內(nèi)循環(huán)A/O工藝處理焦化廢水運(yùn)行分析＊

郭建英 楊 斌 魯紅志 劉生玉

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024；2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)呂梁有限公司，山西省呂梁市，030002）

內(nèi)循環(huán)A/O工藝處理焦化廢水運(yùn)行分析＊

郭建英1楊 斌2魯紅志1劉生玉1

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024；2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)呂梁有限公司，山西省呂梁市，030002）

應(yīng)用內(nèi)循環(huán)缺氧/好氧（A/O）工藝處理焦化廢水，對焦化廠污水處理系統(tǒng)進(jìn)水、出水的化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、氰和酚進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明，氨氮濃度為150～200 mg/L時(shí)，氨氮的脫除效率最高，平均達(dá)到98%以上；COD進(jìn)水濃度在1900～2500 mg/L，COD經(jīng)處理后的出水濃度在100 mg/L以下時(shí)，脫除率達(dá)到98%以上，酚的脫除率達(dá)到99%以上，氰的含量降到0.5 mg/L以下，氰的脫除率約為78%～84%。

內(nèi)循環(huán)A/O工藝 生物脫氮 焦化廢水 運(yùn)行分析

焦化廢水是煤炭在高溫?zé)捊埂⒚簹鈨艋盎瘜W(xué)產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)用水及蒸汽冷凝廢水。其組成和性質(zhì)與原煤煤質(zhì)、焦化條件、焦化工藝和化學(xué)產(chǎn)品回收方法密切相關(guān)。焦化廢水成分復(fù)雜，含有大量的有害物質(zhì)，尤其是其中的有機(jī)物和氨氮的濃度較高，難以降解，而且對人類和環(huán)境有較大危害。此外還含有單環(huán)和多環(huán)芳香族化合物、雜環(huán)化合物以及以銨鹽形式存在的無機(jī)物。焦化廢水的COD濃度高達(dá)1000～3000 mg/L，NH3－N濃度在200 mg/L以上，是一種難降解的工業(yè)廢水。目前，大多數(shù)焦化企業(yè)采用生物法脫除COD及氨氮，常用的生物脫氮工藝有A/O法、A－A/O法以及SBR法，但這些傳統(tǒng)的生物脫氮方法很難使COD和NH3－N兩項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足日益提高的環(huán)保要求。通過對改進(jìn)的A/O脫氮法——內(nèi)循環(huán)A/O生物脫氮法在山西某焦化廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測分析，探討該工藝的運(yùn)行參數(shù)與運(yùn)行效果，研究該工藝的特點(diǎn)，為其他同類企業(yè)采用該工藝對焦化廢水進(jìn)行脫氮處理提供參考和依據(jù)。

1 焦化廢水的水質(zhì)、水量狀況

進(jìn)行試驗(yàn)、數(shù)據(jù)檢測的焦化廠生產(chǎn)規(guī)模為60萬t/a，產(chǎn)焦量為68.5t/h。實(shí)際運(yùn)行過程中，焦化廢水的水量為10.8～21.6 M3/h。焦化廢水的水量、水質(zhì)因焦化生產(chǎn)的規(guī)模、采用的煤氣凈化工藝以及對化工產(chǎn)品加工的深度不一而有所不同，通過實(shí)際檢測，該焦化廠焦化廢水的水質(zhì)數(shù)據(jù)為：CODCr濃度為1700～3000 mg·L－1，氨氮濃度為10～500 mg·L－1，揮發(fā)酚濃度為110～170 mg·L－1，氰濃度為1～2 mg·L－1。

2 焦化廢水的處理工藝及參數(shù)控制

2.1 內(nèi)循環(huán)A/O生物處理工藝

結(jié)合該廠的焦化廢水成分組成及特點(diǎn)，以及焦化廢水的生物脫氮機(jī)理和脫氮處理設(shè)施的選擇，采用“兼氧預(yù)反硝化/（好氧氧化＋好氧硝化）”，即A/O生物脫氮工藝。焦化廢水生物脫氮內(nèi)循環(huán)A/O處理工藝流程如圖1所示。

圖1 焦化廢水生物脫氮內(nèi)循環(huán)A/O工藝流程簡圖

2.2 工藝參數(shù)的確定與控制

該焦化廠采用內(nèi)循環(huán)A/O工藝，在實(shí)際運(yùn)行過程中，影響生物運(yùn)行的因素很多，最主要的有反應(yīng)池溫度、好氧池中溶解氧的濃度、p H值及碳氮比、營養(yǎng)條件和消化液回流比。在實(shí)際運(yùn)行過程中要嚴(yán)格控制這幾個(gè)參數(shù)，否則會(huì)影響生化池微生物生存，影響氮的脫除效果，達(dá)不到生物脫氮的目的。

（1）反應(yīng)池溫度的控制。硝化反應(yīng)中的消化菌的增殖要求最適宜溫度為30～35℃。5～30℃范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨溫度的升高而增加，溫度超過30℃和低于15℃時(shí)，硝化反應(yīng)速率降低，當(dāng)溫度低于4℃時(shí)，硝化菌的生命活動(dòng)幾乎停止。因此要嚴(yán)格控制溫度，為硝化菌的生存創(chuàng)造最適宜的溫度。

（2）好氧池中溶解氧的濃度。硝化菌是一種好氧性自養(yǎng)菌，硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，溶解氧是硝化反應(yīng)的必要條件，溶解氧的濃度影響硝化反應(yīng)速率。該焦化廠硝化反應(yīng)中的溶解氧＞1.0 mg/L，反硝化反應(yīng)中溶解氧＜0.5 mg/L。為保持好氧池中氧的濃度，工藝中專門配備鼓風(fēng)空氣系統(tǒng)，根據(jù)微生物的需要向好氧池內(nèi)鼓入空氣。

（3）p H值及碳氮比。硝化菌繁殖要求p H值較為嚴(yán)格，p H值在7.5～8.5間最為適宜。反硝化反應(yīng)中要求有豐富的有機(jī)物提供碳源的能源，CODcr/NH3－N比值大于6時(shí)，才能得到較好的反硝化效果。

（4）營養(yǎng)條件。焦化廢水中濃度在500 mg/L以下的酚可作為解酚細(xì)菌的營養(yǎng)物。細(xì)菌所需的主要營養(yǎng)物質(zhì)有碳源、氮源及無機(jī)鹽類。該焦化廢水處理工藝在生物脫氮過程中向反應(yīng)池中微生物補(bǔ)加磷元素，為其提供能量。

（5）硝化液回流比。好氧段混合液回流的目的在于向缺氧段提供反硝化反應(yīng)所需的氧化態(tài)氮。回流比的大小對反硝化效果具有較大影響。一般情況下混合液回流比大，回流到缺氧段的氧化態(tài)氮量增加，若缺氧段有足夠的碳源，脫氮效率可得到提高，但相應(yīng)的增加了能耗，而且還會(huì)造成缺氧段DO值的升高，進(jìn)而影響反硝化效果。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該比值控制在3.5～6.7之間，缺氧段DO≤1.0 mg/L時(shí)，可獲得較好的脫氮效果。

3 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果及分析

在各項(xiàng)參數(shù)正確，各系統(tǒng)正常工作的情況下選取該焦化廠2011年1月份的污水處理數(shù)據(jù)做分析，各污染物的進(jìn)出水濃度平均值見表1所示，揮發(fā)酚、氰的出水濃度很低，出水濃度均達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)（≤0.5 mg/L）。NH3－N、COD是否可以快速降解對于整個(gè)污水處理系統(tǒng)來說是非常重要的，該系統(tǒng)中NH3－N、COD出水濃度比較理想的，系統(tǒng)處理后的出水中氨氮濃度平均值為1.98 mg/L，COD出水濃度經(jīng)處理后平均值在100 mg/L以下。

表1 污水處理系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)mg·L－1

圖2 廢水中氰化物的進(jìn)出水濃度及脫除率

3.1 氰的脫除效果

焦化廢水中氰化物、硫氰化物是繼酚后，產(chǎn)生COD類物質(zhì)的第二大來源，氰脫除的徹底與否，直接關(guān)系到處理后水的COD含量。焦化廢水中的酚濃度在10 mg/L以下時(shí)，氰才能被微生物利用，而且還需要有一定的水力停留時(shí)間作保證。在廢水生物處理中，氰也是產(chǎn)生NH3－N的一個(gè)主要來源，脫除氰是實(shí)現(xiàn)氨氮生物氧化的前提條件。COD類物質(zhì)的脫除是實(shí)現(xiàn)好氧硝化的前提條件，只有氰被降解到一定程度（通常要在10 mg/L以下），氨氮才有可能被分解。

廢水中氰化物的進(jìn)出水濃度及脫除率如圖2所示。經(jīng)過處理后的氰含量下降到0.5 mg/L以下，達(dá)到了國家一級(jí)排污標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為后續(xù)氨氮的處理提供充足條件。氰的脫除率大約為78%～84%之間。

3.2 NH3－N的去除效果

NH3－N的脫除是生物脫氮的重要環(huán)節(jié)。NH3－N的脫除率也能反映反應(yīng)池內(nèi)微生物的工作狀況。從圖3（a）可看出，雖然進(jìn)水的NH3－N的濃度波動(dòng)很大，但出水NH3－N濃度比較穩(wěn)定，始終保持在1.98 mg/L附近，說明該工藝對脫除氨氮的穩(wěn)定性很好。由圖3（b）可知NH3－N的脫除率基本在97%以上，達(dá)到國家污水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。而NH3－N進(jìn)水濃度在150～200 mg/L以內(nèi)時(shí)，此時(shí)反應(yīng)池內(nèi)的微生物處于最佳生存狀態(tài)，NH3－N的脫除效率最高，基本達(dá)到98%以上。

圖3 廢水中氨氮的進(jìn)出水濃度及脫除率

3.3 酚的脫除效果

由圖4（a）可以看出，在酚的進(jìn)水濃度波動(dòng)的情況下，酚的出水濃度基本不變，保持在0.5 mg/L以下。這是由于酚類有機(jī)物作為微生物兼氧反硝化不可缺少的能源和碳源的來源，極易被微生物所利用。有實(shí)驗(yàn)證明酚含量為400～1000 mg/L的焦化廢水，在曝氣時(shí)間2～6h的情況下，微生物都可以使廢水含酚的濃度降到1 mg/L以下；酚濃度為20000 mg/L的高濃含酚廢水，微生物在3個(gè)晝夜內(nèi)可以使其中的酚濃度降至1 mg/L左右。圖4（b）的酚脫除率散點(diǎn)圖表明酚的脫除率均能達(dá)到99%以上，而且酚的濃度在110～170 mg/L范圍內(nèi)濃度越高，脫除率越高。最終處理結(jié)果使得酚的濃度小于0.5 mg/L，平均在0.27 mg/L左右，達(dá)到了國家一級(jí)排污標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 COD的去除效果

由圖5可知，COD進(jìn)水濃度在1900～2500 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，脫除率均在98%以上，說明該生物脫氮工藝具有很強(qiáng)的抗COD沖擊負(fù)荷能力。由于酚和氰化物為產(chǎn)生COD類物質(zhì)的兩大主要來源，酚和氰化物的高效去除直接減少了出水的COD濃度。經(jīng)處理后COD的出水濃度在100 mg/L以下，達(dá)到國家一級(jí)排污標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

（1）內(nèi)循環(huán)A/O工藝參數(shù)控制范圍：反應(yīng)池溫度為30～35℃；硝化反應(yīng)中的溶解氧濃度＞1.0 mg/L，反硝化反應(yīng)中溶解氧濃度＜0.5 mg/L；p H值7.5～8.5；碳氮比＞6；硝化液回流比為3.5～6.7。

（2）經(jīng)過內(nèi)循環(huán)A/O生物脫氮工藝的處理，系統(tǒng)進(jìn)水NH3－N的濃度波動(dòng)很大，但出水NH3－N濃度比較穩(wěn)定，始終保持在1.98 mg/L左右。NH3－N進(jìn)水濃度在150～200 mg/L以內(nèi)時(shí)，NH3－N的脫除效率最高，基本達(dá)到98%以上；COD進(jìn)水濃度在1900～2500 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，經(jīng)處理后COD的出水濃度在100 mg/L以下，脫除率在98%以上；在進(jìn)水酚的濃度波動(dòng)的情況下，出水酚的濃度基本不變，都保持在0.5 mg/L以下。酚的脫除率均在99%以上，而且酚的濃度在110～170 mg/L范圍內(nèi)濃度越高，脫除率越大；氰的含量降到0.5 mg/L以下，氰的脫除率將達(dá)到78%～84%。

［1］ 楊云龍，白曉平.焦化廢水的處理技術(shù)與進(jìn)展［J］.工業(yè)用水與廢水，2001（3）

［2］ 蔣善勇，鄭長科，張凱等.CMBR技術(shù)處理焦化廢水的實(shí)踐［J］.中國煤炭，2011（5）

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［7］ 解慶范，陳延民，陳楷翰.煤氣化高濃度含酚廢水處理工藝的研究［J］.廣東化工，2011（10）

Operating analysis of coking wastewater treatment with internal recycle A/O process

Guo Jianying1，Yang Bin2，Lu Hongzhi1，Liu Shengyu1
（1.College of Mining，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China；2.Shanxi Coal Transportation and Sales Group，Lvliang Co.，Ltd.，Shanxi 030002，China）

With the application of the A/O process to treat the coking wastewater，COD and NH3－N，phenol and cyanogen of coking plant wastewater treatment system influent and effluent were detected and analyzed.The results show that removing rate of NH3－N was the highest when wastewater into the treatment system NH3－N concentration range 150mg/L－200mg/L，average NH3－N removal rate reached above 98%.The COD concentrations decreased from 1900～2500mg/L to below 100mg/L after treatment，the value of COD removing rate was above 98%.The phenol removing rate reached 99%.The treated wastewater cyanogen concentrations decreased to less than 0.5 mg/L，cyanogen removal rate reached about78%～84%.

internal recycle A/O process，biological denitrification，coking wastewater，operating analysis

TQ5

A

山西省高等學(xué)校優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人支持計(jì)劃（2008）

郭建英（1972－），女，漢族，山西大同人，副教授，博士，研究方向?yàn)榈V產(chǎn)資源利用與廢物處理。

（責(zé)任編輯 孫英浩）