煤化工废水生物处理工艺研究进展资料

煤化工废水生物处理工艺研究进展第４４卷第５期２０１６年１０月煤化工ＣｏａｌＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶ０１．４４Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１６刘丹妮，吴越，侯文华（中国环境科学研究院，北京１０００１２）摘要煤化工废水的处理引人关注，鉴于生物技术的经济、简便、环保等优势，介绍了煤化工废水生物处理工艺和联合生物处理工艺的研究现状。目前的研究方向主要集中在传统工艺的改善、新型工艺及联合生物处理工艺的开发等方面。虽然新型生物处理工艺及联合生物处理工艺对煤化工废水的处理是可行的，但是在工艺的实际应用、设计参数、过程控制及影响因素等方面仍需进一步研究。关键词煤化工废水，生物处理，联合生物处理文章编号：１００５－９５９８（２０１６）－０５－００３３—０５中图分类号：Ｘ７８４文献标识码：Ａ煤化工生产过程中用水量、排水量巨大，且产生的废水成分复杂，除含有大量的酯类、油类、氨氮、酚等外，还含有氰化物、硫氰化物、多环芳香族化合物及杂环化合物等有毒有害物质ｎ］，另外，煤化工废水中含有的各种生色基团和助色基团物质，也导致了废水的色度和浊度较高。因此，煤化工废水的治理及回用技术是煤化工行业发展的瓶颈之一。生物处理法是利用微生物的生化作用及代谢过程，去除水中的有机成分，同时将水中有机氮降解成氨氮，然后在硝化细菌、反硝化细菌的代谢下，进一步转为硝态氮、Ｎ２，从而完成脱氮的任务‘引。目前，生物处理工艺在煤化工废水处理过程中已有一定的应用，本文总结了目前应用和报道较多的几种生物处理工艺，以及联合生物处理工艺在煤化工废水处理中的研究应用现状，以期为这一领域的进一步探索提供参考和依据。Ａ，－Ａ２－Ｏ、Ａ，－Ａ２－ＯＩ一０２、Ｏ，－Ａｌ—０２＿Ａ２等改进工艺。Ｏ－Ａ－Ｏ工艺［３】是在Ａ－Ｏ工艺前置１个好氧池，降解部分有机碳源，使进入缺氧池中污水的碳源不足，有利于硝化，而不利于反硝化。该工艺可有效去除氨氮，但总氮的去除率较低。Ａｌ＿Ａ２－０工艺㈨是在Ａ－０工艺的基础上，增加厌氧段，厌氧段能较好的对污水进行水解酸化。结果显示，Ａ。一Ａ２－０工艺在ＮＨ３－Ｎ的去除和反硝化方面均优于Ａ－Ｏ工艺，但出水ＣＯＤ仍很高。ＡＩ－Ａ２－Ｏ。一０：工艺［５１是在ＡＬ－Ａ２－ＯＩ艺的基础上再加入好氧段。鄂尔多斯某煤化工厂用该工艺处理废水，工程设计进水量为１２０ｍ３／ｈ，进水氨氮质量浓度为４００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ为１０００ｍｇ／Ｌ，采用匀质／Ａ２０Ｖ沉淀工艺进行处理后，出水氨氮质量浓度稳定在１５ｍｇ／Ｌ以下。杨志林等【６］采用ｏ。一Ａ广Ｏｚ－Ａ：工艺进行污水治理的实验研究，结果表明，当进水ＣＯＤ平均为３０１２．９ｍｇ／Ｌ，ＮＨａ－Ｎ、ＴＮ、挥发酚、总氰平均质量浓度分别为５９０．５ｍｇ／Ｌ、１生物处理工艺的研究常见的生物处理工艺有Ａ－Ｏ、ＵＡＳＢ、ＳＢＲ，近年来发展较快的生物处理工艺还包括ＭＢＲ、ＭＢＢＲ、ＢＡＦ等。１．１６０８．４ｍｇ／Ｌ、３６１．８ｍｇ／Ｌ、３４．５８１．７ｍｇ／Ｌ时，出水ＣＯＤ平均为ｍｇ／Ｌ，出水ＮＨａ－Ｎ、ＴＮ、挥发酚、总氰的平均质量浓度分别为０．１ｍｇ／Ｌ、９．９ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ，出水各项指标均达到国家污水排放综合标准一级标准，不仅解决了氨氮、ＣＯＤ、挥发酚、氰达标的问题，而且成功地解决了ｈ－Ｏ工艺总氮偏高的问题。Ａ－Ｏ工艺运行中，必须对进水流量分配比、曝气量、污泥回流比、外碳源投加量等进行合理控制和优Ａ—Ｏ工艺Ａ－Ｏ工艺是一种常见的污水处理工艺，在处理煤化工废水时，出水中ＣＯＤ和ＴＮ的达标率较低，因此，在Ａ－Ｏ工艺中加入厌氧段和好氧段，形成０一Ａ一０、收稿日期：２０１６—０５—０７作者简介：刘丹妮（１９８８一），女，辽宁建昌，工程师，硕士，２０１０年本科毕业于内蒙古师范大学环境科学专业，现从事生物脱氮相关研究工作，Ｅ－ｍａｉｌ：[e-mail]。万方数据一３４煤化工２０１６年第５期化，因此操作过程较为复杂。Ａ－Ｏ的改进工艺对污水处理效果较好，但其处理过程较多，工程量大，占地面积大，在推广的过程中需注意。１．２ＵＡＳＢ工艺ＵＡＳＢ即升流式厌氧污泥床（ＵｐｆｌｏｗＡｎａｅｒｏｂｉｃＳｌｕｄｇｅＢｌａｎｋｅｔ），是目前应用最为广泛的高效厌氧反应器，反应器主体内含有大量的厌氧污泥，由于废水以一定流速自下而上流动以及生物降解过程产生大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解，最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨，故其对难降解有机物及ＣＯＤ有较好的去除效果。Ｗ．Ｗａｎｇ［７１及卢永等㈨采用ＵＡＳＢ工艺，分别处理煤气化废水和焦化废水，在最佳工艺条件下，ＣＯＤ去除率均达到５０％，酚去除率分别为５０％和７５％。卢永等阳３证明了通过ＵＡＳＢ处理，原水中酚类物质、含氮、氧、硫等难降解杂环化合物也被降解，产生甲基苯胺、酸类和酯类等易降解中间产物，出水可生化性得到很大提高；投加共代谢基质，可大大提高处理效果，且采用淘米水时，处理效果最佳，ＣＯＤ和酚去除率分别达到６１％和８１％。ＵＡＳＢ工艺具有容积负荷高、处理量大、投资少、占地面积小等优点，但是该工艺应用的是厌氧生化原理，其不足之处是不能去除废水中的氮，因此对于氨氮含量较高的煤化工废水，ＵＡＳＢ工艺不能单独使用，需与其他工艺联用，才能使废水达标排放。１．３ＳＢＲ工艺ＳＢＲ工艺即序批式反应器（ＳｅｑｕｅｎｃｉｎｇＢａｔｃｈＲｅ—ａｃｔｏｒ）工艺，是一种间歇式活性污泥处理工艺。该工艺集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，应用于煤化工废水处理，可达到较理想的效果。代伟娜等㈨对ＳＢＲ法处理煤制甲醇废水进行了研究，结果表明，ＣＯＤ、ＢＯＤ。、ＮＨｚ－Ｎ的去除率均稳定在９０％以上，出水水质达到《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８－－１９９６）一级排放标准。王亚峰等…】将气化废水通过除钙沉淀和均质调节的方法，用鼓风机＋碟式射流曝气器＋循环泵组合的新型ＳＢＲ工艺，使处理后的废水ＣＯＤ降到５０ｍｇ／Ｌ、氨氮质量浓度降到１２ｍｇ／Ｌ以下，达到排放标准要求。ＳＢＲ工艺适合处理间歇排放和水量水质变化较大的进水。当连续进水时，对于单一ＳＢＲ反应器需要较大的调节池，对于多个ＳＢＲ反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁，因此在运行和操作过程中要注意。１．４ＭＢＲ工艺ＭＢＲ工艺即膜生物反应器（ＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏｒｅａｃｔｏｒ）万方数据工艺，是将膜分离技术与活性污泥法结合的污水处理技术。该工艺通过膜过滤出水，将污泥截留在反应池内，无需设置二沉池，固液分离效果好，生化反应速率高，剩余活性污泥产生量少，解决了传统活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质不达标的问题。贾银川等［¨１用水解／ＭＢＲ工艺对低浓度煤化工废水的处理进行了研究，结果表明，进水ＣＯＤ２６０ｍｇ／Ｌ～７００ｍｇ／Ｌ，氨氮质量浓度１５ｍｇ／Ｌ～６０ｍｇ／Ｌ，色度４００度～７００度，浊度１００ＮＴＵ～４００ＮＴＵ，出水均达到国家二级标准。其中降解过程起到了主要作用，ＣＯＤ、氨氮、浊度和色度的平均去除率分别为６７．９０％、９４．０４％、８８．２０％和９１．２０％。同时，ＭＢＲ系统中微滤膜对ＣＯＤ、浊度和色度有一定的截留作用，说明膜的截留作用有很大的补偿能力，保证了出水水质的稳定性。叶万东等ｎ２１的研究表明，ＭＢＲ工艺处理煤化工废水是可行的，治理后的出水ＣＯＤ从１０００ｍｇ／Ｌ降至２０ｍｇ／Ｌ以下，符合国家《再生水回用标准》。ＭＢＲ工艺的膜组件是该工艺的核心部分，膜污染是制约该工艺的关键因素之一，因此优化和改善膜组件及膜污染问题，可以提高ＭＢＲ工艺的应用。１．５ＭＢＢＲ工艺ＭＢＢＲ工艺即移动床生物膜反应器（ＭｏｖｉｎｇＢｅｄＢｉｏｆｉｌｍＲｅａｃｔｏｒ）工艺，是一种介于固定填料生物接触氧化法和生物流化床之间的新工艺，主要原理是将密度接近水的悬浮填料直接投加到反应器中，通过曝气或机械搅拌在水中自由移动，使填料上附着大量微生物，栖息在填料表面上的微生物不断摄取水中Ｃ、Ｎ、Ｐ等进行新陈代谢，从而达到去除水中有机污染物和脱氮除磷的目的［１引。雷庆铎等【１４］分别采用自配营养液挂膜、再进焦化废水驯化和直接进低浓度焦化废水驯化挂膜的启动方式，进行生物浮动床处理焦化废水的启动研究。结果表明，两种启动方式均能在较短时间内（４１ｄ）成功启动生物浮动床，启动后挂膜污泥量为１ｇ／Ｌ左右。启动过程中，水力停留时间控制在１９．２ｈ～３８．４ｈ，不同启动方式对ＣＯＤ的平均去除率都较稳定，达到８０％以上；当进水ＮＨ３－Ｎ质量浓度在５９．４ｍｇ／Ｌ．－－６６．２ｍｇ／Ｌ时，不同启动方式对ＮＨ３－Ｎ的去除率在７６．４％～９３．０％，表现出较高的耐毒性和抗冲击负荷能力。生物填料是ＭＢＢＲ工艺能否顺利启动的关键因素之一，开发吸附性能好、密度适当、价格低廉、使用寿命长、易挂膜的材质及研究填料的化学性质成为了热点。刘依林等ｎ５］在生物浮动床焦化废水处理系统中，添加电气石，可一３５一以有效提升ＣＯＤ和有机污染物的去除效果。电气石自然电极的存在促进了生物浮动床对焦化废水中有机物的降解。对生物浮动床中活性污泥的显微镜观察可以得知，系统中以电气石为核心形成污泥颗粒，也是生物浮动床提高处理效果的一个重要原因。１．６ＢＡＦ工艺ＢＡＦ工艺即曝气生物滤池（ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＡｅｒｏｂｉｃＦｉｌｔｅｒ）工艺，是一种新型污水生物处理技术，其基本原理是以颗粒状填料及其附着生长的高含量生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、填料的物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用、反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。蔡军等ｎｅｌ用曝气生物滤池处理焦化废水，研究表明，在曝气量０．２５Ｌ／ｍｉｎ，温度２０℃，ｐＨ８，反冲洗周期为３个运行周期内，ＮＨ３＿Ｎ的去除速率达４４ｍｇ／（Ｌ?ｈ）。同时在滤池中出现了亚硝酸盐积累现象，且受反冲洗的影响较大。杨文等ｎ，３采用投加了优势菌的缺氧、好氧两级ＢＡＦ工艺，对焦化废水进行深度处理，考察温度、ｐＨ值、气水体积比、回流比对系统的影响。结果表明：最佳温度为２５℃～３５℃、ｐＨ为７。８、最佳气水体积比为３：１、最佳回流比为１：１时，系统出水ＣＯＤ、后的煤化工废水达到回用或排放标准。ＢＡＦ工艺占地面积小、出水质量高、易于操作管理，但该工艺对进水ＳＳ有一定的要求，进水一般需要预处理，增加了运行成本。另外该工艺运行过程中，每隔一段时间，需进行反冲洗１次，也增加了运行成本。传统生物处理工艺已难以满足日益严格的废水Ａ—Ｏ＋ＳＢＲ工艺Ａ－Ｏ和ＳＢＲ工艺均采用硝化反硝化或者单纯硝化的方法来去除氨氮。Ａ－Ｏ工艺耐冲击性较差，受进水水硝化能力不稳定，出水ＴＮ浓度较高。因此，将两种工艺联合使用，可缩短反应时间并确保稳定的出水水质。杨开明等ｈ８］采用缺氧一ＳＢＲ工艺处理某公司焦化准，ＮＨ３－Ｎ质量浓度降到２５１．３ｍｇ／Ｌ，要完全达标，还万方数据２．２Ａ—Ｏ＋ＭＢＲ工艺ＭＢＲ工艺与传统生物处理工艺相比，具有出水水质好，占地面积少，设备集中，模块化，有升级改造潜力等优点。目前，有很多学者采用Ａ－０工艺与岫Ｒ工艺结合的方式处理煤化工废水，且效果良好。宋志伟等［１９］采用Ａ－０和Ａｚ／０两种工艺的膜生物反应器，处理焦化废水，通过对比处理效果、分析膜污染情况，寻求膜生物反应处理焦化废水的最优工艺。结果显示：Ａｚ／Ｏ工艺系统对酚、ＮＨ３－Ｎ、ＣＯＤ的去除率分别为９９％、９０％和９５％；Ａ－Ｏ工艺系统对酚、ＮＨ３－Ｎ和ＣＯＤ的去除率分别为９７％、７５％和９３％。在膜生物反应器中，Ａ２／Ｏ工艺对焦化废水的去除效果要优于Ａ／Ｏ工艺。ｚ．Ｘ．Ｗａｎｇ等［２０３采用Ａ２０一ＭＢＲ工艺处理鲁奇气化炉产生的煤气化废水。该工艺由厌氧酸化反应器（Ａ，）、缺氧反硝化反应器（Ａ。）和好氧膜生物反应器（０一肥Ｒ）组成。研究结果表明，水力停留时间和混合液回流比对处理效果有较大的影响。当水力停留时间为４８ｈ，混合液回流比为３时，ＣＯＤ、ＮＨ３－Ｎ和酚类的去除率分别为９７．４％、９２．８％和９９．７％。上海宝钢化工有限公司开发了采用厌氧、缺氧和好氧工艺（Ａ，／ＡＪＯ），以及膜生物反应器（ＭＢＲ）、纳滤