A/O2工藝處理焦化廢水的工藝改進

趙栓柱，柴永瑞，戴成武

（1.山東大學，山東 濟南250000；2.遷安中化煤化工有限責任公司，河北 遷安064400）

遷安中化煤化工有限責任公司（簡稱遷安中化公司）年產焦炭330萬t，分為一段、二段，其中一段年產焦炭220萬t，配套A/O2工藝處理焦化廢水，設計剩余氨水處理量為70 m3/h。十多年來，A/O2工藝運行基本穩(wěn)定，常規(guī)的有毒物質管控、溫度控制、堿度控制、礦物油控制、溶解氧控制基本穩(wěn)定，但也存在COD去除率較低、工藝內各單元能力發(fā)揮不充分及抗沖擊能力較差等問題。通過優(yōu)化A/O2工藝內各單元作用，并對污泥回流點位、污泥分配方式、剩余污泥排放等操作進行改進，實現了A/O2工藝的穩(wěn)定、高效運行?，F對A/O2工藝處理焦化廢水的工藝改進進行介紹。

1 廢水處理A/O2工藝流程

遷安中化公司一段焦化廢水處理采用A/O2工藝，其流程示意圖見圖1（圖中虛線表示污泥路徑）。焦化廢水經蒸氨后進入隔油池去除浮油、重油，然后進入氣浮池去除小油珠和懸浮物，之后進入調節(jié)池，水質均和后，與回流沉淀池的部分上清液一起進入A池，在缺氧條件下去除硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮及部分COD后，同回流沉淀池的污泥流入O1池，在好氧條件下去除部分COD并將氨氮轉化為硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮后，流入回流沉淀池進行固液沉淀分離，另一部分上清液進入O2池，在好氧條件下進一步降低COD后流入二沉池，在二沉池中固液沉淀分離后污泥回流，上清液流入混凝反應池，并與投加的絮凝劑反應進一步降低COD后，流入混凝沉淀池，去除部分懸浮物后進入廢水深度處理工段。同時，廢水處理系統多余的污泥排入污泥濃縮池，降低含水率后送往備煤配型煤煉焦。

圖1 廢水處理A/O2工藝流程示意圖

2 影響A/O2工藝運行的因素

2.1 常規(guī)因素

遷安中化公司A/O2工藝運行中，進水硫氰酸銨、礦物油、硫化物等有毒物質的含量，COD與NH3-N含量的比例，工藝內部溫度，溶解氧，沉降比，堿度等指標都控制在合適的范圍內[1]。

2.2 非常規(guī)因素

2.2.1 污泥成熟度

用于處理工業(yè)污水的活性污泥成分復雜，不僅有來自污水的難降解有機物、被污泥絮體吸附的無機物，還包括有代謝功能的活性微生物群體、微生物內源呼吸和自身氧化的殘留物等[2]。判定活性污泥性狀常規(guī)的方法是觀察其顏色和沉降性能，但這種判定方式比較粗放，較為精細且可靠的污泥性狀判定方式是依靠顯微鏡進行污泥鏡檢。

經過長期的污泥鏡檢，發(fā)現成熟的活性污泥菌膠團較為密實、游離的菌絲較少，且存在大量輪蟲、楯纖蟲和鐘蟲。輪蟲主要以顆狀物和膠狀物為食，污泥中輪蟲的出現是污泥成熟的標志。當出現大量輪蟲時，說明污泥泥齡過長；而沒有輪蟲時，可能是活性污泥中毒或者由于排泥過量導致污泥未成熟。楯纖蟲以細菌為食，對化學物質極其敏感，可作為判定有毒物質的指示生物，也可作為水質良好的指示生物。鐘蟲能促進活性污泥的絮凝作用，能捕食大量游離細菌并使水澄清，當活性污泥中出現鐘蟲時，代表活性污泥性能好，處理效果好[3]。

2.2.2 污泥內源呼吸程度

在污水處理中，微生物的內源呼吸是指活性細胞利用細胞內含物作為基質進行新陳代謝過程中的呼吸作用，通常發(fā)生在沒有任何其他基質可利用時[4]，此時細胞在饑餓狀態(tài)下不得不自身氧化、分解自身組織以生成能量提供給細胞維持過程[5]。隨著內源呼吸程度的加深，有以下好處：（1）促進瘦弱的活性污泥分解，優(yōu)化污泥結構；（2）進一步分解污泥上吸附的有機質及降解污水中的有機物，降低生化出水指標；（3）促進活性污泥活化，提高活性污泥處理效果；（4）降低剩余污泥量。

2.2.3 剩余污泥的排放

活性污泥在降解COD、氨氮的同時，會把部分難降解的有機物、無機物及內源代謝產物吸附在菌膠團上，進而降低活性污泥的吸附和降解能力，因此這部分非活性物質需要及時排出系統來維持活性污泥的性能。一般情況下，當MLVSS/MLSS（混合液揮發(fā)性懸浮物質量濃度/混合液懸浮物質量濃度）≥0.6時，活性污泥便具有較強的活性。

實際生產運行中，剩余污泥的排放形式多種多樣。從排放時間來看，有連續(xù)排泥和間歇排泥之分；從排放點位來看，每個沉淀池都有排泥。剩余污泥的排放量沒有一個統一的規(guī)范，有的按污泥停留時間控制（SRT）、有的按MLSS控制、有的按BOD5控制、有的按經驗控制。由于影響污泥生長的因素復雜，實際生產中，剩余污泥都存在排放過多或過少的情況，影響系統內污泥的處理效果。

同時，剩余污泥屬于固體廢物，處理過程需要消耗一定的費用，剩余污泥排放量以保障系統運行穩(wěn)定的最小排放量為宜。

3 A/O2工藝運行中存在的問題

3.1 O1池抗沖擊能力差

O1池回流污泥和A池缺氧出水直接混合后進入O1池。在回流沉淀池回流的好氧污泥經沉淀分離后，其活性在回流沉淀池底部的缺氧環(huán)境中被抑制，此種狀況的好氧污泥直接和各類指標偏高的缺氧水接觸，其活性進一步被濃度偏高的有毒物質抑制，造成進入O1池的好氧污泥活性降低，吸附及降解能力變差。當A池缺氧出水中有毒物質含量高于活性污泥能承受的極限時，部分活性污泥被直接滅活。活性污泥被抑制或滅活的量達到一定程度時，就會影響O1池的處理效果，使O1池受到沖擊。同時，在對O1池污泥的鏡檢中，發(fā)現指示性微生物數量、種類稀少，偶爾可見鐘蟲。

3.2 回流沉淀池返泥

O1池通過好氧反應來降低廢水中的COD及氨氮含量。廢水中的氨氮除部分轉化為活性污泥成分外，其余轉化為硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮。當O1池出水COD低于350 mg/L、氨氮質量濃度低于1 mg/L時，回流沉淀池經常出現返泥情況。經過分析，認為是回流沉淀池內發(fā)生了反硝化反應，反硝化產生的氣泡把活性污泥從池底帶至池面，造成返泥。

3.3 O2池污泥無法正常生長

O2池屬于延遲曝氣池，SV30控制在25%～40%，溶解氧質量濃度控制在2 mg/L～5 mg/L，主要作用是把亞硝態(tài)氮轉化為硝態(tài)氮，并進一步去除COD。但在實際運行中，進入O2池的亞硝態(tài)氮質量濃度在10 mg/L左右，COD在350 mg/L左右，氨氮質量濃度在1 mg/L以下，O2池污泥分解過快，無法正常生長。為了避免O2池污泥分解過快，將其溶解氧質量濃度控制在1 mg/L左右，但O2池污泥的分解仍無法控制，此時O2池污泥質量濃度在1 g/L左右，COD去除率在2%左右，并經常出現二沉池COD高于回流沉淀池的情況，O2池應有的作用無法發(fā)揮，生化系統COD去除率僅達到90%左右。同時，在對O2池污泥的鏡檢中，發(fā)現代表污泥老化的鬃毛蟲數量多，其他指示性微生物幾乎不可見。

4 污泥處理工藝比較

活性污泥處理工藝自開創(chuàng)100多年來，衍生出多種工藝，但都離不開傳統工藝。傳統活性污泥處理工藝比較[6]見表1。

表1 傳統活性污泥處理工藝比較

為提高活性污泥處理效果，可以借鑒各污泥處理工藝的優(yōu)點。結合表1及A/O2工藝實際情況，可以在A/O2工藝的基礎上吸收其他傳統工藝的優(yōu)點，通過部分改造和調整，使各項功能在A/O2工藝的部分操作單元內得以實現，進而提高A/O2工藝的運行效果。

5 A/O2工藝改進

5.1 改造O1池污泥回流點位

在O1池回流污泥管道上開孔并接三通管道，通過管道把回流污泥引至距O1池進水端6 m處進入池內，關閉原污泥回流點位截止閥。改造后有以下優(yōu)點：（1）回流污泥直接進入O1池，與空氣直接接觸進行活化，異養(yǎng)菌可快速恢復活性，吸附和降解能力迅速增強；（2）A池出水進入O1池后，經過30 min～60 min的曝氣，迅速和池內的混合液混合，有毒物質含量被稀釋，同時部分硫化氫被吹脫，水質得到改善；（3）經過改善的A池出水和活化的回流污泥接觸，提高了O1池的運行效果和穩(wěn)定性。

5.2 改變好氧池運行模式

5.2.1 改變O1池操作單元功能

為避免反硝化作用造成回流沉淀池返泥，根據同步硝化反硝化（SND）工藝[7]，在O1池部分區(qū)域創(chuàng)造反硝化條件，使O1池內發(fā)生反硝化作用，降低回流沉淀池進水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量。

經過試驗，發(fā)現調整O1池出口端分支曝氣截止閥開度、降低出口端27 m～36 m區(qū)域內溶解氧的質量濃度至0.8 mg/L左右時，可消除回流沉淀池的返泥現象，同時，曝氣風機的電流由115 A左右降低至100 A左右，每年可降低耗電量20萬kWh以上。經過取樣分析，調整后的O1池出水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮總質量濃度降低至20 mg/L左右。

原工藝O1池出口端溶解氧的質量濃度控制在3 mg/L～5 mg/L，是單一的好氧池，改變操作后，O1池操作單元變?yōu)?/3的好氧池+1/3的兼氧池，功能由去除COD和氨氮增加至去除COD、氨氮、硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮。在對O1池污泥的鏡檢中可以發(fā)現相當多的輪蟲、楯纖蟲和鐘蟲，表明污泥成熟度良好。

5.2.2 改變O2池操作單元功能

李志華等[8]指出，異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌進入內源呼吸期的時間相同，基質充足時異養(yǎng)菌可快速恢復部分（75.51%）比自養(yǎng)菌可快速恢復部分（37.78%）多得多，鑒于以上研究，增加O1池回流污泥的內源呼吸程度，在確保O1池降解COD的同時可以抑制硝化反應發(fā)生的程度。

鑒于O2池污泥無法正常生長，結合回流污泥再生曝氣工藝的優(yōu)點，把O2池調整為O1池回流污泥的再生池，把部分回流沉淀池的污泥倒入O2池，使其在O2池內發(fā)生充分的內源呼吸，降解吸附的COD并分解部分污泥，同時，將O2池內含異養(yǎng)菌多、自養(yǎng)菌少的污泥倒入O1池，增加O1池回流污泥的內源呼吸程度，確保在O1池充分發(fā)揮碳化作用及氨化作用，抑制部分硝化作用，使回流沉淀池出水COD盡可能低，并遺留部分氨氮供O2池自養(yǎng)菌生存。

實際運行中，以O1池回流污泥量200 m3/h計，控制O1池回流污泥向O2池倒泥量在5 m3/h～10 m3/h，O2池回流污泥向O1池倒泥量在5 m3/h～10 m3/h，可以控制回流沉淀池出水COD在300 mg/L以下，氨氮質量濃度在10 mg/L以下，同時提高O2池污泥的質量濃度至6 g/L～8 g/L，增加污水處理系統活性污泥量30%左右，生化系統COD去除率提高并穩(wěn)定至92%以上，出水COD降低至250 mg/L左右。在對O2池污泥的鏡檢中，可以發(fā)現相當多的輪蟲、楯纖蟲及部分鬃毛蟲，表明污泥處于穩(wěn)定期，出水水質好。

5.3 改變剩余污泥排放點位

影響A/O2工藝系統運行的剩余污泥排放點位有2個，分別是回流沉淀池和二沉池，其中2/3以上的污泥從回流沉淀池排出。本次調整取消回流沉淀池排泥點位，剩余污泥全部從二沉池排出。二沉池排泥有以下幾點好處：（1）大量O1池污泥倒入O2池內進行內源呼吸，變相改變了O1池的排泥方式，優(yōu)化了O1池污泥構成，改變了O1池出水水質，為O2池污泥繁殖創(chuàng)造了條件；（2）提高了O2池SV30，降低了O2池污泥曝氣強度，避免O2池內污泥過度氧化分解而無法存活；（3）依據剩余活性污泥量計算公式[6]可知，提高污泥自身氧化率，可降低剩余污泥產量，使活性污泥在O2池進行充分內源呼吸，提高氣化率，降低剩余污泥量和處理成本。

6 結 語

遷安中化公司對焦化廢水處理A/O2工藝進行了多項改進，包括將O1池污泥回流點位引至進水端6 m處、改變好氧池運行模式及采用二沉池排放剩余污泥等，原廢水處理A/O2工藝已衍生為一種新的工藝模式，即缺氧/好氧/兼氧/再生工藝，此工藝模式提高了A/O2工藝的運行效果，增強了生化系統的抗沖擊能力，COD去除率由90%左右提高并穩(wěn)定至92%以上，節(jié)約了運行費用，實現了A/O2工藝的提效、穩(wěn)定、降耗運行。