生物流化床技術(shù)在天鐵焦化廢水處理中的應(yīng)用

李 智

（金牛天鐵煤焦化有限公司，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵集團(tuán)地處太行山區(qū)，屬于嚴(yán)重缺水地帶，水資源十分匱乏，廠區(qū)所需生產(chǎn)和生活用水全部來自地下深層水，水資源有限，回收再次利用具有很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。天鐵焦化廢水處理站承擔(dān)著天鐵集團(tuán)焦化廠和金牛天鐵焦化廠的焦化生產(chǎn)廢水處理任務(wù)。廢水主由回收硫銨廢水、脫硫制酸廢液、煤氣水封下液、焦化廢水、廠區(qū)內(nèi)生活污水等構(gòu)成。這些廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，排放量大流量可達(dá)145 m3/h，難降有毒解物質(zhì)多，主要由NH4+-N、氰化物、硫化物、酚類化合物等有機(jī)化合物組成，這些物質(zhì)中NH4+-N、酚類濃度高、有毒致癌物質(zhì)多，有機(jī)物在生化處理過程中難以得到全部降解，給環(huán)境帶來嚴(yán)重的破壞。高效生物流化床廢水處理技術(shù)針對(duì)焦化廢水的特點(diǎn)，采用有效的油污分離和泡沫分離、有毒污染物的脫毒或毒性削減預(yù)處理工藝，是保證生物處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效生物降解和轉(zhuǎn)化的重要前提。高效生物強(qiáng)化處理工藝的采用是實(shí)現(xiàn)焦化廢水達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。選擇針對(duì)焦化廢水底物特征的優(yōu)勢(shì)種群微生物，并采用混合特性好、傳質(zhì)效率高的生物反應(yīng)器和強(qiáng)化型處理工藝，可有效去除焦化廢水中的COD成分、-N及其他有毒化合物，而該生化工藝正是根據(jù)這些需求采用O1/H/O2工藝實(shí)現(xiàn)了最大限度去除污有機(jī)染物和氨氮的目的，又能使處理后的水達(dá)到可回收利用的要求，節(jié)約了運(yùn)行成本。

2 天鐵廢水處理站的生物流化床處理技術(shù)

2.1 生物流化床處理技術(shù)的原理

生物流化床廢水處理技術(shù)是一種生物強(qiáng)化工藝，其借助流體（液體、氣體）使表面生長微生物的固體顆粒（生物顆粒）呈流化態(tài)化，可同時(shí)去除和降解有機(jī)污染物，是一種生物膜法處理技術(shù)的強(qiáng)化工藝。生物流化床依靠流化態(tài)下微生物與廢水在反應(yīng)池內(nèi)創(chuàng)造的極好的混合和接觸條件，使微生物與廢水中有機(jī)污染物充分接觸反應(yīng)，達(dá)到降解污染物的目的。在流化床底部，流體和固體同時(shí)進(jìn)入，通過控制流體流速，使流化床內(nèi)部微生物顆粒載體處于流化狀態(tài)，載體顆粒物上的微生物種群與廢水中有機(jī)污染物充分接觸反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)降解廢水中的污染物。在流化床頂部設(shè)有分離裝置，實(shí)現(xiàn)三相分離，液體從溢流槽中排出。

好氧生物流化床內(nèi)同時(shí)存在氣、液、固這三種狀態(tài)的物質(zhì)，也稱三相生物流化床。在其內(nèi)部主要有空氣、待處理的廢水、對(duì)污水中污染物具有降解作用的好氧微生物載體顆粒三種物質(zhì)。這些微生物附著在載體顆粒物表面，形成一層微生物膜。通過調(diào)節(jié)氣體和液體的流速，使流化床內(nèi)部微生物顆粒載體處于流化狀態(tài)。載體顆粒物上的好氧微生物與廢水中的有機(jī)污染物充分接觸于有氧的條件，微生物進(jìn)行有氧降解的有機(jī)污染物的過程。由于三相物質(zhì)直接在流化床內(nèi)部進(jìn)行生化反應(yīng)無需另設(shè)充氧和脫膜，生物膜由于載體顆粒之間激烈摩擦而脫落。

2.2 生物流化床組合工藝O1/H/O2流程

該工藝主要由預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、深度處理系統(tǒng)三部分組成。其詳細(xì)流程見圖1。

2.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

針對(duì)焦化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，預(yù)處理環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的，直接影響后續(xù)生物處理系統(tǒng)的效果。采用有效的油污分離、泡沫分離、泡沫氧化技術(shù)是保證后續(xù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效生物降解和轉(zhuǎn)化的重要前提。

本工藝中預(yù)處理系統(tǒng)分為：隔油池、氣浮反應(yīng)池、氣浮分離池、泡沫池、事故池、集水調(diào)節(jié)池、集水井、有機(jī)污泥分離池、無機(jī)污泥分離池、污泥濃縮池、氧化間、泵房及壓濾機(jī)房。焦化廢水先通過隔油池，依靠油滴和水的密度差產(chǎn)生上浮而進(jìn)行油、水分離，回收大部分重油后，污水進(jìn)入氣浮反應(yīng)池，將隔油池沒有去除的乳化油和浮油進(jìn)行氣浮分離，分離后的污水進(jìn)入集水調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量負(fù)荷的均勻后，進(jìn)入生化處理系統(tǒng)。氣浮池產(chǎn)生的泡沫進(jìn)入泡沫分離池進(jìn)行消沫后，進(jìn)入氧化罐催化氧化反應(yīng)處理后得到有效降解。

圖1 工藝流程圖

2.2.2 生物處理系統(tǒng)

生物處理系統(tǒng)是由高效循環(huán)三相好氧生物流化床O1、水解流化床H、好氧生物流化床O2串聯(lián)而成的O1/H/O2組合工藝。三相好氧生物流化床O1是一種高效除碳工藝，可有效去除有機(jī)污染物，最大限度地降低污染物濃度，使廢水的B/C由0.3左右降低到0.05以下，然后進(jìn)入全流態(tài)化的水解流化床反應(yīng)池，通過酸化作用提高殘余有機(jī)污染的可生化性能，將B/C值提高到0.2以上。在水解流化床H內(nèi)通入氮?dú)膺M(jìn)行厭氧反應(yīng)，水解流化床H與好氧生物流化床O2形成一種厭氧/好氧的生物脫氮工藝，在好氧生物流化床O2內(nèi)經(jīng)行硝化反應(yīng)，再將反應(yīng)后的大部分廢水回流到水解流化床H內(nèi)經(jīng)行反硝化，這樣就進(jìn)行了硝化反硝化過程，從而實(shí)現(xiàn)了生物去除氨氮。

2.2.2.1 一級(jí)好氧流化床（O1）

一級(jí)好氧生物三相流化床是廢水處理過程降解有機(jī)污染物的關(guān)鍵步驟，能將廢水中大部分含碳物質(zhì)有效去除。在一級(jí)好氧生物三相流化床（O1）內(nèi)填充新型大孔道生物載體顆粒，在這些載體顆粒的表面和內(nèi)孔上由表向內(nèi)均勻分布著好氧微生物種群和兼氧氧微生物種群，好氧微生物種群附著在載體顆粒的表面，在流化床內(nèi)部由空氣和水流的共同推動(dòng)下呈流化狀態(tài)并形成內(nèi)部循環(huán)。這樣污水中有機(jī)物、氧氣同微生物種群充分接觸和反應(yīng)，從而降低了污水中的有機(jī)污染物。生物流化床的工作性能與載體顆粒有很大關(guān)系，載體比重大了不易流化，顆粒活性炭則不耐磨。應(yīng)當(dāng)選擇比重略小于水而又耐磨的顆粒狀的載體。本流化床在底部設(shè)置擋板，可有效改變流體的水力特性，增加了水力阻力，使污水混合物循環(huán)速率提高。流化分離區(qū)設(shè)有斜板沉淀，可有效分離活性污泥，使池內(nèi)保持較高的活性污泥濃度，減少了污泥回流量。一級(jí)好氧生物流化床可對(duì)CODCr實(shí)現(xiàn)80%以上的去除率。

2.2.2.2 水解流化床（H）

水解生物流化床主要作用是在厭氧條件下進(jìn)行反硝化，即將廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。反硝化?xì)菌是異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在氧氣存在時(shí)，它會(huì)以氧氣為電子受體進(jìn)行好氧呼吸；在無氧而有硝酸鹽和亞硝酸鹽存在時(shí)，則以硝酸根和亞硝酸根為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。水解流化床（H）的生物載體采用多孔微粒狀的填料，在少量氮?dú)獾耐苿?dòng)下使載體顆粒呈流化態(tài)，反硝化細(xì)菌種群以污水中的有機(jī)物為碳源，與好氧流化床含有大量硝酸鹽的回流污泥充分混合，在水解生物流化床內(nèi)實(shí)現(xiàn)反硝化，達(dá)到降低有機(jī)物和將硝酸鹽、亞硝酸鹽還原為氮?dú)獾哪康?。由于使用顆粒載體的比表面積大（每立方米載體的比表面積可達(dá)2000～3000 m2），可實(shí)現(xiàn)高微生物量運(yùn)行。此外，在反應(yīng)器的中上部設(shè)置軟性填料層，可穩(wěn)定污泥層并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水解反應(yīng)器的接觸反應(yīng)效率。

此外，水解流化床（H）與二級(jí)好氧生物流化床（O2）形成一個(gè)厭氧/好氧生物脫氮組合工藝。

2.2.2.3 二級(jí)好氧流化床（O2）

經(jīng)過一級(jí)好氧生物三相流化床對(duì)廢水中有機(jī)物的充分降解，為二級(jí)好氧生物三相流化床培養(yǎng)硝化細(xì)菌提供了良好環(huán)境，由于硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)細(xì)菌，若水中COD5值過高，將有助于異氧細(xì)菌的增殖，使微生物中硝化細(xì)菌的比例下降。在二級(jí)流化床內(nèi)廢水中的大量氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，通過將二級(jí)好氧的泥水混合物回流至缺氧進(jìn)行反硝化。硝化過程消耗大量的堿，而反硝化產(chǎn)生堿，這樣可以利用反硝化產(chǎn)生的堿為二級(jí)好氧硝化提供一定量的堿源，既可以起到高效脫氮的效果，又可以節(jié)省一定的運(yùn)行成本。

2.3 深度處理系統(tǒng)

2.3.1 混凝反應(yīng)池

為了進(jìn)一步去除水中的微小懸浮物和膠體，使二級(jí)處理出水澄清降濁，采用向水中加入混凝劑（或絮凝劑），通過混凝劑水解產(chǎn)物壓縮膠體顆粒的擴(kuò)散層，達(dá)到膠粒脫穩(wěn)而相互聚結(jié)，使膠粒被吸附粘結(jié)的方法進(jìn)一步去除懸浮物和有機(jī)污染物。經(jīng)過后續(xù)的分離處理單位，將污水中剩余懸浮固體及有機(jī)物得到進(jìn)一步的去除，同時(shí)污水中的某些溶解性物質(zhì)也可以得到一定程度的去除?；炷蟮哪嗨?jīng)過沉淀池進(jìn)行有效固液分離。然后污泥斗進(jìn)入排泥管排入無機(jī)污泥分離池，確保排泥系統(tǒng)的通暢，從而使深度處理穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3.2 臭氧催化氧化池

清水進(jìn)入臭氧催化氧化池，通過臭氧的強(qiáng)氧化性，臭氧離解形成的具有強(qiáng)氧化作用與廢水中大多數(shù)有機(jī)物、微生物迅速反應(yīng)。通過臭氧氧化可以去除水中的臭味，提高和改善水的感官，殺滅水中的病毒、細(xì)菌與致病微生物，進(jìn)一步除去污水中的難降解有機(jī)污染物，并降低出水的COD、BOD值。

2.3.3 砂濾池

為了使出水水質(zhì)達(dá)到預(yù)期的處理目標(biāo)。通過直接過濾、截留絮凝體達(dá)到進(jìn)一步去除污染物的目的。通過砂濾池去除生化過程和化學(xué)沉淀中未能去除的顆粒、膠體物質(zhì)、懸浮固體、濁度、磷、重金屬、細(xì)菌、病毒等，以進(jìn)一步提高水質(zhì)、防止堵塞、保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。

3 工藝在實(shí)際中的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）O1/H/O2組合工藝可充分發(fā)揮好氧流化床對(duì)有機(jī)污染物高效去除，又是一個(gè)高效的生物脫氮工藝，進(jìn)行反硝化硝化，實(shí)現(xiàn)氨氮的高效去除。硝化過程消耗大量的堿，而反硝化產(chǎn)生堿，這樣反硝化產(chǎn)生的堿為二級(jí)好氧硝化提供一定量的堿源，可以起到高效脫氮的效果，又可以節(jié)省一定的運(yùn)行成本。

（2）采用尼可尼泵氣浮池，該池是利用尼可尼渦流泵的特點(diǎn)，靠渦流泵和溶解罐（根據(jù)需要加配）、分離罐的組合，在大幅度提高氣體的溶解效率的同時(shí)可獲得高密度、高質(zhì)量的微細(xì)氣泡。同傳統(tǒng)方式相比，省去了空壓機(jī)、釋放頭等，簡化了裝置的配置，單用渦流泵就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抽吸空氣、混合攪拌及壓送的功能，大大節(jié)省了初期投資費(fèi)用。因在渦流泵內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的加壓溶解，省去了大型加壓溶氣罐，大幅度降低了成本。

（3）采用臭氧流化床形式，流化態(tài)能夠使臭氧與廢水完全混合，增加其接觸時(shí)間，使得反應(yīng)更充分。

（4）容積負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，生物固體濃度高，可達(dá) 10～20 g/L。

（5）微生物活性高，生物膜厚度在0.2 μm以下，反應(yīng)快，處理效率高，占地面積小，且沒有污泥膨脹堵塞問題，運(yùn)行平穩(wěn)。

（6）傳質(zhì)效果好，由于載體顆粒在床內(nèi)處于劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，氣-固-液液面不斷更新，傳質(zhì)效果好，有利于微生物降解和吸收污染物，加快反應(yīng)速率。

3.2 存在不足

在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)存在以下幾點(diǎn)不足：

（1）設(shè)備磨損比較快，載體顆粒在湍動(dòng)過程中會(huì)被磨損變小，目前還沒有好的辦法解決。

（2）投產(chǎn)時(shí)微生物馴化比較困難，容易出現(xiàn)微生物反應(yīng)性低，這就需要不斷地進(jìn)行培養(yǎng)適合自己污水特性的微生物。

（3）處理過程中消沫效果不理想，目前還在探索處理中。

4 結(jié)語

天鐵焦化廢水處理站運(yùn)用高效生物流化床技術(shù)運(yùn)行一年多以來，處理效果顯著，可以以較小的投入和運(yùn)行費(fèi)用取得較高的去除率，經(jīng)處理后出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該工藝實(shí)現(xiàn)了處理后的廢水全部回收利用的目標(biāo)，是一種可行的處理焦化廢水的新工藝。