焦化废水生化处理单元改进工艺及应用

摘要：针对目前国内焦化水处理工艺现状，将一种改进的强化短程硝化反硝化的生化处理工艺应用于工程实践。该工艺可达到强化难降解有机物的生物去除的效果，极大降低了生物处理的成本；该工艺已成功应用于某焦化厂的废水生化处理中，处理效果好，技术运行费用低，为我国焦化废水处理工作的开展提供了新的思路，应用前景广阔。

关键词：焦化废水；难降解有机物；生化处理工艺；短程硝化反硝化；

焦化废水是煤热解干馏、荒煤气回收净化和化工产品回收精制等炼焦过程产生的废水的统称，其中含有大量有机污染物和有毒无机物，成分复杂，污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水[1-3]。焦化废水中含有大量的环链有机化合物和各种无机化合物，如果直接排入水体，会直接或间接的对动植物产生严重的影响[4]。焦化废水中含有的多环芳烃和杂环化合物，不少已经被证明是致癌、致畸、致突变物质[5]。

目前较成熟的焦化废水处理技术主要有物理化学法、生物处理法和化学处理法，因焦化废水污染物浓度高、处理量大，目前多数处理技术仍局限于实验室研究阶段或中试阶段，尚未进入工业应用阶段[6]。我国于20世纪70年代建设了一批采用一段曝气或二段曝气的活性污泥水处理设施，经过不断改进，目前国内焦化水处理装置多采用普通生化处理技术、A/O法或者相应的匹配工艺（A2/O等），以这些强化脱酚生化处理工艺处理废水，处理后出水的酚、氢等基本可以达标[7]。

本文结合目前国内焦化水处理工艺现状，在已有试验研究的基础上，借鉴、吸收各焦化厂焦化废水主体处理工艺技术，对国内普遍采用的A2/O生化处理工艺进行改进，和北京某科研院所联合，将一种改进的强化短程硝化反硝化的生化处理工艺，应用在某焦化厂的废水处理的工程实践中，为我国焦化废水处理工作提供借鉴和参考。

一、焦化废水生化处理工艺存在的问题

焦化废水二级处理阶段多采用生化处理方法，具有污染物去除率高、运行成本低、二次污染小等优点，目前应用工艺主要有A/O法、O/A/O法和A/O2等。但根据对目前国内各大焦化企业实际运行结果实地考察，仅依靠目前的生化技术，不可能满足水质标准。如A/O工艺存在抗冲击能力弱，成本较高，稀释水量大，出水的COD和色度超标严重[8, 9]。A2/O工艺除了在抗有机物冲击能力方面略好于A/O工艺外，对有机物和氨氮的总去除率仍偏低[4]。O/A/O工艺系统的抗冲击能力相对于A/O容易略有提高。但是曝气强度大，水力停留时间长，污泥回流量大，使得能耗较高，同时工艺操作只能维持完全硝化反应来获得高氨氮去除率，使得碱耗也较高，这样增加了成本，出水水质也不理想。

二、焦化废水生化处理工艺改进方案

针对焦化废水中难降解成分高的特点，克服以上生物脱氮工艺在焦化废水处理存在的问题，我们通过与北京某科研院所联合研究，将原有处理工艺进行了改进，将一种强化短程硝化反硝化同时脱碳脱氮工艺应用于工程实践。工艺主要为A/O3，在A阶段，通过新型生物反应设备和过程动态时控制实现废水中难降解有机物和（亚）硝态氮的高负荷脱除；在O1阶段通过新型生物反应-沉淀一体式设备，实现氮氧化菌的高效截留与高活性生长，最大限度脱除COD；在O2阶段通过新型生物反应-沉淀一体式设备和过程动态控制，实现亚硝化类细菌的高效截与高活性生长，最大限度实现短程硝化；在O3阶段通过新型生物反应-沉淀一体式设备，实现硝化细菌的高效截留与高活性生长，实现完全硝化。

该技术通过对反硝化反应器的独特内部结构设计与工艺优化，提高微生物浓度，强化反硝化反应，使得反硝化效率和COD去除率都明显提高，尤其是使相当部分难降解有机物得到去除，降低曝气成本，保证了好氧段硝化菌的优势竞争力，同时反硝化产碱也降低了后续硝化的碱耗。在好氧阶段，将好氧段进行分级，分别营造脱COD异养菌和脱氨氮自养菌的最佳生存环境，保证碳氧化细菌和硝化细菌分别优势生长，对有毒物和负荷的耐冲击能力较强。进水不需稀释或微量水稀释的情况下处理出水能稳定达标。

三、改进的焦化废水生化处理工艺的应用

通过对焦化废水生化处理部分的改进，形成了一套较完善的处理工艺流程，已应用于青海某焦化厂废水处理中。其工艺流程如图3-1所示：

图3-1 青海某焦化厂废水处理工艺流程图

工艺流程说明：经过调节池均质后的废水进入厌氧反应器，进行厌氧水解酸化，一些难降解有机物转化为相对容易降解的有机物。缺氧反应器中发生反硝化反应进行脱氮，硝态氮变为氮气，有机物作为电子供体得到去除；同时通过反硝化强化，一部分难降解有机物在硝酸盐氧化下转化为相对容易降解的有机物，出水进入好氧反应器后，发生碳氧化反应，废水中绝大部分酚等有机物和氰化物等毒物得到去除；然后进入短程硝化反应器，实现短程硝化，经过沉淀分离后上清液进入后置反硝化系统进行总氮脱除。处理前后几种主要污染物浓度的变化如表3-1所示。

表3-1 各工序出水指标预计处理效果表（mg/L，pH除外）

四、结论

本文针对目前国内焦化废水存在的问题，在已有试验研究的基础上，将一种改进的强化短程硝化反硝化的生化处理工艺应用于工程实践，在某焦化厂的废水处理中已成功稳定运行，可达到如下处理效果：

（1）强化难降解有机物的生物去除，极大降低生物处理的成本；

（2）生化处理阶段污泥分离性能号，出水悬浮物浓度很低，且出水有机物浓度低；好氧反应器的分区设计，能使不同功能菌各自优势生长，污泥浓度较高，从而容积负荷可以大大提高，降低水力停留时间。

综上所述，此技术运行费用低，处理效果好，适合国内新建或改建的焦化废水处理工程，为我国焦化废水处理工作的开展提供了新的思路，应用前景广阔。

参考文献：

[1] 王晓莉. 复合聚硅酸盐制备及焦化废水处理研究[D]. 四川大学, 2006.

[2] 时孝磊，丁丽丽，任洪强，等. 厌氧-缺氧-预曝气-移动床生物膜系统对焦化废水特征有机污染物降解研究[J]. 环境科学学报. 2010, 30(6): 1149-1157.

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