A-A/O法处理焦化废水 - 水资源

摘要：焦化废水是含有大量难降解有机污染物的工业废水，其成分复杂，采用传统的A-A/O 活性污泥工艺处理蒸氨后的高浓度焦化废水。结果表明，该工艺可使COD、氨氮去除率分别在96%、98%以上。

关键词：焦化废水；生化处理；A-A/O 工艺；高浓度COD

中图分类号：X 784 文献标识码：B 文章编号：1003-5095(2012)03-0071-03

Treatment for Coking Wastewater Using the A-A/O Technology

ZHANG Hao

Abstract:Coking wastewater contains a large number of refractory organic pollutants.To treat the wastewater containing high concentration ammonia by the traditional A-A/O activated sludge process.The results showed that the removal rates of COD and ammonia nitrogen were respectively higher than 96% and 98%.

Key words:coking wastewater;biochemical treatment;A-A/O technology;high concentration COD

焦化废水是在原煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，其主要来源于：（1）剩余氨水，它是在煤干馏及煤气冷却中产生出来的废水，其水量占焦化废水总量的1/2 以上，是焦化废水的主要来源；(2)在煤气净化过程中产生的废水(如蒸氨废水)。焦化废水是含有大量难降解有机污染物的工业废水，其成分复杂，含有大量的酚、氰、苯、氨氮等有毒有害物质，超标排放的焦化废水会对环境造成严重污染。唐山佳华煤化工有限公司(佳华公司)采用传统的A-A/O活性污泥工艺，处理焦化废水，效果较为显著。

1 水质与A-A/O工艺处理

1.1 焦化废水水质

目前，佳华公司的废水主要包括煤气冷凝水和蒸氨产生的废水等，其污染物浓度很高，具体指标见附表。

附表焦化废水水质指标

1.2 A-A/O工艺原理

污水中的氮主要以有机氮或氨氮形式存在。有机氮可通过细菌分解和水解转化成氨氮。生物脱氮的基本原理是先通过硝化将氨氮氧化成硝酸氮(NO3-N)，再通过反硝化将硝酸氮还原成N2从水中逸出。其中，生物硝化作用包括2 个步骤：（1）通过亚硝酸菌的作用将氨氮氧化为亚硝酸氮(NO2-N)；（2）通过硝酸菌的作用将亚硝酸氮进一步氧化为硝酸氮，反应式为：

式中，C5H7O2N为亚硝酸细菌和硝酸细菌的细胞。

如果不考虑硝化过程中硝化细菌的增殖，可用下式表示硝化过程：

由上述反应式计算可知，将1 g氨氮氧化为硝酸氮需4.57 g氧，并消耗7.14 g碱度（以CaCO3计）。此外，硝化过程产生酸度，对于碱度低和氨氮浓度高的废水必须外加碱以维持硝化作用所适宜的pH值。硝化作用的最佳pH值为7.5～8.0。

生物反硝化作用是指反硝化细菌以有机碳为碳源，将硝酸氮还原为N2而逸入空气中。反硝化细菌是兼性异养菌，反应式为：

由上述反应式计算可知，每还原1 g硝酸氮可提供374 g碱度（以CaCO3计）。此外，欲去除4 个硝酸氮必须提供5 个有机碳。1 个碳氧化成CO2需2 个氧，5 个碳折算成BOD 值为160（32×5=160），因此，理论上反硝化池的BOD/TN必须＞2.86（[ 32×5）/（14×4）=2.86]，这样才能满足反硝化细菌对碳源的需要。反硝化反应在缺氧条件下进行，其适宜的pH值为中性或微碱性。如果污水中的有机物可用于反硝化反应，则不需另加有机物，如果不具备这种条件，需另投加有机物，一般会投加甲醇，此时反硝化反应式为:

工艺由三段生物处理装置组成，根据微生物存在形式不同，A-A/O 工艺又包括活性污泥法和生物膜法。该工艺将预处理的废水依次经过厌氧、缺氧和好氧三段处理，其特点在于在一般缺氧/好氧工艺（A/O）的基础上增加厌氧段。厌氧段能较好地对污水水解酸化，以提高缺氧/好氧的处理效率(水解酸化促使焦化废水可生化性提高)。目前，该工艺是国内较先进的处理焦化废水的生物脱氮工艺。

2 调试运行及影响因素

2.1 调试运行

2.1.1厌氧池污泥的驯化

厌氧池的主要作用是将高浓度蒸氨废水中的复杂链式环状化合物水解进行开环，变成相对简单的环状化合物以利于后续生化反应，并在开环过程中产生一定量的有机酸、甲烷气。理想状态的厌氧池表面应有一层白色生物膜，且出水的pH值略低于进水的pH值，而佳华公司的厌氧池还未达到理想情况。

2.1.2缺氧池、好氧池污泥的驯化与控制

缺氧池和好氧池是互为作用的，好氧池中的硝化反应会直接影响到缺氧池的反硝化作用，从而达到大量去除废水中氨氮的目的。缺氧池中最重要的控制指标是pH 值，只要池中pH 值严格控制在7～8 之间，并随污泥的增长逐渐加大曝气量，使DO保持在3～5 mg/L，就能很好的去除氨氮。上清液回流比也是一个较重要的控制手段，缺氧池回流比控制在5 倍于进系统原水量是可以达到理想效果而且比较经济的。好氧池是整个生化处理的核心，一般情况下焦化废水中不缺少碳源，所以无需向好氧池投加葡萄糖作为微生物的补充碳源。但磷是焦化废水中较缺少的，为了给污泥微生物补充营养，应按照进水浓度、进水量和公式BOD5∶N∶P=100∶5∶1计算磷源（采用磷酸二氢钾作为磷源）用量。目前，

佳化公司每天都分析化验二沉池的磷含量，只要磷含量＞2 mg/L 就可以认为系统中营养充足。导致二沉池中磷含量高的原因主要有磷投加过多，以及系统中的污泥吸收营养能力不理想而需要被驯化。此外，溶解氧是非常重要的一个控制参数，若曝气过高会吹散污泥引起污泥上浮，若曝气过低且时间过长，则会使污泥窒息从而导致系统崩溃。

2.2 影响因素

2.2.1溶解氧（DO）

硝化菌是异养型好氧菌，以氧化NH3-N 或NO2-N 来获得足够能量用于生长。故DO 的高低直接影响硝化菌的生长及活性。当DO 升高时，硝化速率随之增加，当DO＜0.5 mg/L 时，硝化反应趋于停止。焦化废水的调试结果表明，好氧池DO 应控制为3～5 mg/L。

氧可以抑制一些反硝化细菌合成硝酸盐还原酶，也可作为电子受体，阻碍硝酸盐的还原。因此，氧的存在会抑制反硝化细菌对硝酸盐的还原，从而影响到脱氮能否顺利进行。只有在环境中DO 为零时，反硝化速率才达到最高；随着DO 的上升，反硝化速率逐渐趋于零。测试结果表明，悬浮污泥反硝化系统缺氧区的DO 应控制为0.5 mg/L。

2.2.2温度

温度对硝化细菌的生长和硝化速率有较大影响。大多数硝化细菌和反硝化细菌适宜的生长温度在25～35 ℃之间，＜25 ℃或＞30 ℃时生长会减慢，＜5 ℃后硝化反应基本停止。该系统在冬季通过适当提高蒸氨废水温度和在缺氧吸水井加蒸汽管加热等方法来提高水温，基本能够满足要求。

2.2.3 pH值

硝化反应最佳pH 值为8.0～8.4，可通过向好氧池投加Na2CO3来调节。反硝化反应的最佳pH 值为7～8，当pH＞8.5 时，缺氧池内气泡明显减少，反硝化率降低；当pH 值＞9.0 时，气泡几乎消失，反硝化率接近于0。

由于蒸氨系统加碱操作不稳定，经常会使生化系统进水pH 值有较大波动（5.0～10.0），对硝化、反硝化反应影响较大。

2.2.4有机物与氨氮的比值（C/N）

废水中的有机基质，(如苯酚类及苯类物质)是硝化和反硝化反应过程中的电子供体，是微生物的营养之一，它与废水中氮含量的比值是反硝化的重要条件，通常以COD/TKN＞4 的标准来控制进水水质。当废水中的BOD5/TN＞3时，即可顺利进行反硝化反应，达到脱氮目的，无须外加碳源。当BOD5/TN＜3时，需另加碳源以达到理想的脱氮效果。经过蒸氨后的焦化废水基本满足COD/NH3-N＞6的要求。

2.2.5有毒有害物质的控制

硝化细菌生长缓慢（世代时间约为31 h），产率低，在系统负荷受冲击后会恢复缓慢；硝化细菌对有毒物十分敏感，当有毒有害物质浓度超过一定数量时会对硝化细菌生长产生抑制作用。此外，焦化废水中的挥发酚、氰化物、氨、苯、硫氰化物及亚硝酸氮等浓度控制不当，均对硝化细菌和反硝化细菌有抑制或毒害作用。

3 结论

3.1 采用A-A/O 法处理蒸氨后的高浓度废水，COD、氨氮去除率分别达到96%、98%以上。3.2 A-A/O 法是目前处理焦化废水较有效的方法，但该法抗负荷冲击能力较差。因此，不可忽视事故调节池在稳定系统运行中的作用，应在设计与运行管理中予以重视；同时,还应加强各排水工序的协调工作，尽可能减少系统水质的波动。

参考文献

[1]杨平，王彬.生物法处理焦化废水评述[J].化工环保，2001，21(3):144-149.

[2]徐亚同，黄民生.废水生物处理的运行管理与异常对策[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]梁轶.焦化废水生物脱氮[J].节能与环保,2001，(3)：39-40.

作者简介：张皓（1984-），男，助理工程师，从事煤化工污水处理技术工作。