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焦化废水的处理一直是国内外水污染控制的重大难题
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2020-03-22 14:25:45 浏览次数:

  摘要:采用A2/O2生物膜工艺处理焦化废水,分别考察了厌氧(A1)、缺氧(A2)、一级好氧(O1)和二级好氧(O2)反应器对污染物的去除效果。在A1、A2、O1和O2反应器的HRT分别为15.5、15、12、12h,水温为20~30℃,pH值为7.0~9.5,回流比为3.0的条件下,各反应器对COD的平均去除率分别为31.0%、27.6%、48.1%和8.2%;在A1中NH3-N浓度增加了25.2%,A2、O1、O2反应器对NH3-N的平均去除率分别为6.2%、46.7%和76.7%;系统出水COD、NH3-N的平均浓度分别为227、11.5mg/L,对COD、NH3-N的平均去除率分别为87.2%、94.1%。

  关键词:A2/O2工艺;生物膜反应器;厌氧;焦化废水

  焦化废水是一种典型的难降解工业废水,排放量大且成分复杂。其COD和氨氮浓度较高,主要为芳香族有机物、杂环及多环芳烃有机物,可生化性较差[1]。焦化废水的处理一直是国内外水污染控制的重大难题。目前,生物工艺仍是绝大多数焦化厂采用的处理方法[2]。

  近年来,生物膜法污水处理技术得到了广泛的研究与应用,其中曝气生物滤池(BAF)工艺以其出水水质好、运行费用低、占地面积小、基建投资低、运行启动快等优点[3],在重污染河水资源化、生活污水以及工业废水处理等领域成为研究的热点[4]。目前,采用A2/O2生物膜工艺处理焦化废水的研究受到了很多学者的关注。然而,针对A2/O2生物膜工艺中各反应器对焦化废水中污染物去除效果的研究仍未见报道。

  1试验材料及方法

  1.1原水水质

  原水采用某焦化厂气浮池的出水,其水质如表1所示。

  1.2工艺流程

  A2/O2生物膜工艺流程如图1所示。

  试验装置由厌氧反应器(A1)、缺氧反应器(A2)、一级好氧反应器(O1)和二级好氧反应器(O2)组成。各反应器均采用圆柱形有机玻璃柱,内径为150mm,由下到上依次装填卵石承托层及陶粒滤料,采用长柄滤头布水。A1、A2、O1、O2反应器的有效容积分别为15.5、15、12、12L,HRT分别为15.5、15、12、12h,回流比为3.0。原水箱的容积为1m3,中间储水箱的容积均为500L。两级好氧反应器由安装于卵石承托层内的单孔膜空气扩散器曝气,气、水同为上向流。

  A1、A2反应器的滤料粒径为4~6mm,O1、O2反应器的滤料粒径为3~5mm,其堆积密度为0.89g/cm3,比表面积为4.8m2/g,孔隙率为35%,磨损率为2.0%,盐酸可溶率为0.5%。

  1.3分析方法

  COD:重铬酸钾法;BOD5:五日生化法;氨氮:纳氏试剂比色法;pH:电极法;DO和温度:JBB607溶解氧测定仪。

  1.4反应器的挂膜启动

  采用人工接种和自然培养相结合的方法对A2/O2工艺进行挂膜启动。分别接种某焦化厂A2/O工艺中缺氧段、好氧段的污泥,接种比例均为各反应器容积的25%,以驯化和培养A2/O2系统中厌氧、缺氧和好氧环境的兼性菌及好氧菌。起初将焦化废水稀释至COD为900mg/L、氨氮为80mg/L左右,并按照COD∶P=100∶1的比例向原水中补充适量的KH2PO4,调节pH值到7.0~8.0后通入反应器,并在总HRT为54.5h、水温为25~30℃的条件下连续运行。系统出水全部回流,15~20d后更换未稀释的新鲜废水并继续循环运行。系统启动运行10d后,厌氧、缺氧反应器中的水开始发黑,而二级好氧反应器中的陶粒表面基本没有变化;再经过40d左右的时间,厌氧反应器中的水呈墨黑色,几乎观察不到其中的陶粒滤料,而在缺氧反应器中肉眼可见陶粒表面浓黑色的生物膜及其附着的气泡。此后,连续15d检测系统进、出水的COD,结果表明去除率均稳定在75%以上,至此可认为挂膜启动成功。2结果与分析

  2.1厌氧反应器的除污效果

  当进水COD平均为1941mg/L时,厌氧反应器出水COD平均为1359mg/L,对COD的平均去除率为31.0%;当进水COD高达2798mg/L时,反应器对COD的去除率仍可达到25.4%。

  有机物的厌氧分解主要经历两个阶段:酸性发酵和碱性发酵。酸性发酵能改变有机物的结构,使废水的可生化性得到改善,一般在厌氧反应器中起主导作用。试验结果表明,厌氧反应器对COD的平均去除率只有31.0%,这是因为焦化废水经过酸性发酵后,其有机物组成已发生变化,难降解的有机化合物被去除,同时也产生了一些新的易降解有机物(增加了有机物的量)。

  经厌氧反应器处理后NH3-N浓度上升,当进水NH3-N平均为204.6mg/L时,出水NH3-N平均为251.2mg/L,NH3-N的平均增加率为25.2%,最高达37.7%。焦化废水中含有杂环等多种含氮化合物,在厌氧反应器中,尽管厌氧氨氧化作用使部分无机氮转化为气态氮,但这一过程较为缓慢,不及含氮有机物经水解氨化作用转化为氨氮的过程,故造成废水中氨氮浓度的增加。

  2.2缺氧反应器的除污效果

  试验中缺氧反应器的回流比为3.0,当进水COD平均为653mg/L时,缺氧反应器出水COD平均为476mg/L,对COD的平均去除率为27.6%;且当进水COD高达896mg/L时,反应器仍获得了24.4%的COD去除率。

  缺氧反应器的作用是在回流的条件下,利用其中的微生物对回流液中的硝态氮进行反硝化脱氮。试验中缺氧反应器对COD的平均去除率为27.6%,这是因为:①水解酸化产生的易降解有机物作为反硝化的碳源被利用,使得COD下降;②反硝化过程除了具有脱氮功能,还可使一些在传统厌氧及好氧工艺中不易被降解的有机物(如吡啶、吲哚和喹啉等)得到较好的去除[5]。

  与厌氧反应器不同的是,经处理后的NH3-N浓度与缺氧反应器进水NH3-N浓度相比,并未明显上升,而是时高时低;在进水NH3-N平均为99mg/L时,出水NH3-N平均为92.9mg/L,对氨氮的平均去除率为6.2%,最高为8.5%。这可能是因为缺氧反应器中也存在两种作用:厌氧氨氧化和氨化,但某种作用并不能一直保持优势地位,这就使得对氨氮的去除并未表现出明显的规律性。

  2.3一级好氧反应器的除污效果

  在O1反应器进水COD平均为476mg/L时,出水COD平均为247mg/L,对COD的平均去除率为48.1%。一级好氧反应器对NH3-N的去除效果明显上升,在进水NH3-N平均为92.9mg/L时,出水NH3-N平均为49.5mg/L,对NH3-N的平均去除率为46.7%,最高达54.2%。

  这是因为一级好氧反应器采用的是上流式曝气生物滤池(UBAF),缺氧反应器出水进入一级好氧反应器时,其COD、NH3-N浓度均较高,UBAF以生物陶粒为载体及其上附着生长的生物膜为主要处理介质,可以充分发挥物理过滤、生物代谢、生物膜与滤料的物理吸附以及微生物分级捕食等作用,使得COD、NH3-N等污染物在同一反应器内被有效去除。顺次检测一级好氧反应器沿程各取样口的COD、NH3-N浓度时发现,对COD的去除集中在反应器下部的0.8m范围内;而对NH3-N的去除集中在距反应器底部1.04m以上范围。因此,采用UBAF是系统对COD、NH3-N去除率稳步提高的关键。

  2.4二级好氧反应器及系统的除污效果

  在O2反应器进水COD平均为247mg/L时,其出水COD平均为227mg/L,对COD的平均去除率为8.2%;在进水NH3-N平均为49.5mg/L时,二级好氧反应器出水NH3-N平均为11.5mg/L,对NH3-N的平均去除率为76.7%,最高达80.7%;整个系统对COD、NH3-N的平均去除率分别为87.2%、94.1%,其中出水COD、NH3-N的最低浓度分别为137、7.2mg/L。

  经一级好氧反应器处理后,废水中的部分氨氮和大部分的可降解有机物被去除,使得O2反应器进水的COD浓度相对较低,而NH3-N浓度较高。有研究表明[6],二级好氧反应器中的优势菌为硝化菌,主要包括硝化杆菌、硝化球菌、亚硝化球菌等。可见,二级好氧反应器主要是强化对NH3-N的去除。整个系统对COD、NH3-N的去除效果较好,这是因为系统由A1、A2、O1、O2四部分组成,所对应的功能分别为:厌氧酸化提高焦化废水的可生化性、缺氧反硝化脱氮并除碳、一级好氧除碳、二级好氧硝化去除NH3-N。每个反应器内可以形成各自对应功能的优势菌,强化了各反应器对污染物的去除。

  3结论

  ①A2/O2生物膜工艺的各反应器因运行环境不同使得对污染物的处理效果也不尽相同。经A1处理后NH3-N浓度显著上升;对COD的去除主要集中在O1反应器;对NH3-N的去除主要集中在O2反应器。

  ②当A1、A2、O1和O2反应器的HRT分别为15.5、15、12、12h,水温为20~30℃,pH值为7.0~9.5,回流比为3.0时,各反应器对COD的平均去除率分别为31.0%、27.6%、48.1%和8.2%;A1反应器中NH3-N的平均增加率为25.2%,A2、O1、O2反应器对NH3-N的平均去除率分别为6.2%、46.7%和76.7%。

  ③当进水COD、NH3-N平均浓度分别为1941、204.6mg/L时,A2/O2生物膜系统对COD、NH3-N的平均去除率分别为87.2%、94.1%,其出水平均浓度分别为227、11.5mg/L。

  作者 郑俊1,2, 李红丽1, 张诗华1
  (1.安徽工业大学建筑工程学院,安徽马鞍山243002;2.华骐环保科技发展有限公司,安徽马鞍山243061)