張芮(遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司, 遼寧 阜新 123000)

關(guān)于提高煤化工污水生化系統(tǒng)處理效率的探討

張芮(遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司, 遼寧 阜新 123000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用也在不斷增長(zhǎng)。煤化工項(xiàng)目的發(fā)展對(duì)我國(guó)戰(zhàn)略儲(chǔ)備具有深遠(yuǎn)意義，但是如何處理煤化工生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的化工污水是當(dāng)前困擾人們的最大問(wèn)題，如果將未處理的污水直接排放到地表水體中去勢(shì)必會(huì)破壞生態(tài)水資源。因此，有必要通過(guò)技術(shù)措施提高煤化工行業(yè)生化污水處理效率來(lái)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

煤化工污水;生化系統(tǒng)處理效率;研究

0 引言

煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅需要考慮煤炭資源、煤炭的轉(zhuǎn)化技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益等問(wèn)題，同時(shí)還需要考慮到水資源的利用以及化工污水的排放問(wèn)題。水資源的利用以及污水處理的效果將直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)行負(fù)荷，以及運(yùn)行安全。雖然說(shuō)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)的發(fā)展具有重要意義，但是不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，否則會(huì)帶來(lái)更為嚴(yán)重的后果。在探討如何提高煤化工污水生化系統(tǒng)處理效率的問(wèn)題上，需要一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃悸罚岢鲇行У拇胧┘右越鉀Q。

1 煤氣化污水的水質(zhì)特征

本文以污水“零”排放的某煤化工企業(yè)為例，該煤化工企業(yè)采用碎煤加壓氣化工藝，由于碎煤加壓氣化工藝的爐型特點(diǎn)、反應(yīng)溫度以及采用的煤種特點(diǎn)使得氣化廢水中含有大量單元酚、多元酚，以及少量苯屬烴、萘、蒽、噻吩、吡啶等難降解有毒、有害物質(zhì)有機(jī)物。煤氣化廢水經(jīng)煤氣水分離和酚氨回收單元，分離出焦油、粗粉和氨水后，綜合廢水中CODcr一般在3000～5000mg/L左右、氨氮在200～500mg/L，是典型的含有毒、難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水。廢水主要污染物濃度如下：

表1 廢水水質(zhì) 單位：mg/L

該廢水經(jīng)一系列處理后，出水?dāng)M作為工藝循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水使用，出水水質(zhì)滿足《中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》HG/T3923-2007的《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

表2 出水水質(zhì) 單位：mg/L

續(xù)表2

由于煤氣化裝置廢水中污染物濃度高，可生化性差，而裝置出水水質(zhì)要求較高，為確保污水處理裝置的有效運(yùn)行，提高污水生化系統(tǒng)處理效率，通過(guò)一系列論證，本項(xiàng)目污水處理中生化處理工段擬采用“水解酸化+多級(jí)A/O生化+接觸氧化”處理工藝。

2 生化系統(tǒng)處理工藝關(guān)鍵點(diǎn)分析

2.1 高濃度難生化有機(jī)物廢水

根據(jù)提供的廢水水質(zhì)進(jìn)行綜合分析，廢水的有機(jī)物濃度高，氣化廢水的COD為3000mg/L～5000mg/L，屬高濃度有機(jī)污水。而廢水的BOD5/COD小于0.3，因此該廢水屬高濃度較難生化的有機(jī)污水。根據(jù)這一分析特點(diǎn)應(yīng)首先采用厭氧水解酸化工藝來(lái)提高該廢水的可生化性。

2.2 有毒難降解有機(jī)物

碎煤加壓氣化廢水中大量單元酚、多元酚及少量苯屬烴、萘、蒽、等難降解有毒有害物質(zhì)有機(jī)物，這些有機(jī)物降解難度較大，其中部分有機(jī)物還具有一定的毒性。通常條件下這些物質(zhì)的抗氧化性較強(qiáng)，而好氧生物處理是一種生物氧化過(guò)程，因此對(duì)這些物質(zhì)的開(kāi)環(huán)和降解都有一定難度。廢水中的這些有毒或有抑制物質(zhì)，如果不進(jìn)行必要的處理將使處理系統(tǒng)中的微生物受到抑制，從而無(wú)法正常運(yùn)行，因此在處理工藝選擇中應(yīng)考慮必要的措施，將生化處理進(jìn)水中有毒、有害污染物的濃度控制在對(duì)生物無(wú)影響的范圍之內(nèi)。

2.3 高氨氮濃度

碎煤加壓氣化綜合廢水的總氮濃度在200mg/L左右，采用生物處理廢水中的氮類污染物一般首先將其轉(zhuǎn)化為氨氮。根

據(jù)廢水的這一特點(diǎn)，應(yīng)采用硝化能力和反硝化能力均很強(qiáng)的處理工藝。

通過(guò)反硝化是恢復(fù)堿度和控制pH值的有效方法，但如何提高反硝化的效率是成敗的關(guān)鍵，溫度和C:N的控制又是控制反硝化效率的關(guān)鍵，如果控制不好，系統(tǒng)也難于正常運(yùn)行。

3 提高煤化工污水生化系統(tǒng)處理效率的措施

3.1 采用水解酸化工藝

廢氣化廢水經(jīng)預(yù)處理工段后的綜合廢水進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行厭氧反應(yīng)，去除COD和改善廢水的可生化性，厭氧過(guò)程對(duì)于濃度較高的有機(jī)廢水，可以將廢水中的芳烴類有機(jī)質(zhì)所帶的苯、萘、蒽醌等環(huán)打開(kāi)，提高難降解有機(jī)物的好氧生物降解性能，為后續(xù)的好氧生物處理創(chuàng)造良好條件。厭氧過(guò)程分為四個(gè)階段：水解階段、酸化階段、酸性衰退階段及甲烷化階段。水解階段是將大分子不溶性復(fù)雜有機(jī)物在細(xì)胞胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高級(jí)脂肪酸(醇類、醛類、酮類等)，然后滲入細(xì)胞內(nèi)；酸化階段是將水解發(fā)酵階段的產(chǎn)物降解為簡(jiǎn)單脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脫氫，提高廢水可生化性。水解酸化池把反應(yīng)控制在第二階段完成之前，水力停留時(shí)間短，效率高，同時(shí)提高了污水的可生化性。水解酸化池中裝填彈性填料，填料布置密度相對(duì)增加，使池內(nèi)生物量大于15g/L，池底設(shè)置布水管線，采取上流式布水方式，使污水在池內(nèi)均勻、充分的與微生物接觸，提高生化效率。

3.2 采用增投生物增效劑

煤化工污水中存在著很多的活性微生物，沒(méi)有處理的污水一旦排放到大自然中這些活性的微生物就會(huì)在大自然的環(huán)境中大量的繁衍，因此，在污水中降解掉這些微生物是處理的第一步。在煤化工污水中投加微生物增效劑能夠有效的達(dá)到目的，主要是因?yàn)槲⑸镌黾觿┲泻幸恍┚?，這些菌株的存在能夠分解脂肪酸、碳?xì)浠衔?、表面活性劑和一些不易分解的有機(jī)物等，在煤化工污水中存在的活性微生物能夠有效的被微生物增加劑給分解掉從而提高污水處理效率。其中去氨氮生物增效劑能夠非常有效的去除污水中的氨氮。

在該項(xiàng)目中，我們發(fā)現(xiàn)煤化工污水中存在很高濃度的氨氮化合物，在煤化工污水中加入氨氮生物增效劑能夠?qū)钡コ?9%，但是當(dāng)硝化細(xì)菌受到破壞時(shí)，這個(gè)氨氮的去除率就成直線下降，因此，在去除氨氮時(shí)需要保證硝化細(xì)菌不受到刺激，這個(gè)時(shí)候可以在污水中增加生物增效劑，將分離出來(lái)的氨氮迅速的去除掉。

3.3 采用多級(jí)A/O生化工藝

煤制氣裝置的生產(chǎn)廢水COD較高，且生化性差。用普通活性污泥法處理，即使延長(zhǎng)廢水在好氧池中的停留時(shí)間，也很難滿足處理要求。單級(jí)A/O法對(duì)氨氮有較好的去除效果，難以使出水COD達(dá)到要求。目前有較多的煤化工廠采用SBR工藝，但該方法操作相對(duì)復(fù)雜，沒(méi)有大規(guī)模污水處理的先例。根據(jù)褐煤加壓氣化廢水的特點(diǎn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)焦化類廢水處理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，確定生化處理應(yīng)采用多級(jí)A/O生物脫碳和脫氮處理工藝。

水解酸化池出水送入多級(jí)A/O生化池進(jìn)行多級(jí)的厭氧－好氧、反硝化－硝化處理。生化脫氮途徑之一主要依靠硝化——反硝化兩大類菌種。硝化菌屬專性自養(yǎng)型，它利用氨氮轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放的能量作為自身新陳代謝的能源。在反應(yīng)過(guò)程中氧化1kg氨氮約消耗4.6kg氧，同時(shí)消耗約7.14kg碳酸鈣堿度。硝化并沒(méi)有去除氮，而是使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，減少了它的需氧量，氮的最終去除要通過(guò)反硝化過(guò)程完成。反硝化菌種大部分為兼性異氧菌，在無(wú)分子態(tài)溶解氧存在時(shí)，利用硝酸鹽和亞硝酸鹽被還原過(guò)程產(chǎn)生的能量做為能量來(lái)源。反硝化時(shí)，每還原1kg硝態(tài)氮成氮?dú)猓碚撋峡苫厥?.57kg堿度，其中硝化液回流進(jìn)行反硝化，這樣可以利用原污水中的有機(jī)物做為反硝化的電子供體，同時(shí)可提供部分堿度，抵消硝化段的部分堿度消耗。

3.4 采用接觸氧化工藝

多級(jí)A/O處理工序出水中COD濃度575mg/L，BOD5濃度105mg/L，其中有相當(dāng)一部分是難降解的有機(jī)物，繼續(xù)采用活性污泥法處理效果不好，采用接觸氧化法處理。接觸氧化池填料中的生物膜上的微生物數(shù)目多，種類豐富，降解那些難降解有機(jī)物的微生物可以生存下來(lái)，促進(jìn)了生化段出水水質(zhì)的提高，此外，由于原生動(dòng)物的旺盛繁殖，使出水中活性菌數(shù)、懸浮固體、COD、有機(jī)物氮等都下降。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的分析，我們了解了煤化工污水生化處理工藝。在充分了解煤化工污水水質(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的提出相關(guān)措施來(lái)提高污水生化系統(tǒng)的處理效率。將煤化工污水經(jīng)過(guò)處理之后再重新利用，不僅可以減少生化污水對(duì)自然環(huán)境的破壞，同時(shí)還能減少水資源的浪費(fèi)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展做出努力，為人們提供安靜舒適的生活環(huán)境。

[1]劉景明,王德安.污水處理工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

[2]莊會(huì)東.混凝-SBR工藝處理煤氣化廢水的生產(chǎn)試驗(yàn)性研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2012．

[3]王鳳玲.缺水地區(qū)煤化工項(xiàng)目污水用于荒地澆灌的可行性及關(guān)注點(diǎn)探討[Z].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古環(huán)境保護(hù)，2006年12月．

[4]張志峰，孟少卿.污水處理節(jié)能降耗問(wèn)答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013,2．

[5]何鋒.煤化工廢水的來(lái)源與特點(diǎn)及其相應(yīng)的處理技術(shù)探究.科技世界，2012,8(23):320-322.

[6]任源.焦化廢水水質(zhì)組成及其環(huán)境學(xué)與生物學(xué)特性分析.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012,27(7):1094-1110.