焦化廢水氨氮處理的工程實踐

龔林波

（上海清順環境工程有限公司，上海200060）

1 氨氮的來源及含量

煤在焦爐炭化室內進行干餾，在600℃以下析出初次分解產物，初次分解產物經過1000℃的爐墻，生成二次裂解產物，形成苯族烴、氨、H2S、HCN等物質。碳氫化合物熱裂解后，生成H2，與空氣中的N2合成NH3［1］。

很多廠煉焦的爐型、原煤的配比、焦爐的操控、蒸氨塔的塔型、運行管理水平等因素不同，蒸氨廢水的水質差別很大，如表1。當焦爐及化產的運行相對穩定，原煤的配比基本不變的情況下，CODcr含量基本穩定，不過焦化廢水中NH3－N的含量由于蒸氨塔運行不穩定（包括很多因素：塔頂溫度的控制、塔內pH值的調整、塔內反應程度等），導致蒸氨廢水中NH3－N的含量變化幅度很大，而蒸氨廢水是焦化廢水的主要污染源，所以蒸氨塔的穩定運行至關重要。

表1 各焦化廠的蒸氨廢水水質 mg／L

表1中的NH3－N含量取蒸氨系統運行正常時的波動數值，不穩定狀態下導致NH3－N含量變化很大的數值未統計在表中。當遇到事故時，比如加堿量太小，甚至沒有加堿，蒸汽量小、壓力低，換熱器遇到故障時，NH3－N含量甚至達到2000mg／L以上。

現根據多年焦化廢水的設計運行經驗，結合工程實踐，針對氨氮處理的控制因素，談一下筆者對氨氮處理的經驗，以山西焦化廠（一）為例。

2 工程概況

山西焦化廠（一）年產焦炭400萬t，廢水處理站日處理廢水約2500m3。處理的流程采用兩組并聯A2／O工藝，即工廠的原水經隔油池、氣浮池處理后進入厭氧池（采用生物膜法），其出水和二沉池上清液回流水混合后進入缺氧池（采用生物膜法），再進入好氧池（采用活性污泥法），在二沉池進行泥水分離，其出水經過混凝后進入混凝沉淀池再排放；二沉池的污泥一部分回流，一部分作為剩余污泥排出并進行脫水，混凝沉淀池的污泥排出并進行脫水。

3 硝化反應的控制

3.1 溫度

一般認為硝化反應最適宜的溫度在30～35℃［2］。實踐中，好氧池的溫度在27～40℃，對氨氮的去除基本無影響，對CODcr的去除影響大。溫度超過35℃，污泥衰老速度增快，造成污泥松散，導致二沉池漂泥，出水CODcr超標。

3.2 溶解氧

控制溶解氧濃度＞2mg／L，0.5～0.7mg／L是硝化菌可以忍受的極限［2］；實踐中，硝化區溶解氧濃度為3～4mg／L，出水溶解氧甚至可達6mg／L。

1g氨氮轉換成硝酸鹽氮需要耗氧4.17g（其中生成亞硝酸鹽氮需耗氧3.15g，生成硝酸鹽氮需耗氧1.12g）。1g BOD需耗氧約1g，硝化反應耗氧是BOD耗氧量的4倍多，可見進水中的氨氮濃度對好氧池需氧量的影響有多大。當進水中出現氨氮的大幅變動，勢必影響好氧池中氧的消耗出現變動。如表2需氧量對比表中第1組和第2組數據所示，CODcr、NH＋4－N都增加50g的基礎上，CODcr需氧量增加17.5g，而NH＋4－N需氧量增加213.5g；表2中第1組和第3組數據所示，當CODcr增加200g，NH＋4－N增加50g時，CODcr需氧增加量才基本與NH＋4－N需氧增加量相當。經現場實踐證明，保持蒸氨廢水中氨氮含量的平穩，對好氧段風量控制至關重要，好氧池中硝化段的溶解氧維持在3～4mg／L，硝化反應進行得比較徹底，出水氨氮達標，運行比較穩定。在滿足生化所需氮源的基礎上，容許提高一定的氨氮含量（保持在100～150mg／L），對于缺氧反硝化時的CODcr的去除比較有利。

表2 需氧量對比

3.3 pH值

一般認為硝化反應的最佳pH值范圍為7.5～8.5［2］，實踐中，發現好氧池pH 值控制在6.8～7.5，硝化反應就能進行得比較徹底。

硝化反應消耗堿度，一種方式為投加Na2CO3，如公式2所示，氧化1g NH3－N，需要Na2CO37.57g。如公式3，通過投加Na2CO3，CO2－3水解生成HCO－3和OH－，提供硝化所需的無機碳源及堿度。另一種方式為投加NaOH。氧化1g NH3－N，需要NaOH 2.86g，如公式4所示。所以投加NaOH，相對于Na2CO3，投加量少，總的運行成本低。

當進水氨氮濃度很高時（氨氮含量＞200mg／L），在好氧池中，采用多點投加，比單點投加效果好。如表3所示，好氧池總共5格，在1、3格多點投加，整個好氧池的pH值分布較均勻，此為內蒙古某焦化廠調試時（好氧池采用接觸氧化法），生化池進水氨氮超過200mg／L時采取的改進措施，后來沿用多點加堿工藝。單點加堿時，所有的堿集中加入第1格，會導致第1格pH值特別高，不利于去除有機物的異養菌的生長繁殖（一般異養菌的最適宜pH值為6.5～9.0）。如果氨氮濃度較高，藥劑選用NaOH，采用多點加堿，生化池的pH值變化較平穩。

表3 單點和多點加堿的pH值變化

3.4 抑制性物質

焦化廢水中有機物成分復雜，抑制性物質主要為硫氰酸根、噻唑、吲哚、吡啶等。酚對硝化的抑制性強，75%抑制濃度為5.6mg／L［3］，微生物經過馴化后，對酚類物質的去除率較高，生化出水基本在0.1mg／L以下，對硝化的影響相對較小。硫氰酸根毒性大，主要存在于脫硫廢液中，所以焦化廢水的處理不包含脫硫廢液，杜絕脫硫廢液混入污水中進入污水處理站。

4 反硝化反應的控制

4.1 溫度

反硝化最適宜的溫度為35～40℃［2］。實踐中，控制缺氧池溫度30～35℃，脫氮效果比較好。

處理焦化廢水中，蒸氨廢水的溫度較高，即使在冬季時，焦化廢水處理站的進水溫度也不會很低。不過很多焦化廢水處理站采用1∶1稀釋水稀釋蒸氨廢水，經過預處理環節（氣浮等），溫度會低至25℃左右，此時，提高蒸氨廢水的溫度或通過適量蒸汽加熱，進而提高進缺氧池的水溫，可提高反硝化的脫氮效率。

4.2 碳源

焦化廢水中的CODcr和氨氮沒有固定比例，這主要與生產工段的運行情況有關。一般焦爐爐頂溫度越高，廢水中的CODcr濃度越低。氨氮的含量不僅和爐頂的溫度、原煤的煤質有關，還和蒸氨塔運行情況有關，蒸氨廢水的氨氮含量波動較大，造成氨氮濃度波動大。

焦化廢水中芳香烴類化合物、多環化合物、雜環化合物含量較多，其中苯酚類物質較易降解，其余物質基本很難降解，或者經降解后成為難降解的物質。一般，焦化廢水中的氨氮含量較高，易降解有機物的含量不足以實現完全反硝化。引入廠區的生活污水能補充一部分易降解有機物，為反硝化提供碳源。

4.3 溶解氧

一般認為懸浮污泥反硝化系統缺氧區的溶解氧應控制在0.5mg／L以下，生物膜法反硝化系統的溶解氧應控制在1.5mg／L以下［4］。實踐中，采用生物膜法的缺氧池中溶解氧的含量應盡量低，一般在池面上的溶解氧＜0.5mg／L，脫氮效果好。

當缺氧池中含有溶解氧后，一方面會抑制硝酸鹽還原酶的形成，因為有些反硝化細菌必須在厭氧和有硝酸鹽存在的條件下才能誘導合成硝酸鹽還原酶；另一方面氧作為電子受體，競爭性地阻礙了硝酸鹽的還原。但是，有些反硝化細菌為兼氧菌，有些酶需要在有氧的條件下才能合成。焦化廢水的缺氧池一般采用生物膜法，能容忍較高的溶解氧濃度。硝化液回流時會帶入部分溶解氧，在缺氧池的間斷布置一些大孔的曝氣管，一方面能起到攪拌的作用，另一方面能提供少量溶解氧，間歇的攪動能起到增強反硝化的目的。

5 生物酶的作用

酶是能促進特定化合物、特定化學鍵、特定化學變化的催化劑，具有專一性、高效性、低反應條件等特點，投加適當配比的特定生物酶到生化池中，可提高生化反應器的抗沖擊能力及污染物的去除效率，色度大幅降低。

6 運行效果

通過投加生物酶，控制每個反應器的運行，整個系統的運行狀況良好，氨氮出水保持在5mg／L以下。2009年6月的進出水氨氮如圖1、圖2所示，全月的進水氨氮變化波動較大，從48mg／L到246mg／L，但出水氨氮控制在4mg／L以下。當接受較高濃度沖擊時，生化系統也能迅速恢復，如第24d短暫的沖擊，系統在3d內基本恢復如初。

圖1 2009年6月進水氨氮匯總表

圖2 2009年6月出水氨氮匯總表

7 結語

焦化廢水的氨氮處理得從蒸氨塔運行著手，蒸氨塔的穩定運行關系到整個污水處理站的穩定運行及能否達標。蒸氨廢水的氨氮不易太高，一般以100～150 mg／L為宜，控制生化池的溫度、pH值、溶解氧等因素，并投加生物酶，可保證系統的穩定運行及提高抗沖擊能力，出水氨氮穩定達到《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）一級排放標準。

［1］ 肖瑞華，白金峰.煤化學產品工藝學（第二版）［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

［2］ 汪大翚，雷樂成.水處理新技術及工程設計［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［3］ 姚重華.廢水處理計量學導論［M］.北京：化學工業出版社，2002.

［4］ 徐亞同.廢水中氮磷的處理［M］.上海：華東師范大學出版社，1996.