净化车间废水预处理及生化技术4

1第七节生化处理的新型工艺目前传统的推流式生化处理工艺已经不能满足国家污水排放标准GB13456-92一级排放要求，很多污水处理企业在寻求一种处理水质好，能够满足外排污水达标排放的新方法，本节重点介绍国内几种新工艺。1.A/O法及A-A/O法焦化污水生物脱氮的A/O、A-A/O工艺较成熟，在我国的焦化行业已得到了广泛的应用，如工艺参数设计合理，工艺条件控制适当，可取得较好的脱氮效果，是目前工程设计中优先考虑的脱氮工艺。后者是前者的改进型工艺，是在A/O系统缺氧池之前加一个厌氧池，可起到酸化水解的作用，有利于大分子多环类化合物链或环的断裂，从而提高污水的生物降解特性，因此A-A/O工艺的处理效果要优于A/O工艺。但A-A/O工艺的水力停留时间长，基建投资相应也要高一些，并且焦化厂生物脱氮装置大多是在原有的基础上改扩建而成，污水处理场地有时会受到限制，所以在工艺选取上应结合实际情况及水处理要求综合考虑。另外，焦化污水在进入生化装置之前，一般都经过溶剂脱酚和蒸氨处理，以降低污水中的酚和氨的浓度。由于焦化污水属于低碳高氨污水，在反硝化阶段，碳源不足会影响脱氮效率，并且酚很容易生物降解，因此可取消溶剂脱酚工序。至于蒸氨与否应根据焦化厂的实际情况，若剩余氨水中氨的浓度很高，应采取蒸氨措施以降低污水中的2氨含量，确保生物脱氮效果。(1)A/O工艺A/O工艺生物脱氮的原理：A/O工艺生物脱氮为内循环生物脱氮工艺，即缺氧、好氧工艺，其主要工艺路线是缺氧在前，好氧在后，泥水单独回流，缺氧池进行反硝化反应，好氧池进行硝化反应，焦化污水先流经缺氧池而后进入好氧池。硝化反应是在延时曝气后期进行的，对于焦化污水生物氧化分解，氨氮的降解是在酚、氰、硫、氰化物等被降解之后进行，故需要足够的曝气时间，同时氨氮的氧化必须补充一定量的碱度，硝化细菌属于好氧性自养菌，而反硝化细菌属于兼性异养菌，即在有氧的条件下利用有机物进行好氧增殖，在无氧的条件下微生物利用有机碳源，以NO2-和NO3-作为电子接受体将NO2-和NO3-还原成氮气（N2）排出，以达到脱氮的目的。生物反应脱氮过程：硝化与反硝化反应过程中所参与的微生物种类不同，转化的基质不同，所需的反应条件也不相同。（a）硝化反应过程，硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程，它包括两个基本反应：步骤一由亚硝酸菌参与将氨氮转化为亚硝酸盐（NO2-）的反应，步骤二由硝酸菌参与将亚硝酸盐转化为硝酸盐NO3-的反应即：NH4++1.5O2+2HCO3-NO2-+2H2CO3+H2O亚硝酸菌3NO2-+0.5O2NO3-总反应式：NH4++2O2+HCO3-NO3-+H2O+2H2CO3由上式反应可知：在硝化反应过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮需耗氧3.43g，硝化反应需耗氧1.14g，同时约消耗7.14g重碳酸盐碱度（以CaCO3计）。（b）反硝化反应过程反硝化反应是将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程。在反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源（如甲醇、乙酸）作电子供体，利用NO3-中的氧进行缺氧呼吸。其反应过程为：6NO3-+2CH3OH6NO2-+CO2+4H2O6NO2-+3CH3OH3N2+3CO2+3H2O+6OH-总反应式：6NO3-+5CH3OH5CO2+3N2+7H2O+6OH-从上反应可知：反硝化反应过程中每还原1gNO3-可提供2.6g的氧，消耗2.47g甲醇（约为3.7gCOD），同时产生3.57g左右的重碳酸盐碱度（以CaCO3计）。理论上，每氧化1克氨氮为硝酸盐氮，需7.14克碱度（以CaCO3硝酸菌氧化4计），实际碱的补充量依赖于污水中原有的碱度和氨氮浓度。硝化菌是自养性好氧菌，因此必须供给溶解氧，好氧池若为活性污泥工艺，溶解氧一般为2~3mg.L-1，若采用生物膜工艺，溶解氧则应控制在3~4mg.L-1之间。在实际工程中，好氧池多设计为活性污泥工艺，而缺氧池则为生物膜系统，好氧和缺氧两段微生物互不相混，各自处于最佳的环境条件下生长。在缺氧池中，回水中的硝态氮与原水中的有机碳发生反硝化反应，硝态氮被还原为氮气，在此过程中，要求溶解氧（DO）低于0.5mg.L-1。该工艺的设计参数一般为：A、O段的水力停留时间分别为10~15h及18~25h，硝化液的回流比为3~5，泥龄为50~100d。进、出酚氰污水处理站水质在我国，80年代开始研究A/O工艺，93年上海宝山钢铁公司焦化污水A/O装置投入运行，污水中的NH3-N得到有效治理，混凝处理后COD也达到了国家排放标准。此后，安阳钢铁公司的焦化污水及临汾钢铁厂的焦化污水相继投产了A/O装置，并获得成功。(2)A-A/O工艺A-A/O工艺是在A/O工艺的基础上开发出来的改进工艺。A-A/O工艺与A/O工艺相比，在缺氧池前多了一个厌氧池，目的是起水解酸化作用。因为焦化污水中含有大量的杂环及多环芳烃类有机物，这些5有机物在好氧条件下较难生物降解，通过厌氧酸化处理，可以将其转化为小分子、易生物降解的有机物，提高焦化污水的生物降解性。利用厌氧-缺氧-好氧工艺研究了焦化污水中有机物在各段中的降解情况，发现在厌氧段喹啉、吲哚等含氮杂环化合物得到了较大幅度的降解，部分有机物完全被去除，还产生了部分中间产物，如4-甲基-2-硝基苯酚，3-乙基-5，6，7，8-四氢喹啉等。运用生物流化床A-A/O工艺处理攀钢焦化污水，进水的氨氮浓度平均高达470mg.L-1，COD在775~2986mg.L-1之间波动时，出水经混凝处理，二者均达到一级排放标准要求。昆明钢铁公司焦化厂，利用原有活性污泥的基础设施，将焦化厂的生物处理工艺改造成A-A/O工艺，2001年进行了调试与优化，系统运行稳定，氨氮去除率大于99%，混凝后COD的去除率高于95%，出水中酚、氰、COD和NH3-N等均达到国家排放标准。涟源钢铁公司焦化酚氰污水采用A-A/O工艺处理，当进水中COD和NH3-N分别为946mg.L-1和275.6mg.L-1时，出水仅为136mg.L-1和23.2mg.L-1，出水水质达到了二级排放标准。63、生物脱氮技术的新发展传统的生物脱氮理论认为，硝化与反硝化是分别在不同的反应器或同一反应器中顺序进行的，即首先发生硝化反应，氨氮在硝化细菌的作用下被氧化为硝态氮，然后发生反硝化反应，将硝态氮还原为氮气。然而，最近的研究表明，生物脱氮过程中出现了一些超出人们传统认识的新现象，并提出了一些新的生物脱氮观点和理论，其中同时硝化反硝化和厌氧氨氧化工艺颇受重视，具有重要的应用价值。同时硝化反硝化是在同一反应器中，硝化与反硝化同时发生的现象。同时硝化反硝化工艺具有以下优点：①反应过程生成的硝态氮即被还原，因此提高了反应的推动力，缩短了反应历程，降低了反应时间；②降低碱耗；③减少反应容积，降低基建投资。对同时硝化反硝化现象的合理解释主要有：微环境理论和好氧反硝化理论。微环境理论认为在同一反应器中，虽然宏观条件相同，但对于生物膜或活性污泥的不同空间的微观条件是不同的，即存在微缺氧环境。好氧反硝化理论认为，除自养硝化菌外，还存在异养硝化菌，而异养硝化菌同时也是好氧反硝化菌，因而能在好氧的条件下将氨氮直接转化为氮气。另短程硝化反硝化已在焦化厂成功进行了中试研究，显示出良好的应用前景。而同时硝化反硝化和厌氧氨氧化工艺突破了传统脱氮理论的认识，优点非常突出，但目前仍停留在实验室研究阶段，是今后研究的重点方向。7思考题：1.A/O工艺生物脱氮的原理？2.A/O法及A-A/O法在工艺上有什么区别？3.硝化与反硝化在什么条件下产生，机理是什么？第八节生化处理过程中异常状况的分析与处理一、水质异常1、曝气池出现生物泡沫：(1)喷洒水等增加表面搅拌的方法:喷洒水是一种最简单和最常用的物理方法，通过喷洒水流或水珠以打碎浮在水面的气泡，可以有效减少曝气池或二沉池表面的泡沫。打散的污泥颗粒部分重新恢复沉降性能，但丝状细菌仍然存在于混合液中，所以，不能消除泡沫现象的根本原因。（2)投加杀菌剂或消泡剂:可以采用具有强氧化性的杀菌剂，如氯、臭氧和过氧化物等。还有利用聚乙二醇、硅酮生产的市售药剂，以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等。药剂的作用仅仅能降低泡沫的增长，却不能消除泡沫的形成。而广泛应用的杀菌剂普遍存在负作用，因为过量或投加位置不当，会大量降低曝气池中絮成菌的数量及生物总量。(3)降低污泥龄:一般来讲，采用降低曝气池中污泥的停留时间，可以抑制生长周期较长的放线菌的生长。有实践证明，当污泥停留时8间在5-6天时，能有效控制丝状菌的生长，以避免由其产生的泡沫问题。(4)回流厌氧消化池上清液:已有试验表明，厌氧消化池上清液能抑制丝状菌的生长，因而采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，能控制曝气池表面的气泡形成。由于厌氧消化池上清液中有浓度很高CODCr.(BOD5)和氨氮，有可能影响最后的出水质量，应慎重采用。(5)向曝气反应器内投加载体(填料):在一些活性污泥系统中投加移动或固定填料，使一些易产生污泥膨胀和泡沫的微生物固着生长，这既能增加曝气池内的生物量、提高处理效果，又能减少或控制泡沫的产生。（6)投加化学药剂:向曝气池中投加Cl2、H2O2、O3等氧化剂或聚合氯化铝等阳离子絮凝剂也可以有效控制泡沫的产生。曾有报道，向曝气池中投加2~3mg/LO3后，成功地抑制了丝状菌不正常增殖产生的泡沫;向曝气池中投加阳离子絮凝剂后，使混合液表面的稳定泡沫失去稳定性，进而使丝状菌分散重新进入活性污泥絮体中。实践表明，虽然泡沫问题具有基本共同的原理，但引起泡沫现象的因素很多，控制的方法和取得效果也各不相同，表列出了一部分控制泡沫的方法及其成功率的统计数据。一些污水厂的泡沫控制方法及其成功率控制方法统计(1)统计(2)统计(3)污水厂成功率/%污水厂成功率/%污水厂成功率/%喷洒水58884628降低污泥龄44734657杀菌剂48589664620反泡沫药剂35207579选择器1173减少曝气时间56046332、曝气池溶解氧过高或过低：曝气池溶解氧含量DO值过高的原因有污泥中毒、污泥负荷偏低等。污泥中毒会使微生物失去活性，吸收利用氧的功能降低。污泥负荷偏低，会使曝气充氧量超过污泥对氧的吸收利用量，导致氧在混合液中的过量积累。曝气池溶解氧含量DO值过低的原因有混合液污泥浓度过高、污泥负荷过高等。剩余污泥排放不及时，曝气池混合液中出现了污泥的积累，污泥自身的耗氧量增加会使曝气充氧量不足以补充污泥对氧的吸收利用量。剩余污泥排放量过大使曝气池混合液污泥浓度低于正常值、进水量增大及进水有机物含量升高，都是使污泥负荷过高的原因。污泥负荷过高会使耗氧量超过供氧量，导致曝气池DO值偏低。曝气池溶解氧过高或过低的解决对策是根据具体情况，对进水水质水量、剩余污泥排放量、曝气量、曝气池运行间数等进行调整。3、二沉池出水悬浮物含量大：(l)活性污泥膨胀使污泥沉降性能变差，泥水界面接近水面，部分污泥碎片经出水堰溢出。对策是通过分析污泥膨胀的原因，逐一排除。(2)进水量突然增加，使二沉池表面水力负荷升高，导致上升流速加大、影响活性污泥的正常沉降，水流夹带污泥碎片经出水堰溢出。对策是充分发挥调节池的作用，使进水尽可能均衡。(3)出水堰或出水集水槽内藻类附着太多。对策是操作运行人员10及时清除这些藻类。(4)曝气池活性污泥浓度偏高，二沉池泥水界面接近水面，部分污泥碎片经出水堰溢出;对策是加大剩余污泥排放量。(5)活性污泥解体造成污泥的絮凝性下降或消失，污泥碎片随水流出。对策是找到污泥解体的原因，逐一排除和解决。(6)吸（刮)泥机工作状况不好，造成二沉池污泥或水流出现短流现象，局部污泥不能及时回流，部分污泥在二沉池停留时间过长，污泥缺氧腐化解体后随水流溢出。对策是及时修理吸(刮)泥机，使其恢复正常工作状态。(7)活性污泥在二沉池停留时间过长，污泥因缺氧腐化解体后随水流溢出。对策是加大回流污泥量，在二沉池中的缩短停留时间。(8)水温较高且水中硝酸盐含量较多时，二沉池出现污泥反硝化脱氮现象，氮气裹带大块污泥上浮到水面后随水流溢出。对策是加大回流污泥量，缩