O1/A/O2工艺处理高浓度焦化废水

［关键词］厌氧工艺；好氧工艺；脱氮；焦化废水

［中图分类号］ X703 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1005-829X（2012）02-0089-04

作者：马昕 吴云生 张涛 寇彦德 李玮

Treatment of highly concentrated coking wastewater by O1/A/O2 process

Ma Xin，Wu Yunsheng，Zhang Tao，Kou Yande，Li Wei

Abstract：The water quality of the wastewater from coking plants is complex. The main difficulty lies in getting rid of the highly concentrated CODCr，NH3-N and cyanide，etc. O1/A/O2 （pre-aeration/anoxic/oxic）treatment process has been used as the core，and pre-oil removing pretreatment and post-positive coagulation sedimentation as advanced treatment process by the wastewater treatment project of a coking plant at Shougang，obtaining pretty good treatment effectiveness. The running results indicate that the removing effect of O1/A/O2 on the removing rates of CODCr and NH3-N are above 95% and 89%，respectively. In the process of coagulation sedimentation process，polyferric sulfate as flocculant and PAM as coagulant aid are used. When their dosages are 600-800 mg/L and 1-2 mg/L，respectively，their CODCr removing rates are about 50%，and the decoloring effectiveness is good. After the pretreatment，biochemical treatment and advanced treatment，the main pollutant index in the effluent meet the second class requirements of the Integrated Discharge Standard of Wastewater.

Key words：anaerobic process；aerobic process；denitrogen；coking wastewater

焦化废水的处理及排放问题一直是困扰焦化厂设计、建设、运营管理的一大难题，尚未出现突破性的研究成果。该类废水中污染物组成复杂，包括酚类、多环芳香族化合物及氮、氧、硫杂环化合物，是一类典型的含有难降解有机物的工业废水〔1〕。

去除焦化废水中的有机物、氨氮可采用的方法主要有化学法、物理化学法和生物法，而生产实践和多项技术经济指标表明: 生物法是焦化废水处理最经济、有效、易操作的处理方法。其中以反硝化与硝化反应为主体的缺氧、好氧处理是行之有效的〔2-4〕。目前国内焦化废水处理工艺和研究主要采用A/O 工艺及其变形工艺诸如A/O/O 工艺或A2/O 工艺等〔5-9〕。由于焦化产品不同，焦化废水的水质有较大差异，即需选择不同的生化处理工艺流程，其核心离不开A/O硝化反硝化处理工艺。但目前采用A/O 工艺处理焦化废水主要面临着生化处理出水很难达标的问题，主要原因有如下几点：（1）好氧池进水CODCr较高，且含有生物抑制性有机物，抑制了硝化菌活性，硝化效果差，出水氨氮不达标；（2）进水氨氮浓度高，在缺氧段进水可生化降解的CODCr较低，且缺氧段水力停留时间过短，造成反硝化效果差，不能发挥缺氧反硝化和CODCr去除作用。

首钢某焦化厂排放的焦化废水中CODCr、氨氮、硫化物、氰化物和酚等有毒有害物质浓度较高，故在常规A/O 工艺前增加预曝气池来降解有机物和有毒物质，即O1/A/O2工艺，其中第1 段好氧反应器去除CODCr和生物抑制性有机物为主，第2 段好氧反应器以去除氨氮为主。

1 焦化废水来源及排放标准

1.1 废水来源

焦化厂主要生产工艺为煤高温干馏产生焦炭和煤气，并从煤气中回收焦油、苯、萘等化工产品。炼焦、煤气净化和化工产品精制过程中会产生剩余氨水和工艺废水，剩余氨水经蒸氨处理后构成了焦化废水的主要来源。

1.2 废水水质及排放标准

焦化废水的水质因煤气净化工艺的不同而差别很大。以首钢某焦化厂为例，其废水水质见表1，处理后出水应达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）二级标准。

表1 焦化废水水质及排放标准

　　　　　 除pH、色度（倍）外，其他各项目单位均为mg/L。

2 O1/A/O2工艺的提出

当前焦化废水生物处理主要采用A/O 工艺，它是在硝化—反硝化理论基础上建立的，尽管在去除焦化废水有机物、脱氮方面起到了积极的作用，但传统A/O 工艺不能适应CODCr为6 000~9 500 mg/L 的高浓度工况，只有通过大量加入稀释水的方法才能保证生化系统正常运行。所以O1/A/O2工艺较A/O工艺在高浓度焦化废水处理上更有优势:（1）通过预曝气，废水中高浓度有机物及其他有毒物质在预曝气池中得以部分降解，从而为后续A 段反硝化和O2段硝化细菌提供良好的生存空间；同时经过预曝气池后，部分难以好氧生物降解的有机物在缺氧池中开链、开环，使不可生物降解的有机物进一步降低，并通过缺氧反硝化作用进行脱氮。好氧池硝化细菌也处于最佳生态环境中，菌种活性特强，处理效果好。这样就达到了去除焦化废水有机物、脱氮的目的。（2）预曝气池降解了部分有机物，系统耐冲击负荷能力加大，同时减轻了后续工段的负担，提高了系统对CODCr、NH3-N 的去除能力，同时达到控制污染物的目的。由于采用了前曝气预处理、生物强化和控制较长污泥龄等措施，系统对CODCr去除效果稳定，且能耐较大的CODCr负荷和短期高浓度NH3-N 的冲击，取得了较好的处理效果。

3 废水处理工艺流程

3.1 工艺流程及主要设计参数

为确保处理后焦化废水达到国家排放标准要求，按每个处理阶段对各污染物的去除效率，在焦化废水处理工艺设计中设置了预处理、生化处理、深度处理和泥处理4 部分。具体工艺流程和主要配置如图1 和表2 所示。

表2 主要构筑物和工艺参数

3.2 预处理工艺

当废水中含油质量浓度＞50 mg/L 时会严重影响生化处理效果，一方面由于活性污泥菌胶团表面黏附一定量的油，阻碍了微生物对氧的摄取，从而使污泥的生物活性和生化处理效果下降；另一方面，污泥表面黏附油后，整体密度减小，影响了活性污泥的沉降性能，易造成污泥流失。设置平流隔油池的目的在于去除水中的轻油和重油，平流隔油池水力停留时间为3 h。设置气浮池的目的在于去除水中的乳化油，气浮池停留时间为1.2 h。

3.3 生化处理工艺

根据生物脱氮原理〔10〕，采用O1/A/O2硝化反硝化生物脱氮处理工艺。对焦化废水生物处理而言，水力停留时间不同，活性污泥的生物相组成和废水能被去除的污染物也各不相同，通常好氧池去除酚类的水力停留时间在8 h 之内，去除氰化物和硫氰化物的水力停留时间在16 h 以上，水力停留时间超过24 h 则有可能开始氨的硝化，因此，要实现废水去除有机物并生物脱氮，确定水力停留时间非常重要。由于焦化废水含有大量难生物降解有机物和有毒有害物质，好氧生物降解速率和硝化速率相对于城市污水来说要低得多。因此，好氧池应采用较低的容积负荷和较长的水力停留时间，以保证出水水质。

为使生化入水水质均和、水量稳定，设置调节池，其停留时间31 h。预曝气池为推流方式，采用微孔曝气器的充氧方式，水力停留时间为16 h。缺氧池为竖流式，池内满布固定生物填料，水力停留时间为20 h。好氧池为推流运行，采用微孔曝气充氧方式，水力停留时间为56 h。为便于生产灵活调节，缺氧池、好氧池按三系列设计。

3.4 深度处理工艺

深度处理采用混凝沉淀工艺，进一步脱除生化处理难以降解的CODCr、悬浮物和色度等有害物质。生化出水进孔室隔板反应池，混凝剂聚合硫酸铁与水中的非水溶物质作用形成絮体，同时投加助凝剂PAM 增强混凝效果。混凝反应池污水停留时间20 min，为保证最佳混凝效果，向反应池中投加NaOH 调节pH。之后废水低流速进入两座辐流式混凝沉淀池进行固液分离，混凝沉淀池表面负荷0.88 m3/（m2·h），停留时间为3.4 h。混凝沉淀池出水CODCr≤150 mg/L，色度≤70 倍。3.5 污泥处理工艺混凝沉淀污泥和剩余污泥等混合泥渣进入浓缩池浓缩，污泥含水率99%，停留时间12 h。浓缩后的泥浆再经2 台厢式压滤机脱水，污泥含水率75%。

4 工程运行结果与分析

本工程经过调试合格，正式投产一段时间后，各工序处理效果平均值见表3。

表3 各工序处理效果mg/L

由表3 可见，经过预处理工段，CODCr、酚、悬浮物等含量都有不同程度的降低，为后续生化处理创造了良好的条件。经过生化处理后CODCr、酚、氰等指标大幅降低。投加600~800 mg/L 聚合硫酸铁、1~2 mg/L PAM 后，CODCr去除率可达50%左右，出水各项指标达到了二级排放标准要求。O1/A/O2工艺对CODCr及NH3-N 的去除效果如图2、图3 所示。

从图2 可见，当生化池进水CODCr为3 500~5 800 mg/L 时，二沉池出水CODCr能保持在280 mg/L左右，O1/A/O2工艺对CODCr的平均去除率达到了93％以上。再经过混凝沉淀后，出水CODCr保持在150 mg/L 以下，出水达到了《污水综合排放标准》二级排放标准要求。同时由表3 可以看出，预曝气池对CODCr和酚降解起到了重要作用，去除率分别达到了70%和98%，为后续缺氧池和好氧池减轻了负荷，同时为使好氧池中硝化菌成为优势菌创造了条件。从图2 可以得出O1/A/O2工艺能够耐冲击负荷，即使进水CODCr偏高，也能对CODCr保持良好的去除效果。

由图3 可以看出，当进水氨氮在36~285 mg/L之间波动时，O1/A/O2工艺对NH3-N 的平均去除率为89％，且出水NH3-N＜25 mg/L。分析其原因是由于O1/A/O2工艺中的预曝气池去除了大量有机物，为硝化菌创造了最佳生存环境，同时在硝化区硝化菌对氨氮的降解时间较长，降解比较充分。

综上可以得出O1/A/O2工艺的主导思想为分级处理。即先通过O1段对高浓度焦化废水进行预处理，降解有机物和有毒物质，为后续A 段反硝化创造了良好条件。再通过O2段进行完全碳化和硝化，最后通过上清液回流在A 段中最大程度的反硝化，最终达到去除CODCr和NH3-N 的目的。分级处理的特点是:由于碳氧化菌的世代周期远比硝化菌短，因此当有机物过剩时，菌落中碳氧化菌占优势，并消耗了硝化菌生存所必需的氧，影响了硝化反应的进行；通过设置预曝气池，使一部分抑制硝化菌的污染物得以碳化分解或去除，有利于硝化过程达到最佳状态，当硝化液回流比R=3~5 时，O1/A/O2工艺的处理效果良好。CODCr、NH3-N 去除率高且稳定，CODCr、NH3-N 的去除率分别在95%和89%以上。

O1/A/O2工艺取得良好的污染物去除效果，主要是让微生物在各自适宜的环境中得到优势生长，充分发挥其活性并利用了优势菌进行专性降解污染物的能力，使每个反应器尽可能地发挥作用，还利用了缺氧池生物填料降解能力强，处理效率高的特点，最终使出水达标排放。但是出水CODCr略高，未达到污水处理一级标准，还需进一步研究改进，以提高处理效果。同时应强化污染源头的治理，完善化工生产工艺，控制生产工艺全过程，稳定生产废水排水水质、水量，这是生化处理正常运行的前提。

5 结语

（1）采用以O1/A/O2硝化反硝化生物脱氮为核心的生物处理工艺处理高浓度焦化废水，在经过预处理、生化处理和深度处理后，出水达到了《污水综合排放标准》二级排放标准要求，部分指标达到了一级排放标准要求。

（2）采用平流隔油池和气浮池预处理能够有效去除水中的油，为后续生化处理创造了条件。

（3）O1/A/O2硝化反硝化生物脱氮处理工艺运行稳定，操作方便，耐冲击负荷强。在进水CODCr3 500~5 800 mg/L，进水NH3-N 36~285 mg/L 时，系统对CODCr和NH3-N 去除率分别达95%、89%以上。

（4）O1/A/O2工艺中预曝气池对CODCr和酚的去除率达到了70%、98%，有效降低了后续处理构筑物污泥负荷。

（5）采用聚合硫酸铁絮凝剂和PAM 助凝剂，当投加量分别为600~800 mg/L、1~2 mg/L 时，CODCr去除率可达50%左右，且脱色效果好。

［参考文献］

［1］宋蔚，王艳. 焦化废水处理技术研究进展［J］. 天津理工学院学报，2001，17（4）:97-99.

［2］林燕，杨永哲，袁林江，等．生物除磷脱氮技术的研究动向［J］．中国给水排水，2002，18（7）:20-22.

［3］ Kargi F，Uygur A. Nutrient removal performance of a sequencing batch reactor as a function of the sludge age ［J］. Enzyme and Microbial Technology，2002，31（6）:842-847.

［4］ Baeza J A，Gabriel D，Lafuente J. Effect of internal recycle on the nitrogen removal efficiency of an anaerobic/anoxic/oxic （A2/O） wastewater treatment plant （WWTP）［J］. Process Biochemistry，2004，39（11）:1615-1624.

［5］李亚新，周鑫，赵义. A2/O 工艺各段对焦化废水中难降解有机物的去除作用［J］. 中国给水排水，2007，23（14）:4-7.

［6］李亚新，赵义，岳秀萍，等. 生物膜法A2/O2 焦化废水处理系统中好氧反应器工艺特性［J］. 工业水处理，2008，28（1）:30-33.

［7］李长庆. 厌氧—缺氧—好氧处理焦化废水生产性试验研究［D］.北京：清华大学，1996.

［8］薛占强，李玉平，李海波，等. 短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化工艺处理焦化废水［J］. 中国给水排水，2011，27（1）:16-19.

［9］马昕，张涛，吴云生. 一种焦化废水生物脱氮处理工艺：中国，101514069［P］. 2009-08-26.

［10］许保玖，龙腾锐. 当代给水与废水处理原理［M］. 北京：高等教育出版社，1999：531.