节能型焦化污水生物脱氮新工艺的生产性试验研究.pdf

节能型焦化污水生物脱氮新工艺的生产性试验研究 ＊ 孙 娟 单明军 白 扬 彭婷婷 周亚男 辽宁科技大学化工学院, 辽宁 鞍山 114051 摘要 采用节能型生物脱氮新工艺对黑龙江某焦化厂的污水处理站进行生产性试验研究, 结果表明 处理后出水达到 GB8978-1996污水综合排放标准一级, 并可回用于熄焦。该工艺适合推广应用于焦化污水、垃圾渗滤液、养殖、化肥 等高含氮有机污水的处理。 关键词 节能型; 焦化污水; 生物脱氮 THE FULL-SCALE TESTON A NEW ENERGY -SAVING PROCESS OF BIOLOGICAL DENITRIFICATION FOR TREATING COKING WASTEWATER Sun Juan Shan Mingjun Bai Yang Peng Tingting Zhou Yanan Chemical College, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China Abstract A new energy-saving process of biological denitrification was used for treating coking wastewater in a sewage treatment station in Heilongjiang Province. It is showed that the water quality of the final effluent meets the first grade of“Integrated Wastewater Discharge Standard” GB8978-1996and the water can be reused in quenching coke. This process is quite suitable for treating the high nitrogen concentration organic wastewater, such as coking wastewater, landfill leachate, poultry and livestock wastewater, chemical fertilizer wastewater and so on. Keywordsenergy -saving; coking wastewater; biological denitrification ＊辽宁省教育厅科技研究项目资助 20060436 ; 鞍山市科技计划项 目 2007SF16 。 0 引言 焦炭是钢铁产业的基础原料, 随着钢铁产业的快 速发展,焦化污水的排放也日益严重。焦化污水组成 复杂 ,浓度高、 毒性大 ,对环境造成极大的污染 。据统 计,绝大多数焦化企业对焦化污水的处理效果不理 想,生化处理出水的 COD 含量均很高,大部分企业不 达标, 去除率一般在 80以下, 其中最为突出的是氨 氮去除率均低于 30。而现有的能实现 COD、氨氮 达标排放的生物处理方法的初期工程投资大 ,占地面 积大 ,进水水质要求苛刻 ,吨水处理运行费用高,使得 大多数企业难以接受 。 节能型生物脱氮新工艺打破了传统硝化反硝化 生物脱氮技术的模式 ,将污水中的氨氮进行部分亚硝 化,利用未硝化的污染物质 氨氮作为电子供体与 电子受体 亚硝酸盐氮在厌氧氨氧化菌的作用下 直接脱氮 ,无需硝化液回流和外加碳源 ,具有耗能低、 占地少 、 碱投加量少、污泥产量低 、建设资金少、运行 费用低、 处理效率高等优点。 1 试验部分 1. 1 试验现场及污水水质 本生产性试验研究在黑龙江省某焦化厂污水处 理站完成。该厂主要以生产焦炭为主,副产品主要有 煤焦油和粗苯等 。在生产过程中 , 产生大约65 m 3 h 的污水。该污水组成复杂 ,有机污染物、氨氮浓度高, 毒性大 。处理后污水各项指标须达到 GB8978-1996 污水综合排放标准一级标准。其水质情况及排放 标准见表 1。 1. 2 工艺流程 节能型生物脱氮新工艺流程如图 1 所示。该工 艺 好氧池 、 厌氧池均采用生物膜法 将一段好氧控制 在部分亚硝化阶段, 含有氨氮和亚硝酸盐氮的焦化污 水进入到厌氧池 厌氧氨氧化池 直接脱氮,二段好氧 控制在硝化阶段 ,进一步去除 COD, 并使厌氧段未反 应的少量氨氮和亚硝酸盐氮转化为硝酸盐氮 ,保证处 75 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 表 1 该厂污水水质及排放标准 指标pHρ COD mgL- 1 ρ NH 4 - N mgL- 1 ρ 氰化物 mgL- 1ρ 酚 mgL- 1ρ 石油类 mgL- 1色度 倍 污水水质8～ 91 000～ 3 000200～ 40040～ 50500～ 60030～ 50500～ 1 000 排放标准6～ 9≤ 100≤15≤ 0. 5≤0. 5≤ 10≤50 理后的出水稳定达标 。 图 1 节能型生物脱氮新工艺流程 1. 3 现场调试与运行 黑龙江某焦化厂污水处理站现场处于高纬度地 区,冬季气候寒冷-35 ～ -20 ℃ , 早晚温差大, 而 新工艺对反应池内的水温要求较高 ,一般控制在30～ 35 ℃,因此, 该气候条件会对工艺的生化反应造成影 响,不利于现场调试与系统的正常稳定运行。 1. 3. 1 系统污泥启动 在现场通过采取各种保温措施 ,使系统好氧污泥 启动温度维持在 17 ～ 23 ℃, 此温度条件下, 将水质水 量均衡后的焦化污水进入一段好氧池。由于焦化污水 中微生物可利用的碳源较少 ,且不含磷等营养盐。因 此,加入少量葡萄糖、 磷盐、铁盐等微生物生长所需的 营养物,并控制营养比例 BOD5∶ N∶ P 为100∶ 5∶ 1。 通过显微镜观察 ,活性污泥由启动初期大量的细 菌,经过一段时间的闷曝后,出现了少量的豆形虫 、 肾 形虫等原生动物 ,此时 , 向一段好氧池内投加适量的 亚硝酸菌种加速菌群的繁殖, 并采用间歇进水的方式 来补充一段好氧池内的热量, 使池内温度维持在17～ 23 ℃,经过近 1 周时间的驯化, 活性污泥出现大量的 肾形虫和少量的钟虫, 此时 ,再向一段好氧池投加亚 硝酸菌种, 加强与池内原有污泥进行的接种过程, 经 过5 d左右的培养 、 驯化,污泥系统完成了以大量的钟 虫、 累枝虫等为主导的活性污泥体系的转化过程, 活 性污泥微生物的变化过程如图 2 所示 。 图 2 微生物变化过程 厌氧污泥的启动是按 BOD5∶ N∶ P 为 200∶ 5∶ 1 的 比例进行营养盐投加的 , 温度控制在 33 ～ 35 ℃,pH 值在 7. 6～ 7. 8。同时,逐步进入一段好氧池含有氨氮 和亚硝酸盐氮的出水 ,经大约50 d厌氧氨氧化菌的培 养驯化 ,厌氧池表面产生大量的氮气泡 , 通过监测出 水中的氨氮和亚硝酸盐氮 , 两指标数值均大幅度降 低,表明脱氮菌存在并开始作用。 1. 3. 2 现场调试及稳定运行 污泥启动完成后, 采用连续进水方式 ,焦化污水 与工业水的配水比为 1∶ 1. 7, 整个系统温度控制在 28～ 35 ℃。调试过程中通过补充工业用碳酸钠来维 持好氧池中水的碱度, 控制 pH 值在 7. 3 ～ 7. 8 和 7. 6～ 8. 1。 逐步将焦化污水与工业水的配水比降为 1∶ 1 左 右,经过近 3 个月的调试,系统均处于稳定运行状态。 主要污染指标 COD 和氨氮的去除率如图3 所示。 图3 COD 和氨氮的去除率 在系统调试过程中, 由于焦化厂剩余氨水蒸氨系 76 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 统的不稳定, 造成污水处理站进水 COD 和氨氮浓度 突然升高, 分别为1 846,355 mg L ,极大地冲击了活性 污泥系 统, 好氧池中 的微生物 活性被高浓 度的 NH 4- N等有毒物质所抑制, 系统出水 COD 和氨氮大 幅度上升 , 分别为 145. 2, 54. 7 mg L 。 如图 3 所示, 从 第37 天开始, 蒸氨系统出现异常 , 过高的 COD 和氨 氮负荷冲击了污水处理系统, 出水不能正常达标, COD和氨氮的去除率明显下降。同时镜检发现大量 微生物死亡,钟虫完全消失, 出现大量胞囊 。为了尽 快地恢复系统的处理能力 , 现场采用减少进水 COD 和氨氮负荷的方式 ,通过增加工业用水的配水量, 并 提高好氧系统的曝气量, 使微生物逐渐适应较高的氨 氮负荷 。经过一个多月的调整, 污泥系统恢复正常, 出水指标达到GB8978- 1996 一级标准。 2 效益分析 2. 1 经济效益分析 工艺稳定运行时 ,新工艺的经济技术指标如下 1药剂消耗 。药剂消耗主要包括 2 方面 工业 用碳酸钠和工业用磷酸氢二钾 ,见表2 。 表 2 药剂消耗 项目单价 元t- 1年用量 t总计 万元a - 1 工业用碳酸钠2 85013037. 1 工业用磷酸氢二钾8 50086. 8 2能源消耗。能源消耗主要包括 2 个方面 配 水用量和耗电量 ,见表 3。 表 3 能源消耗 项目单价年用量总计 万元a - 1 配水4. 0 元 t57 万 m3 a228 耗电量1. 2 元 kW94 万 kW a112 . 8 2. 2 综合效益分析 1 该处理站焦化污水经节能型生物脱氮新工艺 处理后达到GB8978- 1996 一级标准,可以直接排放, 也可将处理后的出水一部分回送熄焦,未发生设备腐 蚀和氨氮逸散的二次污染问题 。 2 未采用本工艺时 ,每年缴纳的排污费平均约在 228 万元以上 。采用本工艺后, 每年缴纳的排污费约 100 万元 ,可节省 50 以上。 3 结论 1 该厂焦化污水站采用新工艺处理后 ,出水COD 去除率达到 91～ 94, 氨氮的去除率达到 95以 上,达 GB8978-1996 一级排放标准 。 2 经处理后的焦化污水可直接回用于熄焦 ,不发 生设备腐蚀及氨氮逸散的二次污染问题 。大大提高 了处理后污水的利用价值 ,节约了水资源 。 3 采用新工艺处理焦化污水动力消耗小、处理仅 为6. 91 元 t 、稳定性和可操作性良好, 适合应用于高 含氮 、 高浓度有机污染物的污水处理 。 参考文献 [ 1] 单明军, 吕艳丽, 丛蕾. 焦化废水处理技术[ M] . 北京 化学工业 出版社, 2007 126. 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