２０１４年５月 第二期 金 １９ 生化废水处理系统“ＡＯ＂法工艺优化的 构想与实践 郭森潮 （杭州钢铁集团公司焦化厂 杭州 ３１００２２） 摘要：主要介绍了杭钢焦化厂生化废水处理工艺２０１３年工艺优化改造实施情况，对该废水处理系统原存 在的问题进行分析，对改进的理论基础和实施方法进行论述，小结了改进成果。 关键词：废水处理；脱氮；工艺；优化 Ｕ 刖舌 焦化厂生化废水处理，拥有一套４０ｍ３／ｈ处理 于２０１２年１０月１日开始实施的《炼焦化学工 业污染物排放标准ＧＢ１６１７１—２０１２｝，取代了《钢铁 工业水污染物排放标准ＧＢ１３４５６—１９９２｝标准，把工 业废水处理中的出水总氮（ＴＮ）指标纳入考核范围， 使焦化废水总氮指标没能满足标准要求。焦化厂 能力的溶气气浮除油池、５６８ ｍ３的隔油池和１３５０ ｍ３的污水调节池构成的废水预处理系统，和一套 处理能力为４０ ｍ３／ｈ，由一组初曝池、兼氧池、好氧 池及一、二段污泥沉淀回流系统构成的“Ｏ．Ａ．Ｏ”生 物脱氮废水处理系统，其工艺简图见图１。 １．２改造前生化废水处理质量完成情况 生化废水处理质量在２０１２年有较为明显的进 步，与原执行标准《钢铁工业水污染物排放标准 出于公司划小核算单位带来的成本和效益的考虑， 拟对溶剂脱酚工段的酚钠盐生产系统实施停产，但 必须建立在相应升高的挥发酚能在生化废水处理 系统得到消化。为应对和解决上述问题，焦化厂今 年对生化工艺实施了优化改造，取得较佳成果。 ＧＢ１３４５６—１９９２｝基本符合，但与新执行的《炼焦化 学工业污染物排放标准ＧＢ１６１７１—２０１２｝的标准要 求相比，存有明显的差距，尤其表现在总氮和ＣＯＤ 等指标中。以下为２０１２年１～１２月的各项进出水 指标统计结果。 １生化工艺现状 １．１工艺现状 品质。当然，除了应力分维理念，粉碎过程中物料 性状的变化和产品粒度要求等，都对粉碎方式的合 理配置有重要影响，值得更深一步的探研。 本文的基础主要是：多硅晶用粉和石灰石脱硫 粉的生产实践和技术研究；提出问题和解决问题都 参考文献 ［１］李功伯，徐庆寿，徐小荷．分形与岩石破碎特征［Ｍ］，北 京：地震出版社，１９９７ ［２］．爆炸过程裂纹发展的高速摄影试验研究［Ｊ］．北京 理工大学学报，１９９８，１８（２）：２４３—２４６ 落实在上述两种粉体上。多硅晶是光伏器件的原 料，石灰石粉是燃煤锅炉的脱硫剂，都同能源、环保 有关。因此，锤炼它们的优良品质，为国家生态文 ［３］尹贤刚，李庶林，唐海燕，等．岩石破坏声发射平静期及 其分形特征研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００９，２８（２）： ３３８３ ３３９０ 明建设和美丽中国贡献微薄之力，是本文目的。寻 找和掌握新知识，增强自身能力，解决生产上的的 疑难问题，推动生产的进一步发展，正是运用创新 驱动发展，描绘出粉碎技术前进的轨迹。 收稿日期：２０１３—１１—２０ 审稿：傅肃嘉 编辑：魏海青 图１ “０．Ａ．Ｏ”工艺简图 表１ 生化废水处理运行效果统计表（２０１２年） ｍｇ／１ 污染因子酚 氰氨氮ＣＯＤ油ＴＮ 备注 进水质量６８５ ５．１ ３０５ ３１００ １３０ 平均值 出水质量０．１ ０．１６ ０．６７ ４２７ ０．０９ ２０６ 平均值 Ｇ 一２ ∞ｓｏｏ ｓ。 钢羹耋耋耋污 一 ｏｏ．ｚｏ………蓑 ２系统优化的理论依据 根据氮素循环理论，占大气含量的７９％的分子 态氮在生物固氮作用和工业固氮等形式被生物和 人类利用后，多余或废弃的含氮物质需要借助于动 物的新陈代谢及微生物的硝化作用，被亚菌和 菌转化为亚盐和盐，再在反硝化菌作 用下转化成游离态氮回到大气当中，完成氮素循 环…１。要解决废水处理质量中总氮（１’Ｎ）指标的达 标问题，就必须解决脱氮过程中两个必要环节既脱 氮硝化过程（式１）的彻底和反硝化作用（式２）的有 效性问题，其反应式如下： （硝化反应）：ＮＨ４ ＋２０２一Ｎ０３一＋２Ｈ ＋Ｈ２Ｏ ＋（３０７．１～４３８．９）×１０３ｊ （１） （反硝化反应）：５ｃ（有机Ｃ）＋２Ｈ２０＋４ＮＯ 一一 ２Ｎ２＋４ＯＨ一＋５ＣＯ２ （２） 从上式可以看出，硝化反应需要的是氧，而反 硝化反应却需要有一定比例的含碳有机物也就是 我们所称的碳源。理论数据显示，使一分子ＮＨ４十 一Ｎ完全氧化成ＮＯ３一需要耗去２分子的氧，即４． ５７ｍｇＯＺ／ｍｇＮＨ４ 一Ｎ，大约５倍的盐浓度；而反 硝化过程需要维持一定的碳氮比才能满足作为电 ２０１４年５月 第二期 子供体的碳源需求，即ＢＯＤ：ＴＮ达到（３～５）：１，使 硝态氮在反硝化过程中顺利转化为无害化的氮 气【２２。如果能够强化工艺中反硝化部分的功能和 Ｊ效果，使这一“非污染形式”的处理功能发挥效率， 不仅能解决总氮的脱除问题，还能带来诸如废水酸 碱度，含碳有机物被利用而不是氧化分解等等 多重效益。 ３需要改进和解决的问题 我厂生化废水处理工艺布局中，均设置了承担 硝化反应的好氧段和承担反硝化反应的兼氧段，即 原“Ｏ．Ａ．Ｏ”工艺。由于前置初曝池（前Ｏ段）对进 水进行第一步脱碳处理，降低了后段好氧池的污泥 负荷，有利于后段脱氮硝化的充分和彻底。但由于 初曝池把废水有机物中可生化部分有机物（ＢＯＤ） 都优先氧化分解，导致随后的“ 段兼氧池得不到 反硝化所需的足够碳源，二段好氧池回流至“Ａ”段 兼氧池的硝化液中所含ＮＯ 一一Ｎ，由于缺少反硝化 所需必要条件而不能进行完全还原反应，从我厂出 水指标（表２—１）中可以看出，出水氨氮指标已经合 格，但氮素还是以Ｎ（）３一一Ｎ的形式存在，没有完成 氮素循环，总氮（ＴＮ）指标依然较高，再如兼氧停留 时间约１０至１５小时，与“焦化废水治理工程技术 规范”的设计要求２４至２８小时有较大差距，不能 满足反硝化的时间需要，若增加一个兼氧池，反硝 化停留时间将满足要求，带来的又是好氧段停留时 间的不足，会导致ＮＨ２一一Ｎ无法彻底转化为ＮＯ 一 一Ｎ，使出水氨氮指标无法满足要求。 ４实施工艺优化的构想与工艺布局 综合前面所述，可以得出如下结论： １）焦化废水本身含碳有机物较高，兼氧反硝化 碳源不足，是因为前置初曝池优先氧化分解所致。 溶剂脱酚若停产，将使进水含挥发酚大幅提高，提 供充足碳源，所以要解决的是兼氧池扩容的问题。 ２）若兼氧池扩容，不能牺牲好氧池的停留时 间。 ３）如果原水被直接送至兼氧池作为碳源的供 体，那么一个５４０立方米容积的初曝池又将被闲置 起来，所以采取工艺优化重组成为必然。 经过反复推敲，考虑若把初曝池嫁接到好氧迟 后段，把原Ｏ１的好氧功能改为兼氧运行，既能解决 ２０１４年５月 第二期 生化废水处理系统“ＡＯ”法工艺优化的构想与实践 ２１ 兼氧池停留时间增加的问题，又能解决好氧段空间 不被缩小的问题；而且对现场各段的设备进行重新 功能安排，只要在原Ｏ１池增装两台潜水搅拌机；把 原ｏ４池出口的混合液用管道连接到初曝池进口， 新增一沉池泥水混合液泵（原一沉污泥回流泵功能 太小）把它作为硝化液循环送到兼氧池；把一沉出 水至集水池后改送至二沉池，新的“ＡＯ”工艺就打 通了，而且一不需要大量的改造投入。其工艺简图 为图２。 图２ “ＡＯ”工艺简图 该工艺优化方案于２０１２年底批准立项改造， 于２０１３年６月完成工艺管线布置和设备安装，并在 同月开始步人工艺切换，６月２８日切换到位，７月１ 日停０ 空气曝气，开潜水搅拌机开始兼氧运行。 ５工艺优化效果初步评价 经过７月以来的运行和调试，生化实施的“ＡＯ” 法工艺优化方案已经取得初步效果，综合起来有以 下几方面的进步。 ５．１ 系统反硝化功能得到充分发挥 ２０１２年１２个月份的出水总氮平均为１９１． ８７ｍｇ／Ｌ，新工艺运行后的今年７月份平均值为４２．０ ｍｇ／Ｌ，８月份平均值为４４．５ ｍｇ／ｎ，达到《炼焦化学 工业污染物排放标准ＧＢ１６１７１—２０１２｝版的考核要 求，总氮脱除率创出历史最好成绩。初步估算可以 每年减排总氮４９．６９吨，环保效益明显。 ５．２溶剂脱酚停工技术性问题彻底解决 由于生化反硝化系统效率的充分发挥，使得溶 剂停工而致的废水挥发酚升高，刚好给生化反硝化 系统的碳源提供了有利条件，既解决了溶剂停工的 技术性问题，又给反硝化系统提供了内碳源。 ５．３兼氧段能力和处理时间翻倍延长 由于兼氧段能力和处理时间得到翻倍延长。 绝大部分有机碳化合物被作为反硝化细菌的电子 供体而利用，包括溶剂停产增加的部分有机负荷， 没有使好氧段的硝化反应增加不利条件，反而能耗 大副下降，原来５５ＫＷ功率的好氧段罗茨风机需要 运行达到９０—９５％以上频率、３７ＫＷ的初曝段罗茨 风机需要运行达到８０—９５％频率，才能满足迟内溶 解氧的需要，而新系统运行后，好氧段罗茨风机一 直在７０—８５％频率之间、初曝段罗茨风机一直在 ５０％频率运行，就已满足供氧要求，每年大约能使 电耗下降１６万余ｋｗ／ｈ。 ５．４系统承载负荷的余地大大加强 由于初曝池嫁接在了好氧池后段，而原来好氧 段并没有因为三分之一（原Ｏ１池）被改为兼氧运行 使好氧段负荷增加，脱氮硝化在Ｏ２池基本达到彻 底，这样初曝池实际上就成了系统冗余，一旦发生 来水质量波动或负荷增加，仍有（）３（即初曝池）提供 保障，系统平稳性大大增强。 ５．５运行环境进一步优化 由前文（式１和式２）可以看出，脱氮的硝化反 应过程中每氧化一个ＮＨ４ ，就会析出２个Ｈ＋，而 每反硝化过程是析出ＯＨ一，其相互抵消，相比于反 硝化不佳状态下，要大量加液碱来调节池内ＰＨ值 的情况，可以大幅减少系统液碱的消耗，而反硝化 在最终产物是氮气，又真正实现了环保效益的最大 化，还有离操作室最近的初曝池被摆到了整个工艺 的最后段，一改以前操作室与废水进口距离最近的 不利布局，理论上改善了生产作业时的环境。 参考文献 ［１］上海环境保护局．废水生化处理．上海：同济大学出版 社。１９９９：１０１．１０６—１０９ 收稿日期：２０１３一ｏ９—２９ 审稿：琚根华 编辑：魏海青
