585 56 63 495383. 989 610 103 493314. 191 710 103 492279. 292 810 103 491209. 494 910 103 491139. 696 1010 103 49069. 898 1110 103 49569. 998 1210 103 49670. 198 1310 103 49370. 098 1410 103 49469. 898 1510 103 49369. 898 表 3 处理系统对挥发酚的去除效果 运行时 间 d 进 出水 量 Lh- 1 进水挥发 酚 mgL- 1 出水挥发 酚 mgL- 1 COD 去除 率 03 3895863. 673. 5 13 3894567. 4336. 6 23 3892400. 9655. 2 36 6896120. 8386. 5 46 689525. 0697. 1 56 68970. 91399. 89 610 108930. 0100 710 10895 810 10896 910 10894 1010 10893 1110 10895 1210 10896 1310 10894 1410 10893 1510 10895 处理 , 第 10 天废水中的 ρ COD 由进水 浓度为 3 490 mg L下降到出水浓度为69. 8 mg L 且以后有5 d 达到此值 排放标准为 100 mg L , COD 的去除率高 达98。 表 4 处理系统对氨氮的去除效果 运行时 间 d 进 出水 量 Lh- 1 进水氨氮 mgL- 1 出水氨氮 mgL - 1 COD 去除 率 03 3745743. 50. 20 13 37447420. 40 23 37437390. 81 36 67467282. 28 46 67457035. 64 56 6747604. 3918. 87 610 10744505. 7132. 12 710 10746345. 3653. 64 810 10744222. 0270. 20 910 1074698. 6886. 75 1010 1074524. 6796. 69 1110 107435. 9299. 21 1210 107465. 9899. 19 1310 107445. 9499. 22 1410 107455. 9699. 20 1510 107435. 9299. 21 表 5 处理系统对氰化物的去除效果 运行时 间 d 进 出水 量 Lh- 1 进水氰化物 mgL- 1 出水氰化物 mgL - 1 COD 去除 率 03 39. 859. 602. 56 13 39. 847. 5922. 94 23 39. 824. 3755. 63 36 69. 851. 9879. 90 46 69. 860. 93290. 54 56 69. 840. 4895. 13 610 109. 870. 4795. 10 710 109. 850. 4695. 12 810 109. 830. 4495. 11 910 109. 840. 4595. 11 1010 109. 860. 4795. 09 1110 109. 820. 4695. 12 1210 109. 830. 4795. 11 1310 109. 850. 4695. 12 1410 109. 840. 4595. 11 1510 109. 820. 4695. 12 3 处理工艺有很强的脱氮效果 。通过试验得到 对氨氮的去除率可达 99以上 , 但是系统运行处理 的前 5 天对氨氮的处理效果很低 ,系统运行至第6 天 下转第 48 页 44 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 酸钠比例为 5时颗粒有最高吸附率 88. 42, 这是 因为颗粒破碎, 增大了比表面积, 这可以从其散失率 为 9. 02得到证明 。当添加硅酸钠比例为 15时, 颗粒的吸附率为 86. 08, 散失率几乎为 0。 故确定黏结剂硅酸钠的添加比例为 15。 3 结果讨论 通过以上实验研究结果表明, 蒙脱石与粉煤灰的 混合比、 焙烧温度及黏结剂的添加比例等因素均对复 合颗粒的强度和吸附率有一定影响。综合考虑复合 颗粒的吸附性能和强度确定颗粒制备较佳的工艺条 件为 蒙脱石 粉煤灰复合颗粒的配比为 6∶ 4,焙烧温 度105 ℃,黏结剂硅酸钠的添加比例为蒙脱石 粉煤 灰总质量的15。 在上述工艺下制备的复合颗粒用于吸附处理初 始浓 度为 20 mg L 的 含 Zn 2 废 水, 吸 附率 可达 94. 23, 其残留浓度为 1. 15 mg L , 低于国家一级排 放标准 2 mg L , 且散失率几乎为0。 参考文献 [ 1] 胡友彪, 张慰, 王世超. 粉煤灰对重金属废水的吸附性能研究 [ J] . 煤炭科学技术, 2007, 35 7 92 -94. [ 2] 王春平, 胡章计. 膨润土在治理环境污染中的应用[ J] . 邢台学 院学报, 2006, 21 4 114 -116. [ 3] 刘萍, 李凯, 周海波. 改性蒙脱土处理工业废水的试验研究[ J] . 煤矿环保, 2007 6 93 -95. [ 4] 王湖坤, 龚文琪, 胡婧. 粉煤灰-累托石颗粒吸附材料处理含重 金属废水[ J] . 武汉理工大学学报,2007, 29 8 62 -66. [ 5] 王士龙, 张虹, 郭晓宇, 等. 用粉煤灰处理含锌废水的试验研究 [ J] . 化学推进剂与高分子材料,2003, 1 2 15-17. [ 6] 滕宗焕, 陈建中. 改性粉煤灰的吸附机理及其在废水处理中的 应用[ J] . 西南给排水, 2007, 29 4 23 -27. [ 7] 王湖坤, 龚文琪, 胡婧. 粉煤灰-累托石颗粒吸附材料处理含重 金属废水[ J] . 武汉理工大学学报,2007, 29 8 62 -66. [ 8] 刘萍, 李凯, 周海波. 改性蒙脱土处理工业废水的试验研究[ J] . 煤矿环保, 2007 6 93 -95. [ 9] 施惠生, 刘艳红. 膨润土对重金属离子 Pb2 , Zn2 , Cr VI , Cd2 的吸附性能[ J] . 材料导报, 2006,7 4 56 -60. [ 10] 丁述理, 彭苏萍, 刘钦甫, 等. 膨润土吸附重金属离子的影响因 素初探 以Zn2 为例[ J] . 岩石矿物学杂志, 2001, 20 4 579 - 582. [ 11] 王忠安, 朱一民, 魏德洲, 等. 钙基膨润土吸附废水中锌离子的 研究[ J] . 有色矿冶, 2006, 22 2 45 -47. 作者通信处 付桂珍 430070 武汉市武昌珞狮路 122 号 武汉理工 大学资源与环境工程学院 E -mail fgzh 163. com 2008- 08-04 收稿 上接第 44页 起对氨氮的去除幅度较大 ,系统运行至第 11 天基本 上可以完全去除氨氮且能稳定运行至第 15 天。 4 处理工艺对挥发酚也具有很强的去除效果。 通过试验得到可以完全去除挥发酚 。 5 处理工艺对挥发酚的去除效果优于对氨氮的 去除效果, 并且完全去除挥发酚的用时比较短 ,系统 运行到第 6 天即可完全去除挥发酚。 6 处理工艺对氰化物也有较好的去除效果,系统 运行处理至第 5 天时氰化物由进水的 9. 8 mg L 下降 至0. 48 mg L 排放标准为 0. 5 mg L , 且以后 10 天可 连续稳定运行。系统对氰化物的去除率大于 95。 参考文献 [ 1] 郝卓莉, 王爱军, 朱振中, 等. 膜吸收法处理焦化厂剩余氨水 中氨氮及苯酚[ J] . 水处理技术, 2006, 32 6 16 -20. [ 2] 滕朝华. 焦化剩余氨水处理方案初探[ J] . 冶金动力, 2002, 90 2 42 -45. [ 3] 焦化废水处理技术应用[ EB OL] . http www . chinacitywater. org rdzt jhfsh 13858. shtml. 2007 -05 -22. [ 4] 国家环保局. 水和废水分析监测方法[ M] . 4 版. 北京 中国环 境科学出版社, 2002. [ 5] 王乃祥, 沈志松, 陈洁. 充气膜污染机理及膜清洗方法的初步 研究[ J] . 化工环保, 1998 18 3 -7. 作者通信处 包焕忠 255430 山东省淄博市临淄区齐陵路 56 号 山东美陵中联环境工程有限公司 电话 0533 7086701 E -mail bhz2004177sina . com 2008- 08-12 收稿 48 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期