A—A／O工艺在鞍钢焦化废水处理中的应用实践分析

孙世刚，张福

(鞍钢集团公司生产协力中心，辽宁鞍山，114021)

摘 要：介绍了焦化废水的来源及厌氧—缺氧—好氧(A—A／O)处理工艺，以及A—A／O工艺处理焦化废水的影响条件。针对运行过程中出现的问题，提出了具体改进措施，从而保证了焦化废水达标排放。

关 键 词：焦化废水；A—A／O法；硝化；COD去除

1 废水的来源及性质

煤在炭化室隔绝空气高温干馏变成焦炭，而煤中绝大部分挥发份在高温干馏过程中就变成荒煤气，荒煤气中含有芳香烃、杂环化合物，以及硫和氰化合物等上百种物质，需要经过冷凝、初冷、终冷及洗涤(洗氨、脱硫、洗苯)等工序的净化，才能作为供化工合成、工业燃料和城市燃气使用的净化煤气。焦化废水就是上述过程产生废水的集合[1，2]。

焦化废水的性质主要取决于炼焦原煤的性质、碳化温度以及焦化产品的回收工序和方法等[3]。焦化废水中不同程度地含有酚、油、硫化氢、氰化物、硫氰化物、苯等多种有害物质，其中又以酚的含量最多，氰的含量较高，所以统称为酚氰废水。该废水成分复杂有机污染物浓度高，毒性大。BOD5／COD在0．27左右，属于复杂的高COD高氨氮组分的难以处理的工业废水。

化工三期脱氮处理的废水为化工总厂一回收车间的蒸氨废水、终冷排污水、提升井废水。

2 A—A／O法的介绍及影响条件

2．1 A—A／O法的介绍

目前，普遍认为A—A／O法是处理焦化废水的较好的一种工艺[4，5]。其一般工艺图如图1所示。

与缺氧—好氧(A／O)工艺相比，此工艺在缺氧段前加厌氧段(O2溶解度在0．2mg／L以下)，并控制厌氧在酸化阶段。它将焦化废水中难生物降解的大分子有机物质鹾降解为易氧化分解的小分子的物质，将环状物质的苯环打开，提高了废水可生化性，其处理效果尤其是COD优于A／O法。不仅如此，在反硝化方面A—A／O工艺也占有极大的优势[6]。

缺氧池的主要功能是反硝化脱氮，细菌在无氧或低氧条件下(O2溶解度在0．5mg／L以下)利用污水中的有机物作碳源，将回流液带入的NO3-—N、NO2-—N还原为N2并释放到空气中。参与这一作用的微生物是反硝化细菌，这是一类异养型的兼性厌氧细菌，它们在缺氧的条件下，利用有机碳源为电子供体，NO3-作为电子受体，在降解有机物同时进行反硝化作用[7—9]。

好氧池的主要功能是多样的，主要是在有氧的情况下进一步降解有机物和将有机氮氨化继而硝化。递类细菌统称为硝化细菌，它们利用无机碳化物CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、NH4+或NO2-创氧化反应中获取能量。

亚硝化菌作用下的反应式为：

2NH4++3O2→2NO2-+H2O+4H+

硝化菌作用下的反应式为：

2NO2-+O2→2NO3-

2．2 三期脱氮工艺流程

三期脱氮工艺主要包括预处理、生物处理和混凝处理和污泥脱水四个工序。其工艺流程图如图2。

2．2．1 预处理

预处理的主要目的是去除废水中的油，为生化处理创造合适的进水条件。主要包括重力除油，气浮除油等。

废水直接进入除油池，在重力作用下重油沉淀在除油池底部，由重油泵抽送至重油罐贮存，进一步脱水后装车外运。轻油浮至除油池表面，由带式刮油机将其收集到集油槽中经自流到轻油隔离池，定期装车外运，除油池出水经管道自流入气浮净化机(出现温度过高、大量苯进入等事故时进入调节池)。

气浮净化机主要是除去废水中的浮化油。本工艺采用两合FJL系列射流气浮净化机。每台处理水量为Q=60m3／h。气浮机出水到达缺氧提升井。

2．2．2 生物处理

生物处理的主要设施有厌氧池，缺氧池，好氧池，二次沉淀池，污水污泥回流设施，鼓风机，加药及稀释水设施等。生物处理的主要目的是通过附着在填料上和悬浮在水中的微生物吸附水中的污染物质，在有氧和无氧的条件下对所吸附的物质进行氧化降解实现微生物自身的增长和去除水中的污染物质的目的。因为焦化污水中的磷含量较低，同时在硝化过程中会有H+的产生，所以在好氧池中投加磷盐(Na3PO4·12H2O)和工业用碱(NaCO3)来稳定生物处理过程的运行。

2．2．3 混凝处理

以聚合硫酸铁(PFS)为絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)为助凝剂，投加到二沉池出水中后，产生絮状氢氧化铁沉淀，通过絮状物的吸附和沉淀达到对水中的有机物吸附、分离，从而降低水中的COD、SS等指标达到要求的出水标准。此过程所产生的污泥送到污泥浓缩池。

2．2．4 污泥处理

混凝沉淀池排出的絮凝污泥和二沉池排出的剩余污泥，分别由泵送到污泥浓缩池，污泥在浓缩池中进行浓缩，分离后的上清液经出水槽收集，并经管道自流回到污水提升井。浓缩后的污泥经管道靠静水压力送入污泥贮池，再由泵提升送入离心脱水机进行脱水。混凝剂(PAM)与污泥共同进入污泥脱水机。脱水后的泥饼排至污泥储槽，再装车外运至配煤场。

2．3 A—A／O法的影响条件

2．3．1 温度

据报道，微生物生长的环境温度范围为10～100℃，但大多数细菌的适宜生长温度在20～40℃范围内。温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。硝化细菌在25～35℃的温度范围内，硝化反应的速率随温度升高而加快。特别是在5℃以下时硝化反应将基本停止。温度过高或过低对微生物的生长都不利。

2．3．2 营养元素

废水中各种有机基质，如苯酚类及苯类物质是硝化和反硝化反应过程中的电子供体，是微生物的营养之一，它与废水中的氨含量的比值，是反硝化的重要条件，通常以BOD5／TN大于3为前提。当废水中的BOD5／TN大于3时，即可顺利进行反硝化反应，无须外加碳源达到脱氨的目的。当BOD5／TN小于3时，需另加碳源达到理想的脱氨效果。经过蒸氨后的焦化废水基本满足COD／HN3—N大于6的要求。C、N、P等元素的比例协调是硝化菌生长的重要条件，一般按照BOD5：N：P=100：5：1来进行衡量。根据计算我们向曝气池投加磷盐溶液来保证池内P的浓度在3～4mg／L左右。

2．3．3 毒物

硝化细菌生长缓慢产率低，当系统负荷受冲击后恢复缓慢，并且硝化细菌对有毒物质存在十分敏感，当有毒有害物质浓度超过一定数量时对硝化细菌生长产生抑制作用。焦化废水中的挥发酚、氰化物、苯及硫氰化物等浓度控制不当，均对硝化细菌和反硝化细菌有抑制或毒害作用。通过回收系统稳定NaOH投加量，减少了毒物的存在COD去除率一直稳定在95％以上。

2．3．4 pH

对于普通活性污泥法，曝气池的pH值温度控制在6～9的范围内，否则微生物不能正常生长。当pH值低于6时，丝状菌的生长将会占优势，一旦其它因素控制不到位时极易引起丝状膨胀。理论和实践表明，硝化反应的最佳pH值为7．5～8．5，低于6时硝化反应将难以进行，当pH值长时间高于7．7时水中的NO2—N就会逐渐积累造成对硝化细菌和反硝化细菌的危害。本系统通过向好氧池投加NaCO3来调节pH值，控制在7．5左右。由于蒸氨系统操作不稳定，经常造成生化系统进水pH值较大波动(5．0～11．0)通过对蒸氨系统操作系统的改动，调节剩余氨水NaOH加入量来去除固定铵，同时达到稳定氨氮含量和pH，极大改善了生化系统的运行。经改动后，生化进水氨氮由1000mg／L左右降到500～800mg／L，pH稳定在7．0～8．0。好氧池氨氮去除率达到90％以上，缺氧池反硝化效果也明显改善，反硝化率达到50％。

2．3．5 溶解氧

好氧微生物需要供给充足的溶解氧，一般来说，溶解氧应维持在3mg／L为宜，最低不应低于2mg／L；兼氧微生物要求溶解氧的范围在0．2～2．0mg／L之间；而厌氧微生物要求溶解氧的范围在0．2mg／L以下。硝化细菌是专性好氧菌，溶解氧对硝化反应起着决定性的作用，溶解氧浓度会影响硝化反应速率。溶解氧质量浓度0．5～0．7mg／L是硝化菌可以忍受的极限。生产中好氧池溶解氧质量浓度控制在3～6mg／L。只有在环境中DO为零时，反硝化速率才达到最高。随着DO的上升，反硝化速率逐渐趋于零。测试结果也表明悬浮污泥反硝化系统缺氧区的DO应控制在0．5mg／L以下。因有大量回流水回到缺氧池中，所以本工艺在生产过程中曝气池溶解氧控制在4mg／L左右才不会对硝化系统和反硝化系统造成太大影响。

2．3．6 泥龄

在生化处理过程中，微生物不断地消耗着废水中的有机物质。被消耗的有机物质中，一部分有机物质被氧化以提供微生物生命活动所需的能量，另一部分有机物质则被微生物利用以合成新的细胞质，同时，又有一部分老的微生物死亡。泥龄就是微生物在曝气池中的平均停留时间，即将曝气池中所有污泥按现有剩余污泥排出速度全部排出所需要的时间。

普通活性污泥的世代周期为2．3～8．7h，硝化菌为31h，为保证硝化菌正常繁殖，生物脱氮工艺所需污泥龄要比普通活性污泥法长。由于来水水质控制的得当，曝气池中的污泥沉降比一直在30以上，污泥浓度(以MLSS计)一直都在4g／L以上，相应的污泥泥龄在45天以上，基本达到了理想的处理条件。

3 出现的问题及解决方式

3．1 问题的分析

在运行过程中出现二沉池有时有小块污泥上浮情况。造成这种现象的主要原因有：进水水质，如pH值、毒物等突变，使污泥无法适应或中毒，造成解絮；污泥缺乏营养或充氧过度造成老化；进水氨氮过高、相对的碳源过少，使污泥胶体基质解体；池温过高，往往超过40℃；以及沉淀池中存在死角，污泥长时间停留后产生厌氧反硝化。

进入冬季后曝气池温度过低，影响生化处理效果。

本工艺采用延时曝气的方式。延时曝气在40年代末到50年代初在美国流行起来。特点是曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000～6000mg／L，活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定。适用于污水量很小的场合，最先是牛奶场，后来用于村庄和风景区、旅社等。二沉池有时有小块污泥上浮主要原因是焦化废水水质复杂，可生化性不好，在过长的曝气时间里底物营养不能被微生物能量所平衡，污泥浓度不仅不能增长或维持在一定水平，反而由于不可降解物质的积累和污泥絮凝性能不好而流失，因而达不到预期的效果。

3．2 问题的解决

3．2．1 强化员工培训，提高员工技能

为了提高员工的操作技能，作业区不断强化操作培训，其中主要以现场实际操作培训为主，重点是使岗位人员充分了解本岗位工艺流程、各项控制参数要求、如何控制等。同时，作业区加大检查和督促力度，对出现的操作问题及时予以纠正，员工的操作技能得到迅速提高，从根本上避免了由于操作原因造成污泥上浮死亡。

3．2．2 解决设备缺陷。

针对设备缺陷影响的原因，对刮泥机刮泥板与沉淀池底距离过大问题进行了全面解决，把设备原因导致污泥长时间停留后产生厌氧反硝化造成污泥上浮可能性排除。

3．2．3 改善厌氧池效果

对来水指标进行严格监控。针对来水指标波动问题，作业区及时同生产厂进行沟通，严格控制来水pH值、氨氮等指标。同时要求预处理浮选岗位每二小时对来水pH进行一次监测，发现pH低于6或超过9，主即反馈倒班段长同相关车间值班主任联系调整蒸氨系统加碱量，确保了pH指标始终控制在6—9之间，通免由于pH过高或过低造成污泥中毒。另外，加强对来水含油进行监测，保证来水油含量不能过高而对系匀产生影响。同时与技改部门协调，增加一条往厌氧池输送污泥管道定期往厌氧池输送污泥，用以增加厌氧池微生物数量改善厌氧池的运行效果，提高污水的可生化性。

3．2．4 渐减曝气

采取推流式曝气。在推流式的曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。因此等距离均当地布置扩散器是不合理的。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧超过需要。渐减曝气的目的就是毛理的布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气用量不变，这样可以提高处理效率。

3．2．5 温度监控

在重力除油池入口处增加来水温度监控装置，一旦发现来水温度超标可以降水先进入事故调节池，同日与生产厂联系调节。在重力除油池、厌氧提升井和缺氧提升井处增加蒸汽加热管。使生化系统在天气比车寒冷的冬季能维持适当的温度。保证系统的正常稳定运行。

3．2．6 投加营养物质

向好氧池中投加葡萄糖，进一步提高可生化性。在来水氨氮较多时通过计算适当地投入葡萄糖作为乡加碳源，这样可以平衡污水的营养，使污泥不会因营养不良而导致污泥死亡。

3．2．7 增大污泥回流量

增加沉淀池的出泥量和出泥速度，以降低沉淀池的污泥层高度。我们将回流泥量控制在进水的1．5倍左右，使污泥在浓缩层的停留时间控制在1小时以内，如此可防止污泥因反硝化导致上浮。

4 结果分析及建议

4．1 结果分析

从表2中我们可以看出，用A—A／O工艺处理鞍钢化工总厂焦化废水取得了良好的效果。其中COD的去除率在96％左右，氨氮的去除率接近100％，其它指标也达到国家排放标准。A—A／O工艺是处理焦化废水的一种行之有效的方法。但是该方法抗冲击负荷能力较差，需时刻注意来水的水质水温。

4．2 建议

首先建议建立调节池，不但对来水的水质进行均和调节，同时对来水水量也起一定的稳定作用。其次，在曝气池中投加填料，这样不仅可以强化COD、氨氮的去除效果，同时不需要污泥回流系统降低了能耗。最后，对出水进行深度处理进一步降低出水的COD含量，使处理后的水达到资源化，把焦化废水对环境的影响降到最低。

参 考 文 献：

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[2]   胡饪贤，郭亚兵．焦化废水及其处理技术．机械工程与自动化[J]．2004，5：97～100．

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