生物流化床技術在天鐵焦化廢水處理中的應用

李 智

（金牛天鐵煤焦化有限公司，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵集團地處太行山區，屬于嚴重缺水地帶，水資源十分匱乏，廠區所需生產和生活用水全部來自地下深層水，水資源有限，回收再次利用具有很好的經濟和環境效益。天鐵焦化廢水處理站承擔著天鐵集團焦化廠和金牛天鐵焦化廠的焦化生產廢水處理任務。廢水主由回收硫銨廢水、脫硫制酸廢液、煤氣水封下液、焦化廢水、廠區內生活污水等構成。這些廢水水質成分復雜，排放量大流量可達145 m3/h，難降有毒解物質多，主要由NH4+-N、氰化物、硫化物、酚類化合物等有機化合物組成，這些物質中NH4+-N、酚類濃度高、有毒致癌物質多，有機物在生化處理過程中難以得到全部降解，給環境帶來嚴重的破壞。高效生物流化床廢水處理技術針對焦化廢水的特點，采用有效的油污分離和泡沫分離、有毒污染物的脫毒或毒性削減預處理工藝，是保證生物處理系統實現高效生物降解和轉化的重要前提。高效生物強化處理工藝的采用是實現焦化廢水達標排放的關鍵。選擇針對焦化廢水底物特征的優勢種群微生物，并采用混合特性好、傳質效率高的生物反應器和強化型處理工藝，可有效去除焦化廢水中的COD成分、-N及其他有毒化合物，而該生化工藝正是根據這些需求采用O1/H/O2工藝實現了最大限度去除污有機染物和氨氮的目的，又能使處理后的水達到可回收利用的要求，節約了運行成本。

2 天鐵廢水處理站的生物流化床處理技術

2.1 生物流化床處理技術的原理

生物流化床廢水處理技術是一種生物強化工藝，其借助流體（液體、氣體）使表面生長微生物的固體顆粒（生物顆粒）呈流化態化，可同時去除和降解有機污染物，是一種生物膜法處理技術的強化工藝。生物流化床依靠流化態下微生物與廢水在反應池內創造的極好的混合和接觸條件，使微生物與廢水中有機污染物充分接觸反應，達到降解污染物的目的。在流化床底部，流體和固體同時進入，通過控制流體流速，使流化床內部微生物顆粒載體處于流化狀態，載體顆粒物上的微生物種群與廢水中有機污染物充分接觸反應，實現降解廢水中的污染物。在流化床頂部設有分離裝置，實現三相分離，液體從溢流槽中排出。

好氧生物流化床內同時存在氣、液、固這三種狀態的物質，也稱三相生物流化床。在其內部主要有空氣、待處理的廢水、對污水中污染物具有降解作用的好氧微生物載體顆粒三種物質。這些微生物附著在載體顆粒物表面，形成一層微生物膜。通過調節氣體和液體的流速，使流化床內部微生物顆粒載體處于流化狀態。載體顆粒物上的好氧微生物與廢水中的有機污染物充分接觸于有氧的條件，微生物進行有氧降解的有機污染物的過程。由于三相物質直接在流化床內部進行生化反應無需另設充氧和脫膜，生物膜由于載體顆粒之間激烈摩擦而脫落。

2.2 生物流化床組合工藝O1/H/O2流程

該工藝主要由預處理系統、生化處理系統、深度處理系統三部分組成。其詳細流程見圖1。

2.2.1 預處理系統

針對焦化廢水的水質特點，預處理環節是至關重要的，直接影響后續生物處理系統的效果。采用有效的油污分離、泡沫分離、泡沫氧化技術是保證后續處理系統實現高效生物降解和轉化的重要前提。

本工藝中預處理系統分為：隔油池、氣浮反應池、氣浮分離池、泡沫池、事故池、集水調節池、集水井、有機污泥分離池、無機污泥分離池、污泥濃縮池、氧化間、泵房及壓濾機房。焦化廢水先通過隔油池，依靠油滴和水的密度差產生上浮而進行油、水分離，回收大部分重油后，污水進入氣浮反應池，將隔油池沒有去除的乳化油和浮油進行氣浮分離，分離后的污水進入集水調節池進行水質水量負荷的均勻后，進入生化處理系統。氣浮池產生的泡沫進入泡沫分離池進行消沫后，進入氧化罐催化氧化反應處理后得到有效降解。

圖1 工藝流程圖

2.2.2 生物處理系統

生物處理系統是由高效循環三相好氧生物流化床O1、水解流化床H、好氧生物流化床O2串聯而成的O1/H/O2組合工藝。三相好氧生物流化床O1是一種高效除碳工藝，可有效去除有機污染物，最大限度地降低污染物濃度，使廢水的B/C由0.3左右降低到0.05以下，然后進入全流態化的水解流化床反應池，通過酸化作用提高殘余有機污染的可生化性能，將B/C值提高到0.2以上。在水解流化床H內通入氮氣進行厭氧反應，水解流化床H與好氧生物流化床O2形成一種厭氧/好氧的生物脫氮工藝，在好氧生物流化床O2內經行硝化反應，再將反應后的大部分廢水回流到水解流化床H內經行反硝化，這樣就進行了硝化反硝化過程，從而實現了生物去除氨氮。

2.2.2.1 一級好氧流化床（O1）

一級好氧生物三相流化床是廢水處理過程降解有機污染物的關鍵步驟，能將廢水中大部分含碳物質有效去除。在一級好氧生物三相流化床（O1）內填充新型大孔道生物載體顆粒，在這些載體顆粒的表面和內孔上由表向內均勻分布著好氧微生物種群和兼氧氧微生物種群，好氧微生物種群附著在載體顆粒的表面，在流化床內部由空氣和水流的共同推動下呈流化狀態并形成內部循環。這樣污水中有機物、氧氣同微生物種群充分接觸和反應，從而降低了污水中的有機污染物。生物流化床的工作性能與載體顆粒有很大關系，載體比重大了不易流化，顆粒活性炭則不耐磨。應當選擇比重略小于水而又耐磨的顆粒狀的載體。本流化床在底部設置擋板，可有效改變流體的水力特性，增加了水力阻力，使污水混合物循環速率提高。流化分離區設有斜板沉淀，可有效分離活性污泥，使池內保持較高的活性污泥濃度，減少了污泥回流量。一級好氧生物流化床可對CODCr實現80%以上的去除率。

2.2.2.2 水解流化床（H）

水解生物流化床主要作用是在厭氧條件下進行反硝化，即將廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽氮轉化為氮氣。反硝化細菌是異養型兼性厭氧菌，在氧氣存在時，它會以氧氣為電子受體進行好氧呼吸；在無氧而有硝酸鹽和亞硝酸鹽存在時，則以硝酸根和亞硝酸根為電子受體，以有機碳為電子供體和營養源進行反硝化反應。水解流化床（H）的生物載體采用多孔微粒狀的填料，在少量氮氣的推動下使載體顆粒呈流化態，反硝化細菌種群以污水中的有機物為碳源，與好氧流化床含有大量硝酸鹽的回流污泥充分混合，在水解生物流化床內實現反硝化，達到降低有機物和將硝酸鹽、亞硝酸鹽還原為氮氣的目的。由于使用顆粒載體的比表面積大（每立方米載體的比表面積可達2000～3000 m2），可實現高微生物量運行。此外，在反應器的中上部設置軟性填料層，可穩定污泥層并進一步實現水解反應器的接觸反應效率。

此外，水解流化床（H）與二級好氧生物流化床（O2）形成一個厭氧/好氧生物脫氮組合工藝。

2.2.2.3 二級好氧流化床（O2）

經過一級好氧生物三相流化床對廢水中有機物的充分降解，為二級好氧生物三相流化床培養硝化細菌提供了良好環境，由于硝化細菌屬于自養細菌，若水中COD5值過高，將有助于異氧細菌的增殖，使微生物中硝化細菌的比例下降。在二級流化床內廢水中的大量氨氮轉化為硝態氮，通過將二級好氧的泥水混合物回流至缺氧進行反硝化。硝化過程消耗大量的堿，而反硝化產生堿，這樣可以利用反硝化產生的堿為二級好氧硝化提供一定量的堿源，既可以起到高效脫氮的效果，又可以節省一定的運行成本。

2.3 深度處理系統

2.3.1 混凝反應池

為了進一步去除水中的微小懸浮物和膠體，使二級處理出水澄清降濁，采用向水中加入混凝劑（或絮凝劑），通過混凝劑水解產物壓縮膠體顆粒的擴散層，達到膠粒脫穩而相互聚結，使膠粒被吸附粘結的方法進一步去除懸浮物和有機污染物。經過后續的分離處理單位，將污水中剩余懸浮固體及有機物得到進一步的去除，同時污水中的某些溶解性物質也可以得到一定程度的去除。混凝后的泥水經過沉淀池進行有效固液分離。然后污泥斗進入排泥管排入無機污泥分離池，確保排泥系統的通暢，從而使深度處理穩定運行。

2.3.2 臭氧催化氧化池

清水進入臭氧催化氧化池，通過臭氧的強氧化性，臭氧離解形成的具有強氧化作用與廢水中大多數有機物、微生物迅速反應。通過臭氧氧化可以去除水中的臭味，提高和改善水的感官，殺滅水中的病毒、細菌與致病微生物，進一步除去污水中的難降解有機污染物，并降低出水的COD、BOD值。

2.3.3 砂濾池

為了使出水水質達到預期的處理目標。通過直接過濾、截留絮凝體達到進一步去除污染物的目的。通過砂濾池去除生化過程和化學沉淀中未能去除的顆粒、膠體物質、懸浮固體、濁度、磷、重金屬、細菌、病毒等，以進一步提高水質、防止堵塞、保證出水水質穩定。

3 工藝在實際中的優缺點

3.1 工藝優點

（1）O1/H/O2組合工藝可充分發揮好氧流化床對有機污染物高效去除，又是一個高效的生物脫氮工藝，進行反硝化硝化，實現氨氮的高效去除。硝化過程消耗大量的堿，而反硝化產生堿，這樣反硝化產生的堿為二級好氧硝化提供一定量的堿源，可以起到高效脫氮的效果，又可以節省一定的運行成本。

（2）采用尼可尼泵氣浮池，該池是利用尼可尼渦流泵的特點，靠渦流泵和溶解罐（根據需要加配）、分離罐的組合，在大幅度提高氣體的溶解效率的同時可獲得高密度、高質量的微細氣泡。同傳統方式相比，省去了空壓機、釋放頭等，簡化了裝置的配置，單用渦流泵就可實現自動抽吸空氣、混合攪拌及壓送的功能，大大節省了初期投資費用。因在渦流泵內就可實現對空氣的加壓溶解，省去了大型加壓溶氣罐，大幅度降低了成本。

（3）采用臭氧流化床形式，流化態能夠使臭氧與廢水完全混合，增加其接觸時間，使得反應更充分。

（4）容積負荷高，抗沖擊負荷能力強，生物固體濃度高，可達 10～20 g/L。

（5）微生物活性高，生物膜厚度在0.2 μm以下，反應快，處理效率高，占地面積小，且沒有污泥膨脹堵塞問題，運行平穩。

（6）傳質效果好，由于載體顆粒在床內處于劇烈運動狀態，氣-固-液液面不斷更新，傳質效果好，有利于微生物降解和吸收污染物，加快反應速率。

3.2 存在不足

在運行中發現存在以下幾點不足：

（1）設備磨損比較快，載體顆粒在湍動過程中會被磨損變小，目前還沒有好的辦法解決。

（2）投產時微生物馴化比較困難，容易出現微生物反應性低，這就需要不斷地進行培養適合自己污水特性的微生物。

（3）處理過程中消沫效果不理想，目前還在探索處理中。

4 結語

天鐵焦化廢水處理站運用高效生物流化床技術運行一年多以來，處理效果顯著，可以以較小的投入和運行費用取得較高的去除率，經處理后出水水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準。該工藝實現了處理后的廢水全部回收利用的目標，是一種可行的處理焦化廢水的新工藝。