生物流化床A/O技術(shù)在煤制乙二醇污水處理中的探究

韓風(fēng)雷

(中國(guó)化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 ， 河南 開封 475002)

傳統(tǒng)污水處理技術(shù)極容易造成周圍大氣污染，必須要進(jìn)行密閉氣體處理，曝氣池占地面積大，氣液比高達(dá)40，成本高，容易污染。新型A/O工藝污水處理工藝，是使用多級(jí)強(qiáng)化的氣-液-固三相流化床，使污水處理達(dá)到裝置化、密閉化，能夠去除廢水中的COD、氨氮、氮、磷等多種污染物。生物流化床A/O技術(shù)流程工藝短，塔式鋼制反應(yīng)器占地面積比原來(lái)的生化池少一半左右，設(shè)置內(nèi)部導(dǎo)流筒裝置減少氣體用量，廢氣排放量只占過(guò)去的30%，杜絕源頭構(gòu)筑物滲漏導(dǎo)致的環(huán)境污染。

生物流化床A/O反應(yīng)裝置是活性污泥和生物膜的合體，它以石英砂、顆粒炭、煙道灰等生物膜為載體，表面生物膜的活性污泥濃度達(dá)到40.1～50.1 g/L。

流化床反應(yīng)裝置具有高濃度微生物、容積和污泥高負(fù)荷、污水處理效果好等明顯特征。氣升式流化床包括好氧和缺氧兩個(gè)區(qū)域，污水脫氮能力達(dá)到90%以上，這種流化床能很好地去除COD，污泥剩余率只有10%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 工藝流程

煤制乙二醇污水經(jīng)調(diào)節(jié)池進(jìn)入配水池，經(jīng)進(jìn)料泵進(jìn)入缺氧反應(yīng)器進(jìn)行硝化反應(yīng)，然后進(jìn)入好氧反應(yīng)器進(jìn)行二次硝化反應(yīng)，再進(jìn)入沉降罐做固液分離，頂端上清液是處理的流出水，底部污泥分為回流和排放污泥；回流后的污泥進(jìn)行再次處置，剩余污泥則進(jìn)行排放[1]。煤制乙二醇污水通過(guò)溫控儀匯入缺氧床實(shí)現(xiàn)缺氧反應(yīng)，把加藥罐中配好的溶液注入缺氧床。煤制乙二醇污水pH值是2.1～3.1，需要加強(qiáng)堿把pH值調(diào)到6.1～7.1。加入甲醇和碳酸鈉進(jìn)行兩次硝化反應(yīng)即缺氧和好氧硝化反應(yīng)。一級(jí)缺氧床進(jìn)行硝化反應(yīng)后除去COD、總氮(TN)，然后進(jìn)入好氧床進(jìn)行二次硝化反應(yīng)，底端混合水一部分在缺氧床中，完成硝化、反硝化反應(yīng)。一級(jí)好氧床溢流水進(jìn)沉降罐，實(shí)現(xiàn)泥水分離的目的，底端泥水混合物補(bǔ)充活性污泥。沉降罐的頂端溢流到二級(jí)缺氧床生化后進(jìn)入沉降罐，達(dá)到分離泥水后上清液進(jìn)入到下一程序。好氧床底端把活性好的污泥回流到缺氧床進(jìn)行二次生化反應(yīng)除去廢水中的COD和TN[2]。

1.2 總氮去除

實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程36天，每隔2～3天對(duì)進(jìn)出水TN數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄。第一階段是20天，實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)水按5∶1比例對(duì)煤氣化和乙二醇廢水進(jìn)行混合，進(jìn)水總氮值較高，出水總氮值也相應(yīng)增高，TN高于200 mg/L，污水處理效果不好。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)調(diào)整到煤氣化和乙二醇廢水按10∶1配比，讓混合水近似生產(chǎn)進(jìn)水的排放值，控制系統(tǒng)的pH值、DO等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值，達(dá)到一定條件進(jìn)行反硝化反應(yīng)，使總氮去除率提高。經(jīng)過(guò)16天運(yùn)行總氮的去除率達(dá)到78.1%。進(jìn)水TN和出水TN平均數(shù)值為是224.1 mg/L和50.1 mg/L[3]。

煤化工廠總排水指標(biāo)要求COD<80 mg/L，TN<35 mg/L；為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)需要混合煤氣化與合成氣制乙二醇廢水，把混合氨污水、生活污水等進(jìn)行合成。實(shí)踐證明，混合的污水可以達(dá)到國(guó)家排放需求。

2 生物流化床因素

煤制乙二醇污水中含有較多煤灰，兩級(jí)流化床的第一級(jí)是混合均質(zhì)罐，除去污水中的混合廢水懸浮物，使用一級(jí)裝置對(duì)煤制乙二醇廢水進(jìn)行處理。

2.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)和污泥

實(shí)驗(yàn)污水是煤化工廠中的煤氣化廢水和合成氣制乙二醇廢水混合物，它們的實(shí)際比是10∶1，能夠人為進(jìn)行調(diào)節(jié)。污水水質(zhì)分析見表1。

表1 污水水質(zhì)分析

表1煤制乙二醇污水中的COD值高，氨氮值低，含有硝基氮，總氮高，在缺氧床反硝化來(lái)除去總氮。生化性好，能直接處理生化。

2.2 分析辦法

水質(zhì)分析項(xiàng)目依靠pH值、COD、氨氮和總氮的分析結(jié)果，在現(xiàn)場(chǎng)采樣進(jìn)行詳細(xì)分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中包含兩個(gè)階段即間歇培養(yǎng)、連續(xù)馴化階段，載體掛膜期間采用間歇進(jìn)水，第一階段完成掛膜需要20天。載體表面出現(xiàn)一層均勻的薄膜，取樣鏡檢發(fā)現(xiàn)膜上微生物種類很多，顯示已完成第一階段的載體掛膜[4]。實(shí)驗(yàn)證明：進(jìn)水COD濃度在1 310～2 501 mg/L，停留時(shí)間3.6～5.7 h，COD去除率68.5%～75.5%，流化床反應(yīng)器的容積負(fù)荷在6.4～7.3 kgCOD/(m3·h)。

2.3 溫度對(duì)生化效果影響

按照A/O反應(yīng)器進(jìn)水pH值是7.1～8.6，時(shí)間是12 h的條件下，觀測(cè)溫度對(duì)A/O反應(yīng)器COD、NH3-N的去除效果(如圖1～2)。

圖1 溫度對(duì)COD去除效果

圖1～2可知，溫度比25.5 ℃低或比36.5 ℃高時(shí)，廢水COD、NH3-N去除率是先隨著溫度的升高上升，再隨溫度的上升而下降。因大部分微生物因溫度下降而活性下降，微生物活性在低溫時(shí)，隨溫度上升增加，溫度>40 ℃時(shí)，微生物酶變性失活，微生物活性下降。溫度在30.5～36 ℃時(shí)，COD、NH3-N去除率達(dá)85.01%以上，這時(shí)微生物活性好，處理效率高，因此設(shè)備反應(yīng)溫度在30.5～36 ℃。所以煤化工污水的連續(xù)原水溫度應(yīng)該控制在25～41 ℃。

圖2 溫度對(duì)氨氮去除效果

2.4 pH值對(duì)生化效果影響

設(shè)置A/O反應(yīng)器水溫在30～35 ℃，時(shí)間12 h時(shí)，考慮pH值對(duì)A/O設(shè)備COD，NH3-N去除效果的影響。pH值在6.01～9.5(圖3～4)，廢水中的COD、NH3-N去除率是先隨pH值的升高而升高，而后隨著pH值的升高而下降。在pH值是6.9～7.6時(shí)，COD、NH3-N去除率均達(dá)到85.01%以上。

圖3 pH值對(duì)COD去除的反應(yīng)

圖4 pH值對(duì)氨氮去除的反應(yīng)

2.5 去除COD的效果

A/O裝置連續(xù)工作時(shí)去除COD的情況如圖5所示。

圖5 A/O裝置連續(xù)工作時(shí)去除COD的情況

在連續(xù)作業(yè)期間，進(jìn)水COD濃度在200.01～2 000.01 mg/L，變動(dòng)區(qū)間大，工作期間COD平均進(jìn)水濃度是759.01 mg/L左右。經(jīng)A/O設(shè)備加工后COD出水<100.01 mg/L，COD平均出水在60.01 mg/L左右，COD去除率90.01%。結(jié)果證明，進(jìn)水時(shí)COD濃度大幅變動(dòng)的狀況下，處置后的COD依然平穩(wěn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備關(guān)于對(duì)COD變動(dòng)區(qū)間有很強(qiáng)的抗沖擊。

2.6 氨氮去除效果

A/O裝置連續(xù)工作時(shí)NH3-N去除情況見圖6。

圖6 A/O裝置連續(xù)工作時(shí)NH3-N去除情況

由圖6可見，在連續(xù)作業(yè)期間，進(jìn)水中NH3-N濃度控制在18.1～130.1 mg/L，平均NH3-N是57.01 mg/L。A/O設(shè)備處理后，出水后的平均氨氮比8.01 mg/L小，氨氮平均去除率比85.01%高。實(shí)驗(yàn)證明，在進(jìn)水氨氮濃度起伏較大的狀況下，出水的氨氮依然很是穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)氨氮變動(dòng)抗沖擊性強(qiáng)。

2.7 生物流化床煤制乙二醇處理優(yōu)勢(shì)

生物流化床處置煤制乙二醇污水系統(tǒng)采用缺氧膨脹床技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污水高效脫氮的處理技術(shù)，處理后可以降低氨氮的濃度。與傳統(tǒng)工藝相比，生物流化床的煤制乙二醇污水處理技術(shù)具有占地少、能有效降低廢氣排量，從而降低了土壤和地下水被污染的風(fēng)險(xiǎn)。增加了總氮等控制技術(shù)，該技術(shù)處理廢水中的氨氮和懸浮物等污染物質(zhì)后都優(yōu)于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，污水處理效果好。

生物流化床煤制乙二醇廢水技術(shù)中的載體床由過(guò)去的石英砂更改成核桃殼過(guò)濾料，生物膜增長(zhǎng)迅速，導(dǎo)致反應(yīng)器中微生物濃度增高和脫氮效率也隨之增高，氨氮去除率高達(dá)85.1%以上，處理后的污水水質(zhì)明顯改善。處置后的乙二醇污水和綜合廢水流入污水處置綜合系統(tǒng)。生物流化床煤制乙二醇處理設(shè)施，使三相即氣-液-固流化床取代曝氣池，對(duì)處理污水中的COD、氨氮等污染物質(zhì)。從源頭切斷建筑物滲漏造成的土壤與地下水等物質(zhì)的污染，這種三相生物流化床對(duì)煤制乙二醇污水的處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裝置化，并且達(dá)到了密閉化的要求，三相生物流化床煤制乙二醇污水處理技術(shù)清潔生產(chǎn)水平不但可以實(shí)現(xiàn)清潔，而且經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益良好。

3 結(jié)論

①A/O裝置運(yùn)行外在因素，溫度是30～35 ℃、pH值是7.0～7.5，時(shí)間10～12 h時(shí)，COD和氨氮的去除率高，效果好。②進(jìn)水COD的平均數(shù)值是760.1 mg/L，平均氨氮57.2 mg/L時(shí)，通過(guò)A/O設(shè)備處理后，出水COD平均值<60 mg/L，氨氮平均值<8 mg/L，去除率分別高達(dá)90.1%和85.1%以上。進(jìn)水平均TN是224.01 mg/L，出水TN是50 mg/L，總氮去除率達(dá)到78.01%以上。③生物流化床A/O處理煤制乙二醇廢水裝置，相對(duì)水質(zhì)不穩(wěn)定含COD和TN的量高，含有物質(zhì)難以降解處置效果達(dá)到需求，實(shí)踐證明，生物流化床對(duì)污水處理的結(jié)果可以滿足總排出水指標(biāo)。