A-A/O法處理焦化廢水
焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和化工產(chǎn)品精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，其主要來(lái)源于：（1）剩余氨水，它是在煤干餾及煤氣冷卻中產(chǎn)生出來(lái)的廢水，其水量占焦化廢水總量的1/2 以上，是焦化廢水的主要來(lái)源；(2)在煤氣凈化過(guò)程中產(chǎn)生的廢水(如蒸氨廢水)。焦化廢水是含有大量難降解有機(jī)污染物的工業(yè)廢水，其成分復(fù)雜，含有大量的酚、氰、苯、氨氮等有毒有害物質(zhì)，超標(biāo)排放的焦化廢水會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。唐山佳華煤化工有限公司(佳華公司)采用傳統(tǒng)的A-A/O活性污泥工藝，處理焦化廢水，效果較為顯著。
1 水質(zhì)與A-A/O工藝處理
1.1 焦化廢水水質(zhì)
目前，佳華公司的廢水主要包括煤氣冷凝水和蒸氨產(chǎn)生的廢水等，其污染物濃度很高，具體指標(biāo)見附表。
附表 焦化廢水水質(zhì)指標(biāo)
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1.2 A-A/O工藝原理
污水中的氮主要以有機(jī)氮或氨氮形式存在。有機(jī)氮可通過(guò)細(xì)菌分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮。生物脫氮的基本原理是先通過(guò)硝化將氨氮氧化成硝酸氮(NO3-N)，再通過(guò)反硝化將硝酸氮還原成N2從水中逸出。其中，生物硝化作用包括2 個(gè)步驟：（1）通過(guò)亞硝酸菌的作用將氨氮氧化為亞硝酸氮(NO2-N)；（2）通過(guò)硝酸菌的作用將亞硝酸氮進(jìn)一步氧化為硝酸氮，反應(yīng)式為：
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式中，C5H7O2N為亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的細(xì)胞。
如果不考慮硝化過(guò)程中硝化細(xì)菌的增殖，可用下式表示硝化過(guò)程：
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由上述反應(yīng)式計(jì)算可知，將1 g氨氮氧化為硝酸氮需4.57 g氧，并消耗7.14 g堿度（以CaCO3計(jì)）。此外，硝化過(guò)程產(chǎn)生酸度，對(duì)于堿度低和氨氮濃度高的廢水必須外加堿以維持硝化作用所適宜的pH值。硝化作用的最佳pH值為7.5～8.0。
生物反硝化作用是指反硝化細(xì)菌以有機(jī)碳為碳源，將硝酸氮還原為N2而逸入空氣中。反硝化細(xì)菌是兼性異養(yǎng)菌，反應(yīng)式為：
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由上述反應(yīng)式計(jì)算可知，每還原1 g硝酸氮可提供374 g堿度（以CaCO3計(jì)）。此外，欲去除4 個(gè)硝酸氮必須提供5 個(gè)有機(jī)碳。1 個(gè)碳氧化成CO2需2 個(gè)氧，5 個(gè)碳折算成BOD 值為160（32×5=160），因此，理論上反硝化池的BOD/TN必須＞2.86（[ 32×5）/（14×4）=2.86]，這樣才能滿足反硝化細(xì)菌對(duì)碳源的需要。反硝化反應(yīng)在缺氧條件下進(jìn)行，其適宜的pH值為中性或微堿性。如果污水中的有機(jī)物可用于反硝化反應(yīng)，則不需另加有機(jī)物，如果不具備這種條件，需另投加有機(jī)物，一般會(huì)投加甲醇，此時(shí)反硝化反應(yīng)式為:
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工藝由三段生物處理裝置組成，根據(jù)微生物存在形式不同，A-A/O 工藝又包括活性污泥法和生物膜法。該工藝將預(yù)處理的廢水依次經(jīng)過(guò)厭氧、缺氧和好氧三段處理，其特點(diǎn)在于在一般缺氧/好氧工藝（A/O）的基礎(chǔ)上增加厭氧段。厭氧段能較好地對(duì)污水水解酸化，以提高缺氧/好氧的處理效率(水解酸化促使焦化廢水可生化性提高)。目前，該工藝是國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的處理焦化廢水的生物脫氮工藝。
2 調(diào)試運(yùn)行及影響因素
2.1 調(diào)試運(yùn)行
2.1.1厭氧池污泥的馴化
厭氧池的主要作用是將高濃度蒸氨廢水中的復(fù)雜鏈?zhǔn)江h(huán)狀化合物水解進(jìn)行開環(huán)，變成相對(duì)簡(jiǎn)單的環(huán)狀化合物以利于后續(xù)生化反應(yīng)，并在開環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生一定量的有機(jī)酸、甲烷氣。理想狀態(tài)的厭氧池表面應(yīng)有一層白色生物膜，且出水的pH值略低于進(jìn)水的pH值，而佳華公司的厭氧池還未達(dá)到理想情況。
2.1.2缺氧池、好氧池污泥的馴化與控制
缺氧池和好氧池是互為作用的，好氧池中的硝化反應(yīng)會(huì)直接影響到缺氧池的反硝化作用，從而達(dá)到大量去除廢水中氨氮的目的。缺氧池中最重要的控制指標(biāo)是pH 值，只要池中pH 值嚴(yán)格控制在7～8 之間，并隨污泥的增長(zhǎng)逐漸加大曝氣量，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個(gè)較重要的控制手段，缺氧池回流比控制在5 倍于進(jìn)系統(tǒng)原水量是可以達(dá)到理想效果而且比較經(jīng)濟(jì)的。好氧池是整個(gè)生化處理的核心，一般情況下焦化廢水中不缺少碳源，所以無(wú)需向好氧池投加葡萄糖作為微生物的補(bǔ)充碳源。但磷是焦化廢水中較缺少的，為了給污泥微生物補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，應(yīng)按照進(jìn)水濃度、進(jìn)水量和公式BOD5∶N∶P=100∶5∶1計(jì)算磷源（采用磷酸二氫鉀作為磷源）用量。目前，佳化公司每天都分析化驗(yàn)二沉池的磷含量，只要磷含量＞2 mg/L 就可以認(rèn)為系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)充足。導(dǎo)致二沉池中磷含量高的原因主要有磷投加過(guò)多，以及系統(tǒng)中的污泥吸收營(yíng)養(yǎng)能力不理想而需要被馴化。此外，溶解氧是非常重要的一個(gè)控制參數(shù)，若曝氣過(guò)高會(huì)吹散污泥引起污泥上浮，若曝氣過(guò)低且時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使污泥窒息從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
2.2 影響因素
2.2.1溶解氧（DO）
硝化菌是異養(yǎng)型好氧菌，以氧化NH3-N 或NO2-N 來(lái)獲得足夠能量用于生長(zhǎng)。故DO 的高低直接影響硝化菌的生長(zhǎng)及活性。當(dāng)DO 升高時(shí)，硝化速率隨之增加，當(dāng)DO＜0.5 mg/L 時(shí)，硝化反應(yīng)趨于停止。焦化廢水的調(diào)試結(jié)果表明，好氧池DO 應(yīng)控制為3～5 mg/L。
氧可以抑制一些反硝化細(xì)菌合成硝酸鹽還原酶，也可作為電子受體，阻礙硝酸鹽的還原。因此，氧的存在會(huì)抑制反硝化細(xì)菌對(duì)硝酸鹽的還原，從而影響到脫氮能否順利進(jìn)行。只有在環(huán)境中DO 為零時(shí)，反硝化速率才達(dá)到最高；隨著DO 的上升，反硝化速率逐漸趨于零。測(cè)試結(jié)果表明，懸浮污泥反硝化系統(tǒng)缺氧區(qū)的DO 應(yīng)控制為0.5 mg/L。
2.2.2溫度
溫度對(duì)硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)和硝化速率有較大影響。大多數(shù)硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌適宜的生長(zhǎng)溫度在25～35 ℃之間，＜25 ℃或＞30 ℃時(shí)生長(zhǎng)會(huì)減慢，＜5 ℃后硝化反應(yīng)基本停止。該系統(tǒng)在冬季通過(guò)適當(dāng)提高蒸氨廢水溫度和在缺氧吸水井加蒸汽管加熱等方法來(lái)提高水溫，基本能夠滿足要求。
2.2.3 pH值
硝化反應(yīng)最佳pH 值為8.0～8.4，可通過(guò)向好氧池投加Na2CO3來(lái)調(diào)節(jié)。反硝化反應(yīng)的最佳pH 值為7～8，當(dāng)pH＞8.5 時(shí)，缺氧池內(nèi)氣泡明顯減少，反硝化率降低；當(dāng)pH 值＞9.0 時(shí)，氣泡幾乎消失，反硝化率接近于0。
由于蒸氨系統(tǒng)加堿操作不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)使生化系統(tǒng)進(jìn)水pH 值有較大波動(dòng)（5.0～10.0），對(duì)硝化、反硝化反應(yīng)影響較大。
2.2.4有機(jī)物與氨氮的比值（C/N）
廢水中的有機(jī)基質(zhì)，(如苯酚類及苯類物質(zhì))是硝化和反硝化反應(yīng)過(guò)程中的電子供體，是微生物的營(yíng)養(yǎng)之一，它與廢水中氮含量的比值是反硝化的重要條件，通常以COD/TKN＞4 的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制進(jìn)水水質(zhì)。當(dāng)廢水中的BOD5/TN＞3時(shí)，即可順利進(jìn)行反硝化反應(yīng)，達(dá)到脫氮目的，無(wú)須外加碳源。當(dāng)BOD5/TN＜3時(shí)，需另加碳源以達(dá)到理想的脫氮效果。經(jīng)過(guò)蒸氨后的焦化廢水基本滿足COD/NH3-N＞6的要求。
2.2.5有毒有害物質(zhì)的控制
硝化細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢（世代時(shí)間約為31 h），產(chǎn)率低，在系統(tǒng)負(fù)荷受沖擊后會(huì)恢復(fù)緩慢；硝化細(xì)菌對(duì)有毒物十分敏感，當(dāng)有毒有害物質(zhì)濃度超過(guò)一定數(shù)量時(shí)會(huì)對(duì)硝化細(xì)菌生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用。此外，焦化廢水中的揮發(fā)酚、氰化物、氨、苯、硫氰化物及亞硝酸氮等濃度控制不當(dāng)，均對(duì)硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌有抑制或毒害作用。
3 結(jié)論
3.1 采用A-A/O 法處理蒸氨后的高濃度廢水，COD、氨氮去除率分別達(dá)到96%、98%以上。
3.2 A-A/O 法是目前處理焦化廢水較有效的方法，但該法抗負(fù)荷沖擊能力較差。因此，不可忽視事故調(diào)節(jié)池在穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行中的作用，應(yīng)在設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理中予以重視；同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)各排水工序的協(xié)調(diào)工作，盡可能減少系統(tǒng)水質(zhì)的波動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
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[3]梁軼.焦化廢水生物脫氮[J].節(jié)能與環(huán)保,2001，(3)：39-40.
作者簡(jiǎn)介：張皓（1984-），男，助理工程師，從事煤化工污水處理技術(shù)工作。
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