高浓度COD和氨氮工业污水处理和省略术在焦化行业与氮肥行业应用和实践凌亮

专题水工业市场2010年第9期高浓度COD和氨氮工业污水处理和运行管理技术在焦化行业与氮肥行业应用和实践氨氮废水，特别是高浓度的氨氮废水来源、成分复杂，可生化性较差，浓度波动幅度大，使得传统的生物脱氮工艺脱氮效果不佳。其中尤其以焦化废水更为突出，焦化废水中含有大量酚、氰、油、氨氮等有毒有害物质，COD浓度可达3000~6500mg/l、氨氮在300~1500mg/l左右。目前国内处理这类废水的技术主要是采用物化预处理+生化处理”的工艺，但是处理后的放流水稳定达到国家《钢铁工业水污染物排放标准》GB13456－92、《污水综合排放标准》GB8978-1996的一级标准并不多。近年来也出现了一些新的处理方法，如改良型SBR、PACT法、载体流动床生物膜法（CBR）、厌氧生物法，厌氧水解－A/O法等，除在实验室严格控制进水指标等工艺条件下可以达标外，在工程上成功使用的实例不多。“HSBEMBM®环境治理微生物技术”，辅以气浮、混凝等物化处理措施的治理高浓度（氨氮）化工废水处理技术是浙江汉蓝环境科技有限公司自主研发的新型脱氮生化处理工艺流程，其核心是融合了固定化细胞技术和流态化工艺的生化处理技术及系统。一、技术特点HSBEMBM®环境治理微生物技术是一种新型的生物膜法－生物流态化工艺。载体吸附了高效微生物和污染物在池内呈流化状态，使固（生物膜）、液（废水）、气（空气）3相之间得到充分接触，颗粒之间剧烈碰撞，生物膜表面不断更新，微生物始终处于生长旺盛阶段。该技术能使床内保持高浓度的生物量，传质效率极高，从而使废水的基质降解速度快，水力停留时间短，耐冲击负荷能力强。®含有大量硝化菌和亚硝化菌种群，脱氮效果十分显著；微生物种群量多，耐高浓度氨氮冲击，表现型生物变异不明显；系统恢复快，脱氮功能不易退化；容易诱导短程硝化反应和好氧反硝化反应，降低耗碱量；污泥负荷比活性污泥法高，剩余污泥产出量极少；菌群一次性投放，本身无毒性、无致病性、不会造成二次污染。HSBEMBM®菌群是多属多种的环境微生物由固定化细胞技术制成的微生物制剂；选用特殊生物载体，可依不同水质特性加以调配和驯化，在生化池各处理段中，根据各段生化系统功能和作用污染物含量及特点不同，经过一段时间的适应驯化，针对系统中不同的污染物可以形成不同的高效的污染降解生物链。HSBEMBM®微生物形成的生物污泥活性高，每克污泥中细菌处理负荷是普通活性污泥的5～10倍。菌种种类齐备，数量充足，可形成完整的微生物分解链，分解彻底。HSBEMBM®微生物菌群，经过特殊驯化及强化，其特性如下：(1)菌群本身无毒性、无致病性、不会造成二次污染；(2)去除CODCr、BOD5速度快、能力强；(3)去除NH3-N及难降解有机物的能力独特；(4)污泥沉降性能佳、紧密度高，稳定性好、污泥产量少；(5)生物制剂一次投加，无文/凌亮（浙江汉蓝环境科技有限公司）城镇污水脱氮除磷技术路线与工艺方案研究水工业市场2010年第9期需补充，运行成本低廉，故障率低；(6)对pH值适应性强，6～9范围都能保持良好的处理效率。®需要指出的是，当污染因子或有毒有害物质达到一定浓度时，微生物将被抑制甚至死亡；但是，在超过工程设计负荷20%而没有达到抑制浓度时生化系统表现为处理效能低于设计效果，而微生物在此时仍有活性；当污染因子及相关条件符合设计要求后，通过采取适当的措施，其可以使其逐渐恢复原有活性。硝化杆菌在5%尿素溶液中（3小时），实验皿单位容积内的菌数减少，但是其形带仍然存在，存在的形态与上图中新鲜菌像没有很大变化，从动态活性来观察，明显弱化，但仍有“生命迹象”。载体的合理选择及其结构参数的优化，是关系到反应器快速启动和处理效果的关键因素之一。载体粒径愈小，比表面积愈大，微生物特殊载体表面形成的生物膜大。多孔载体的比表面积比相同粒径的实心载体大，比表面积大有利于介质充分接触。载体的流化动力与载体密度有关，密度过大，所需动力大，导致运行费用高；密度小、粒径小、球形度好的载体，不但可以降低动力，而且可以降低水力剪切力，有利于载体的挂膜，但密度过小，载体挂膜后易随出水流失。因此，载体的密度要适宜（1.07g/cm3－2.09g/cm3）按生化池体的0.5－1%计量载体的量。内部多孔、表面粗糙的载体除可增加比表面积外，还可固定更多的微生物，缩短启动时间，承受较大水力负荷的冲击。经过大量的工业化试验，从如下几方面的研究：粒径、密度、多孔特性、亲生物性、经济性等，浙江汉蓝环境科技有限公司利用活性炭、轻质粘土，硅藻土、EVA（是一种塑料物料由乙烯(E)及乙烯基醋酸盐(VA)所组成）的衍生物等按照一定比例进行配方和制作，研制成一种特殊生物载体，将其投加到生化系统中，可呈现出良好的流态化。在曝气池内，活性污泥附着于特殊生物载体的表面，由于特殊生物载体巨大的比表面积及其很强的吸附能力，提高了污泥的吸附能力，特别在活性污泥与特殊生物载体界面之间的溶解氧和降解基质浓度有了很大幅度的提高，从而也提高了COD的降解去除率。一般来说在特殊生物载体系统内，特殊生物载体吸附处理COD的动态吸附容量在100－350%（重量百分比），即一公斤特殊生物载体可吸附去除1.0－3.5公斤COD。在特殊生物载体－活性污泥系统中，活性污泥附着于特殊生物载体的表面，由于特殊生物载体巨大的比表面积及其较强的吸附能力，在活性污泥与特殊生物载体界面间的溶解氧和降解基质浓度有了很大幅度的提高，从而也提高了COD的降解去除率。一般来说，COD的去除（视废水的种类）可以提高10－40%；由于废水中的有毒有害有机物质被特殊生物载体所吸附，因此废水中有毒有害物质的浓度可以稳定在一个较低的水平，从而保证了生化处理系统的正常运行。微生物在特殊生物载体表面形成的生物膜是致密稳定的。活性炭为制剂载体使每一滴污水中的污染物与微生物充分接触，优于挂膜法，与沸腾床法相似；无需挂填料，节省投资和运行费用；活性炭作为载体，延长污染物与微生物进行能量交换的时间，泥龄比活性污泥法长；与活性污泥法相比，生物泥沉降性能优越，可减少沉淀池容积（表面负荷大）；一次性与微生物共同投放，不补加；具有脱色、除臭功能。®焦化废水中COD、酚、氰和氨氮比较浓度高，采用A/O和A/A/O处理工艺，实践表明此工艺仅能处理COD、酚、氰，对氨氮的脱除无能为力，而且排泥量大。微生物去除氨氮需经过好氧硝化、兼氧（缺氧）反硝化两个阶段。硝化菌、脱氮菌的增殖速度慢，要想提高去除率，必须要有较长的停留时间和较高的细菌浓度。在低温、低pH值的条件下，固定化细胞能够保留比未包埋细胞更高的脱氮活性，在固定化载体中可以增殖。固定化细胞技术在处理氨氮废水中的主要专题水工业市场2010年第9期优势在于可通过高浓度的固定细胞，提高硝化和反硝化速度，同时还可以使在反硝化过程低温时易失活的反硝化菌保持较高的活性。(1)脱氮是HSBEMBM®环境治理微生物技术的一个主要特点，要实现理想的脱氮效果，硝化反应彻底与否是关键。HSBEMBM®菌群来源广泛，经过特殊驯化及强化具有极佳的硝化能力，HSBEMBM®制剂中硝化菌的反应速率，可以比常规活性污泥法提高50％～200％左右，而常规的活性污泥法硝化菌的活性较差，抗氨氮负荷的能力较差，一般要求进水的氨氮负荷不超过200mg/l，这大大提高了系统的抗冲击能力同时也减少了反应器的体积，减少投资成本及运行费用。(2)HSBEMBM®环境治理微生物技术在脱除氨氮反应的硝化过程中效果明显，废水经处理后NH3-N含量可稳定降至15mg/l以下。由于硝化过程是产酸过程，硝化反应进行的同时会使系统的pH值下降，而硝化菌对pH值要求又特别敏感，所以在硝化过程中要加入一定量的碱来中和产生的H+。目前可用的碱有碳酸钠，碳酸氢钠及氢氧化钠等几种。由于氢氧化钠可以完全电离，多投或少投在曝气池中马上就有反应，不易稳定控制pH值，所以常规方法一般投加碳酸钠，而本技术中的硝化菌活性强，产生的H+多，pH值变化大，故可以用氢氧化钠来调节pH值。由于氢氧化钠溶液的价格比碳酸钠便宜，而且碱度高，投加方便，大大降低了硝化阶段的成本，又便于自动化控制。(3)HSBEMBM®环境治理微生物处理技术由于具有完整的分解链，底物分解彻底，产泥量少，只及常规活性污泥法的1/10以下，这样大大减少污泥产量，减少污泥处置的费用。同时可以大大增加污泥的泥龄，使优势菌群在系统得以充分积累，提高系统的处理能力，例如硝化细菌，由于其世代时间很长，达到38h～59d，要想使硝化细菌在系统得以累积，就必须有较长的污泥龄。而常规活性污泥法由于产泥量大，经常需要排泥，尤其是夏天，几乎每天都要排泥，使得泥龄很短，使硝化细菌不能达到一定的数量累积，故硝化反应不完全，例如杭钢、南钢、湘钢、武钢、鄂钢等焦化废水处理站在改造前，硝化反应不明显，氨氮是进多少出多少，基本没有去除率甚至出水还要高于进水的浓度。生化处理是公认的污染物无害化处理的昀有效、昀廉价的处理工艺。常规活性污泥法处理焦化废水处理后出水氨氮难以达到GB8978－1996中的一级标准的弊病，没有得到业主的认同和推广。并不能说明生化处理不适合焦化废水的处理。究其原因，主要是没有从根本上解决问题，生化处理的根本是利用微生物来分解有机物，只有得到适应能力强、分解能力高的细菌才能充分发挥出生化处理的优势。二、工艺设计初曝池、兼氧池和好氧池中投加HSBEMBM®微生物制剂。经预处理后的焦化废水首先进入除油池进行物理除油，重油沉入池底，轻油被撇油机收集。城镇污水脱氮除磷技术路线与工艺方案研究水工业市场2010年第9期除油后废水自流入调节池进行均质、均量；发生事故时废水入事故池。无压力废水进入集水井后提升至除油池。均化后废水泵入气浮池进行化学除油；除油后废水自流入初曝池，初曝池的作用主要是去除废水中大量抑制脱氮菌属生长的CN-、SCN-等。初曝池出水自流至初沉池进行泥水分离，污泥回流至初曝池，污泥回流比约为50%－100%。初曝池剩余污泥排入浓缩池。初沉池出水自流至A/O生化段，即脱碳、脱氮处理单元。该单元由兼氧池、好氧池、二沉池组成。该单元的生化处理工艺是针对废水有机物浓度高、NH3-N含量高，依据同类废水处理运行结果而设置的。通过调整微生物生长环境，发挥其在不同环境下表现不同特性的属性，完成硝化、反硝化的脱氮过程，同时完成脱碳任务。二沉池污泥回流至兼氧池，必要时也可以回流至初曝池，污泥回流比为50%－100%。好氧池混合液回流至兼氧池，回流比为100%－200%。兼氧池、好氧池、二沉池之间的水流实现自流。根据以往的成功经验，兼氧段采取无氧搅拌，好氧段采取鼓风曝气，保持各构筑物内混合液完全混合及悬浮状态。初曝池控制pH为7～9.5，温度为25～35℃，DO为1.2～4.5mg/l，SV30为18～50；兼氧池控制pH为7.4～9.2，温度为22～35℃，DO为0.05～1.3mg/l，SV30为15～45；好氧池控制pH为6.5～9，温度为28～40℃，DO为0.9～5.1mg/l，SV30为18～45。在设计确定的情况下，生化控制指标由进水水量和水质决定，具体控制指标在生化调试合格并稳定运行后方可确定。气浮池至兼氧池设超越管，可以向兼氧池提供部分原水以补充碳源。二沉池出水若达标则通过超越管直接排入清水池，否则进絮凝反应池及混凝沉淀池，投加絮凝剂进行絮凝沉降，进一步去除废水中的有机物和悬浮物，出水若达标则通过超越管排入清水池，否则进入中间水池，然后泵入多介质过滤器，进一步去除悬浮物和色度，出水进入清水池备用，通过清水泵送至全厂废水处理站进行深度处理，或送至渣场热浇渣，或送至炼焦熄焦水池。预处理系统从废水中收集的轻、重油泵至贮油池后送入焦油氨水分离槽后可以外售；气浮残渣进入贮渣池后外运或送入带式压滤机进行脱水，初沉池、二沉池剩余污泥及终沉池污泥经浓缩池浓缩后由污泥泵送入带式压滤机进行脱水，脱水后的泥饼运至煤场掺煤。(1)预处理常用隔油、气浮设施除去废水中的油类并回收再利用，过多的油类影响将后续生化处理的效果；(2)不同生化处理段功能不同，微生物在