趙栓柱，柴永瑞，戴成武

（1.山東大學(xué)，山東 濟(jì)南250000；2.遷安中化煤化工有限責(zé)任公司，河北 遷安064400）

遷安中化煤化工有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱遷安中化公司）年產(chǎn)焦炭330萬(wàn)t，分為一段、二段，其中一段年產(chǎn)焦炭220萬(wàn)t，配套A/O2工藝處理焦化廢水，設(shè)計(jì)剩余氨水處理量為70 m3/h。十多年來(lái)，A/O2工藝運(yùn)行基本穩(wěn)定，常規(guī)的有毒物質(zhì)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(nèi)各單元能力發(fā)揮不充分及抗沖擊能力較差等問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化A/O2工藝內(nèi)各單元作用，并對(duì)污泥回流點(diǎn)位、污泥分配方式、剩余污泥排放等操作進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了A/O2工藝的穩(wěn)定、高效運(yùn)行?，F(xiàn)對(duì)A/O2工藝處理焦化廢水的工藝改進(jìn)進(jìn)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(jiàn)圖1（圖中虛線表示污泥路徑）。焦化廢水經(jīng)蒸氨后進(jìn)入隔油池去除浮油、重油，然后進(jìn)入氣浮池去除小油珠和懸浮物，之后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，水質(zhì)均和后，與回流沉淀池的部分上清液一起進(jìn)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(zhuǎn)化為硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮后，流入回流沉淀池進(jìn)行固液沉淀分離，另一部分上清液進(jìn)入O2池，在好氧條件下進(jìn)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(yīng)池，并與投加的絮凝劑反應(yīng)進(jìn)一步降低COD后，流入混凝沉淀池，去除部分懸浮物后進(jìn)入廢水深度處理工段。同時(shí)，廢水處理系統(tǒng)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(yùn)行的因素

2.1 常規(guī)因素

遷安中化公司A/O2工藝運(yùn)行中，進(jìn)水硫氰酸銨、礦物油、硫化物等有毒物質(zhì)的含量，COD與NH3-N含量的比例，工藝內(nèi)部溫度，溶解氧，沉降比，堿度等指標(biāo)都控制在合適的范圍內(nèi)[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(fù)雜，不僅有來(lái)自污水的難降解有機(jī)物、被污泥絮體吸附的無(wú)機(jī)物，還包括有代謝功能的活性微生物群體、微生物內(nèi)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(xì)且可靠的污泥性狀判定方式是依靠顯微鏡進(jìn)行污泥鏡檢。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的污泥鏡檢，發(fā)現(xiàn)成熟的活性污泥菌膠團(tuán)較為密實(shí)、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(xiàn)是污泥成熟的標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)大量輪蟲時(shí)，說(shuō)明污泥泥齡過(guò)長(zhǎng)；而沒(méi)有輪蟲時(shí)，可能是活性污泥中毒或者由于排泥過(guò)量導(dǎo)致污泥未成熟。楯纖蟲以細(xì)菌為食，對(duì)化學(xué)物質(zhì)極其敏感，可作為判定有毒物質(zhì)的指示生物，也可作為水質(zhì)良好的指示生物。鐘蟲能促進(jìn)活性污泥的絮凝作用，能捕食大量游離細(xì)菌并使水澄清，當(dāng)活性污泥中出現(xiàn)鐘蟲時(shí)，代表活性污泥性能好，處理效果好[3]。

2.2.2 污泥內(nèi)源呼吸程度

在污水處理中，微生物的內(nèi)源呼吸是指活性細(xì)胞利用細(xì)胞內(nèi)含物作為基質(zhì)進(jìn)行新陳代謝過(guò)程中的呼吸作用，通常發(fā)生在沒(méi)有任何其他基質(zhì)可利用時(shí)[4]，此時(shí)細(xì)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(xì)胞維持過(guò)程[5]。隨著內(nèi)源呼吸程度的加深，有以下好處：（1）促進(jìn)瘦弱的活性污泥分解，優(yōu)化污泥結(jié)構(gòu)；（2）進(jìn)一步分解污泥上吸附的有機(jī)質(zhì)及降解污水中的有機(jī)物，降低生化出水指標(biāo)；（3）促進(jìn)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(shí)，會(huì)把部分難降解的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物及內(nèi)源代謝產(chǎn)物吸附在菌膠團(tuán)上，進(jìn)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(zhì)需要及時(shí)排出系統(tǒng)來(lái)維持活性污泥的性能。一般情況下，當(dāng)MLVSS/MLSS（混合液揮發(fā)性懸浮物質(zhì)量濃度/混合液懸浮物質(zhì)量濃度）≥0.6時(shí)，活性污泥便具有較強(qiáng)的活性。

實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，剩余污泥的排放形式多種多樣。從排放時(shí)間來(lái)看，有連續(xù)排泥和間歇排泥之分；從排放點(diǎn)位來(lái)看，每個(gè)沉淀池都有排泥。剩余污泥的排放量沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，有的按污泥停留時(shí)間控制（SRT）、有的按MLSS控制、有的按BOD5控制、有的按經(jīng)驗(yàn)控制。由于影響污泥生長(zhǎng)的因素復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)中，剩余污泥都存在排放過(guò)多或過(guò)少的情況，影響系統(tǒng)內(nèi)污泥的處理效果。

同時(shí)，剩余污泥屬于固體廢物，處理過(guò)程需要消耗一定的費(fèi)用，剩余污泥排放量以保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的最小排放量為宜。

3 A/O2工藝運(yùn)行中存在的問(wèn)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(jìn)入O1池。在回流沉淀池回流的好氧污泥經(jīng)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(biāo)偏高的缺氧水接觸，其活性進(jìn)一步被濃度偏高的有毒物質(zhì)抑制，造成進(jìn)入O1池的好氧污泥活性降低，吸附及降解能力變差。當(dāng)A池缺氧出水中有毒物質(zhì)含量高于活性污泥能承受的極限時(shí)，部分活性污泥被直接滅活?；钚晕勰啾灰种苹驕缁畹牧窟_(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)影響O1池的處理效果，使O1池受到?jīng)_擊。同時(shí)，在對(duì)O1池污泥的鏡檢中，發(fā)現(xiàn)指示性微生物數(shù)量、種類稀少，偶爾可見(jiàn)鐘蟲。

3.2 回流沉淀池返泥

O1池通過(guò)好氧反應(yīng)來(lái)降低廢水中的COD及氨氮含量。廢水中的氨氮除部分轉(zhuǎn)化為活性污泥成分外，其余轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮。當(dāng)O1池出水COD低于350 mg/L、氨氮質(zhì)量濃度低于1 mg/L時(shí)，回流沉淀池經(jīng)常出現(xiàn)返泥情況。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為是回流沉淀池內(nèi)發(fā)生了反硝化反應(yīng)，反硝化產(chǎn)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(wú)法正常生長(zhǎng)

O2池屬于延遲曝氣池，SV30控制在25%～40%，溶解氧質(zhì)量濃度控制在2 mg/L～5 mg/L，主要作用是把亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，并進(jìn)一步去除COD。但在實(shí)際運(yùn)行中，進(jìn)入O2池的亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度在10 mg/L左右，COD在350 mg/L左右，氨氮質(zhì)量濃度在1 mg/L以下，O2池污泥分解過(guò)快，無(wú)法正常生長(zhǎng)。為了避免O2池污泥分解過(guò)快，將其溶解氧質(zhì)量濃度控制在1 mg/L左右，但O2池污泥的分解仍無(wú)法控制，此時(shí)O2池污泥質(zhì)量濃度在1 g/L左右，COD去除率在2%左右，并經(jīng)常出現(xiàn)二沉池COD高于回流沉淀池的情況，O2池應(yīng)有的作用無(wú)法發(fā)揮，生化系統(tǒng)COD去除率僅達(dá)到90%左右。同時(shí)，在對(duì)O2池污泥的鏡檢中，發(fā)現(xiàn)代表污泥老化的鬃毛蟲數(shù)量多，其他指示性微生物幾乎不可見(jiàn)。

4 污泥處理工藝比較

活性污泥處理工藝自開(kāi)創(chuàng)100多年來(lái)，衍生出多種工藝，但都離不開(kāi)傳統(tǒng)工藝。傳統(tǒng)活性污泥處理工藝比較[6]見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)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(diǎn)。結(jié)合表1及A/O2工藝實(shí)際情況，可以在A/O2工藝的基礎(chǔ)上吸收其他傳統(tǒng)工藝的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)部分改造和調(diào)整，使各項(xiàng)功能在A/O2工藝的部分操作單元內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提高A/O2工藝的運(yùn)行效果。

5 A/O2工藝改進(jìn)

5.1 改造O1池污泥回流點(diǎn)位

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

5.2 改變好氧池運(yùn)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(jù)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(nèi)發(fā)生反硝化作用，降低回流沉淀池進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)調(diào)整O1池出口端分支曝氣截止閥開(kāi)度、降低出口端27 m～36 m區(qū)域內(nèi)溶解氧的質(zhì)量濃度至0.8 mg/L左右時(shí)，可消除回流沉淀池的返泥現(xiàn)象，同時(shí)，曝氣風(fēng)機(jī)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(wàn)kWh以上。經(jīng)過(guò)取樣分析，調(diào)整后的O1池出水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮總質(zhì)量濃度降低至20 mg/L左右。

原工藝O1池出口端溶解氧的質(zhì)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(duì)O1池污泥的鏡檢中可以發(fā)現(xiàn)相當(dāng)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(jìn)入內(nèi)源呼吸期的時(shí)間相同，基質(zhì)充足時(shí)異養(yǎng)菌可快速恢復(fù)部分（75.51%）比自養(yǎng)菌可快速恢復(fù)部分（37.78%）多得多，鑒于以上研究，增加O1池回流污泥的內(nèi)源呼吸程度，在確保O1池降解COD的同時(shí)可以抑制硝化反應(yīng)發(fā)生的程度。

鑒于O2池污泥無(wú)法正常生長(zhǎng)，結(jié)合回流污泥再生曝氣工藝的優(yōu)點(diǎn)，把O2池調(diào)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(nèi)發(fā)生充分的內(nèi)源呼吸，降解吸附的COD并分解部分污泥，同時(shí)，將O2池內(nèi)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(nèi)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(shí)際運(yùn)行中，以O(shè)1池回流污泥量200 m3/h計(jì)，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(zhì)量濃度在10 mg/L以下，同時(shí)提高O2池污泥的質(zhì)量濃度至6 g/L～8 g/L，增加污水處理系統(tǒng)活性污泥量30%左右，生化系統(tǒng)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(duì)O2池污泥的鏡檢中，可以發(fā)現(xiàn)相當(dāng)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(zhì)好。

5.3 改變剩余污泥排放點(diǎn)位

影響A/O2工藝系統(tǒng)運(yùn)行的剩余污泥排放點(diǎn)位有2個(gè)，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(diào)整取消回流沉淀池排泥點(diǎn)位，剩余污泥全部從二沉池排出。二沉池排泥有以下幾點(diǎn)好處：（1）大量O1池污泥倒入O2池內(nèi)進(jìn)行內(nèi)源呼吸，變相改變了O1池的排泥方式，優(yōu)化了O1池污泥構(gòu)成，改變了O1池出水水質(zhì)，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(qiáng)度，避免O2池內(nèi)污泥過(guò)度氧化分解而無(wú)法存活；（3）依據(jù)剩余活性污泥量計(jì)算公式[6]可知，提高污泥自身氧化率，可降低剩余污泥產(chǎn)量，使活性污泥在O2池進(jìn)行充分內(nèi)源呼吸，提高氣化率，降低剩余污泥量和處理成本。

6 結(jié) 語(yǔ)

遷安中化公司對(duì)焦化廢水處理A/O2工藝進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，包括將O1池污泥回流點(diǎn)位引至進(jìn)水端6 m處、改變好氧池運(yùn)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(yùn)行效果，增強(qiáng)了生化系統(tǒng)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(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了A/O2工藝的提效、穩(wěn)定、降耗運(yùn)行。