龔林波

（上海清順環(huán)境工程有限公司，上海200060）

1 氨氮的來(lái)源及含量

煤在焦?fàn)t炭化室內(nèi)進(jìn)行干餾，在600℃以下析出初次分解產(chǎn)物，初次分解產(chǎn)物經(jīng)過(guò)1000℃的爐墻，生成二次裂解產(chǎn)物，形成苯族烴、氨、H2S、HCN等物質(zhì)。碳?xì)浠衔餆崃呀夂螅蒆2，與空氣中的N2合成NH3［1］。

很多廠煉焦的爐型、原煤的配比、焦?fàn)t的操控、蒸氨塔的塔型、運(yùn)行管理水平等因素不同，蒸氨廢水的水質(zhì)差別很大，如表1。當(dāng)焦?fàn)t及化產(chǎn)的運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，原煤的配比基本不變的情況下，CODcr含量基本穩(wěn)定，不過(guò)焦化廢水中NH3－N的含量由于蒸氨塔運(yùn)行不穩(wěn)定（包括很多因素：塔頂溫度的控制、塔內(nèi)pH值的調(diào)整、塔內(nèi)反應(yīng)程度等），導(dǎo)致蒸氨廢水中NH3－N的含量變化幅度很大，而蒸氨廢水是焦化廢水的主要污染源，所以蒸氨塔的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

表1 各焦化廠的蒸氨廢水水質(zhì) mg／L

表1中的NH3－N含量取蒸氨系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)的波動(dòng)數(shù)值，不穩(wěn)定狀態(tài)下導(dǎo)致NH3－N含量變化很大的數(shù)值未統(tǒng)計(jì)在表中。當(dāng)遇到事故時(shí)，比如加堿量太小，甚至沒有加堿，蒸汽量小、壓力低，換熱器遇到故障時(shí)，NH3－N含量甚至達(dá)到2000mg／L以上。

現(xiàn)根據(jù)多年焦化廢水的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程實(shí)踐，針對(duì)氨氮處理的控制因素，談一下筆者對(duì)氨氮處理的經(jīng)驗(yàn)，以山西焦化廠（一）為例。

2 工程概況

山西焦化廠（一）年產(chǎn)焦炭400萬(wàn)t，廢水處理站日處理廢水約2500m3。處理的流程采用兩組并聯(lián)A2／O工藝，即工廠的原水經(jīng)隔油池、氣浮池處理后進(jìn)入?yún)捬醭兀ú捎蒙锬しǎ?，其出水和二沉池上清液回流水混合后進(jìn)入缺氧池（采用生物膜法），再進(jìn)入好氧池（采用活性污泥法），在二沉池進(jìn)行泥水分離，其出水經(jīng)過(guò)混凝后進(jìn)入混凝沉淀池再排放；二沉池的污泥一部分回流，一部分作為剩余污泥排出并進(jìn)行脫水，混凝沉淀池的污泥排出并進(jìn)行脫水。

3 硝化反應(yīng)的控制

3.1 溫度

一般認(rèn)為硝化反應(yīng)最適宜的溫度在30～35℃［2］。實(shí)踐中，好氧池的溫度在27～40℃，對(duì)氨氮的去除基本無(wú)影響，對(duì)CODcr的去除影響大。溫度超過(guò)35℃，污泥衰老速度增快，造成污泥松散，導(dǎo)致二沉池漂泥，出水CODcr超標(biāo)。

3.2 溶解氧

控制溶解氧濃度＞2mg／L，0.5～0.7mg／L是硝化菌可以忍受的極限［2］；實(shí)踐中，硝化區(qū)溶解氧濃度為3～4mg／L，出水溶解氧甚至可達(dá)6mg／L。

1g氨氮轉(zhuǎn)換成硝酸鹽氮需要耗氧4.17g（其中生成亞硝酸鹽氮需耗氧3.15g，生成硝酸鹽氮需耗氧1.12g）。1g BOD需耗氧約1g，硝化反應(yīng)耗氧是BOD耗氧量的4倍多，可見進(jìn)水中的氨氮濃度對(duì)好氧池需氧量的影響有多大。當(dāng)進(jìn)水中出現(xiàn)氨氮的大幅變動(dòng)，勢(shì)必影響好氧池中氧的消耗出現(xiàn)變動(dòng)。如表2需氧量對(duì)比表中第1組和第2組數(shù)據(jù)所示，CODcr、NH＋4－N都增加50g的基礎(chǔ)上，CODcr需氧量增加17.5g，而NH＋4－N需氧量增加213.5g；表2中第1組和第3組數(shù)據(jù)所示，當(dāng)CODcr增加200g，NH＋4－N增加50g時(shí)，CODcr需氧增加量才基本與NH＋4－N需氧增加量相當(dāng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，保持蒸氨廢水中氨氮含量的平穩(wěn)，對(duì)好氧段風(fēng)量控制至關(guān)重要，好氧池中硝化段的溶解氧維持在3～4mg／L，硝化反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底，出水氨氮達(dá)標(biāo)，運(yùn)行比較穩(wěn)定。在滿足生化所需氮源的基礎(chǔ)上，容許提高一定的氨氮含量（保持在100～150mg／L），對(duì)于缺氧反硝化時(shí)的CODcr的去除比較有利。

表2 需氧量對(duì)比

3.3 pH值

一般認(rèn)為硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為7.5～8.5［2］，實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)好氧池pH 值控制在6.8～7.5，硝化反應(yīng)就能進(jìn)行得比較徹底。

硝化反應(yīng)消耗堿度，一種方式為投加Na2CO3，如公式2所示，氧化1g NH3－N，需要Na2CO37.57g。如公式3，通過(guò)投加Na2CO3，CO2－3水解生成HCO－3和OH－，提供硝化所需的無(wú)機(jī)碳源及堿度。另一種方式為投加NaOH。氧化1g NH3－N，需要NaOH 2.86g，如公式4所示。所以投加NaOH，相對(duì)于Na2CO3，投加量少，總的運(yùn)行成本低。

當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度很高時(shí)（氨氮含量＞200mg／L），在好氧池中，采用多點(diǎn)投加，比單點(diǎn)投加效果好。如表3所示，好氧池總共5格，在1、3格多點(diǎn)投加，整個(gè)好氧池的pH值分布較均勻，此為內(nèi)蒙古某焦化廠調(diào)試時(shí)（好氧池采用接觸氧化法），生化池進(jìn)水氨氮超過(guò)200mg／L時(shí)采取的改進(jìn)措施，后來(lái)沿用多點(diǎn)加堿工藝。單點(diǎn)加堿時(shí)，所有的堿集中加入第1格，會(huì)導(dǎo)致第1格pH值特別高，不利于去除有機(jī)物的異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)繁殖（一般異養(yǎng)菌的最適宜pH值為6.5～9.0）。如果氨氮濃度較高，藥劑選用NaOH，采用多點(diǎn)加堿，生化池的pH值變化較平穩(wěn)。

表3 單點(diǎn)和多點(diǎn)加堿的pH值變化

3.4 抑制性物質(zhì)

焦化廢水中有機(jī)物成分復(fù)雜，抑制性物質(zhì)主要為硫氰酸根、噻唑、吲哚、吡啶等。酚對(duì)硝化的抑制性強(qiáng)，75%抑制濃度為5.6mg／L［3］，微生物經(jīng)過(guò)馴化后，對(duì)酚類物質(zhì)的去除率較高，生化出水基本在0.1mg／L以下，對(duì)硝化的影響相對(duì)較小。硫氰酸根毒性大，主要存在于脫硫廢液中，所以焦化廢水的處理不包含脫硫廢液，杜絕脫硫廢液混入污水中進(jìn)入污水處理站。

4 反硝化反應(yīng)的控制

4.1 溫度

反硝化最適宜的溫度為35～40℃［2］。實(shí)踐中，控制缺氧池溫度30～35℃，脫氮效果比較好。

處理焦化廢水中，蒸氨廢水的溫度較高，即使在冬季時(shí)，焦化廢水處理站的進(jìn)水溫度也不會(huì)很低。不過(guò)很多焦化廢水處理站采用1∶1稀釋水稀釋蒸氨廢水，經(jīng)過(guò)預(yù)處理環(huán)節(jié)（氣浮等），溫度會(huì)低至25℃左右，此時(shí)，提高蒸氨廢水的溫度或通過(guò)適量蒸汽加熱，進(jìn)而提高進(jìn)缺氧池的水溫，可提高反硝化的脫氮效率。

4.2 碳源

焦化廢水中的CODcr和氨氮沒有固定比例，這主要與生產(chǎn)工段的運(yùn)行情況有關(guān)。一般焦?fàn)t爐頂溫度越高，廢水中的CODcr濃度越低。氨氮的含量不僅和爐頂?shù)臏囟?、原煤的煤質(zhì)有關(guān)，還和蒸氨塔運(yùn)行情況有關(guān)，蒸氨廢水的氨氮含量波動(dòng)較大，造成氨氮濃度波動(dòng)大。

焦化廢水中芳香烴類化合物、多環(huán)化合物、雜環(huán)化合物含量較多，其中苯酚類物質(zhì)較易降解，其余物質(zhì)基本很難降解，或者經(jīng)降解后成為難降解的物質(zhì)。一般，焦化廢水中的氨氮含量較高，易降解有機(jī)物的含量不足以實(shí)現(xiàn)完全反硝化。引入廠區(qū)的生活污水能補(bǔ)充一部分易降解有機(jī)物，為反硝化提供碳源。

4.3 溶解氧

一般認(rèn)為懸浮污泥反硝化系統(tǒng)缺氧區(qū)的溶解氧應(yīng)控制在0.5mg／L以下，生物膜法反硝化系統(tǒng)的溶解氧應(yīng)控制在1.5mg／L以下［4］。實(shí)踐中，采用生物膜法的缺氧池中溶解氧的含量應(yīng)盡量低，一般在池面上的溶解氧＜0.5mg／L，脫氮效果好。

當(dāng)缺氧池中含有溶解氧后，一方面會(huì)抑制硝酸鹽還原酶的形成，因?yàn)橛行┓聪趸?xì)菌必須在厭氧和有硝酸鹽存在的條件下才能誘導(dǎo)合成硝酸鹽還原酶；另一方面氧作為電子受體，競(jìng)爭(zhēng)性地阻礙了硝酸鹽的還原。但是，有些反硝化細(xì)菌為兼氧菌，有些酶需要在有氧的條件下才能合成。焦化廢水的缺氧池一般采用生物膜法，能容忍較高的溶解氧濃度。硝化液回流時(shí)會(huì)帶入部分溶解氧，在缺氧池的間斷布置一些大孔的曝氣管，一方面能起到攪拌的作用，另一方面能提供少量溶解氧，間歇的攪動(dòng)能起到增強(qiáng)反硝化的目的。

5 生物酶的作用

酶是能促進(jìn)特定化合物、特定化學(xué)鍵、特定化學(xué)變化的催化劑，具有專一性、高效性、低反應(yīng)條件等特點(diǎn)，投加適當(dāng)配比的特定生物酶到生化池中，可提高生化反應(yīng)器的抗沖擊能力及污染物的去除效率，色度大幅降低。

6 運(yùn)行效果

通過(guò)投加生物酶，控制每個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況良好，氨氮出水保持在5mg／L以下。2009年6月的進(jìn)出水氨氮如圖1、圖2所示，全月的進(jìn)水氨氮變化波動(dòng)較大，從48mg／L到246mg／L，但出水氨氮控制在4mg／L以下。當(dāng)接受較高濃度沖擊時(shí)，生化系統(tǒng)也能迅速恢復(fù)，如第24d短暫的沖擊，系統(tǒng)在3d內(nèi)基本恢復(fù)如初。

圖1 2009年6月進(jìn)水氨氮匯總表

圖2 2009年6月出水氨氮匯總表

7 結(jié)語(yǔ)

焦化廢水的氨氮處理得從蒸氨塔運(yùn)行著手，蒸氨塔的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)污水處理站的穩(wěn)定運(yùn)行及能否達(dá)標(biāo)。蒸氨廢水的氨氮不易太高，一般以100～150 mg／L為宜，控制生化池的溫度、pH值、溶解氧等因素，并投加生物酶，可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及提高抗沖擊能力，出水氨氮穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

［1］ 肖瑞華，白金峰.煤化學(xué)產(chǎn)品工藝學(xué)（第二版）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］ 汪大翚，雷樂成.水處理新技術(shù)及工程設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］ 姚重華.廢水處理計(jì)量學(xué)導(dǎo)論［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［4］ 徐亞同.廢水中氮磷的處理［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，1996.