（化学工程专业论文）焦化污水深度处理研究.pdf

摘要 由于焦化污水水质的特性，人们对焦化污水的处理进行了长期深入的研究和开发， 从物理处理法到化学处理法再到生物处理法，都取得了卓有成效的进步，开发出了很多 处理t 艺和操作单元，使焦化污水得以较好的治理，使自然环境得到了很好的净化和保 护，为人类社会的可持续发展提供了有利的保证。 本文就焦化污水的处理进行了较为深入的探讨和实验研究。对焦化污水的组成、特 点作了详细的分析；对焦化污水的各种处理方法进行了理论分析、应用研究，对其各自 的特点特性进行了对比分析；着重就应用微电解技术对焦化污水的深度处理进行了实验 研究分析，并根据本钢焦化厂的污水特点提出了应用方案。同时分析研究 本钢焦化厂 现有污水处理设施，指出了存在的问题和要求，对拟改进的生化处理工艺生物脱氮 工艺进行了探讨和介绍。对焦化污水的深度处理提出了切实可行的应用方案，为国内焦 化行业的污水深度处理提供借鉴和参改。 关键词：焦化、污水、微电解、处理、研究分析。 a b s t r a c t o w i n g t ot h es p e c i a lp r o p e r t i e so ft h ep o l l u t e dw a t e rg e n e r a t e di nt h ec o k em a k i n gp r o c e s s ， m e nh a v es p e n tm u c ht i m eo n r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gt h em e t h o d sr a n g i n gf r o mp h y s i c a l ， c h e m i c a lt ob i o l o g i c a lm e a n sf o rd i s p o s i n gt h ep o l l u t e dw a t e r , a n dh a v ea c h i e v e da r e m a r k a b l e p r o g r e s s ：m a n yt r e a t m e n tt e c h n o l o 百e sa n do p e r a t i o n a lu n i t sh a v eb e e nd e v e l o p e dw h i c h e n a b l et h ep o l l u t e dw a t e rt ob ew e l lh a r n e s s e d ，a n dn a t u r ee n v i r o n m e n tt ob ep u r i f i e da 0 p r o t e c t e da n dp r o v i d eag u a r a n t e ef o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i fh u m a n s o c i e t y t h ea r t i c l ec o n d u c t si n d e p t h e x p l o r a t i o n a n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nt h et r e a t m e n to f p o l l u t e dw a t e rp r o d u c e di nt h e c o k em a k i n gp r o c e s sw h i c hi n c l u d e s ：d e t a i la n a l y s i si nt h e c o m p o n e n t s ，c h a r a c t e r i s t i c so f t h ep o l l u t e dw a t e r , t h e o r e t i c a la n a l y s i sa p p l i c a t i o nr e s e a r c hi n e a c hd i s p o s a lm e t h o d sa n dc h a r a c t e r i s t i c s p 。r o p e r t i e sc o m p a r a t i v ea n a l y s i s t h ea r t i c l ep l a c e s e m p h a s i so n t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n a l y s i so f p o l l u t e dw a t e r f u r t h e rt r e a t m e n tb y a p p l y i n g m i c r o e l e c t r o l y s i st e c h n i q u e s ，i na d d i t i o n ，p r e s e n t sp r a c t i c a l s o l u t i o n a c c o r d i n g t ot h e c h a r a c t e r i s t i c si n b e n g a n gc o k i n gp l a n t ，p o i n t s o u t e x i s t i n gp r o b l e m sa n dr e q u i r e m e n t s d i s c u s s e sa n dm a k e si n t r o d u c t i o nt ot h e b i o l o g i c a l - c h e m i c a l t r e a t m e n t t e c h n o l o g y “e b i o l o g i c a l d e n i t r i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ) w h i c hi s p r e p a r e d t ob ea d o p t e df o ri n n o v a t i n gt h e c u r r e n tp o l l u t e dw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , a n dg i y e sp r a c t i c a ls o l u t i o nf o rf u r t h e rt r e a t m e n t o f e o k i n gw a s t ew a t e r , p r o v i d i n gar e f e r e n c eo fp o l l u t e dw a t e r f u r t h e rt r e a t m e n tf o rd o m e s t i c c o k em a k i n gi n d u s t r y k e y w o r d s ：c o k i n g ，p o l l u t e dw a t e r , m i c r o e l e c t r o l y s i s ，t r e a t m e n t ，r e s e a r c ha n da n a l y s i s 焦化污水深度处理研究 引言 焦化污水成份十分复杂，含有多种有机物，除酚类外，还有单环及多环的芳香族化 合物，含氰、磷、硫的杂环化合物等。这些有机物中，有许多难以被微生物降解或有生 物毒性的。焦化污水中还含有大量氨盐，硫氰化物、硫化物、氰化物等无机盐类，氨氮 含量尤其高。 焦化污水的来源主要来自焦化厂生产中产生的剩余氨水，产品加工过程中的废水， 粗苯终冷水等等。 焦化厂污水污染范围广、危害大，对人体、水体、水生物、农作物等都有相当大的 危害。 废水处理，实质上就是采用各种手段和技术，将废水中的污染物质分离出来，或将 其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。废水的处理技术按其作用原理可分为物坚 法、化学法、生物法几种。 物理处理法就是利用物理作用分离废水中主要呈悬浮固体状态的污染物质，在处理 过程中不改变其化学性质。这些方法有沉淀、气浮过滤、渗滤等等。 化学处理法，就是利用化学反应的作用来分离、回收废水中各种形态的污染物质， 如中和法、化学氧化法、电解法、湿式催化氧化法、化学沉淀法等。 生物法就是利用微生物对水中污染物质的降解作用来达到净化水的目的，如活性污 泥法。 由于废水的成分复杂、水质不稳定，尤其是化工废水、常常需要采用物理和化学处 理法的综合处理才能达到较好的处理效果和较低的处理成本。由于在处理过程中既有物 理处理法，又有化学处理法，通常将这些过程统称为物化法。如离子交换法、膜分离法 和汽提法等。 而利用微生物进行处理，本身就是一个化学过程，通常也称为生化法。 废水按处理的程度来划分，可分为一级、二级和三级处理。级处理主要是去除废 水中呈悬浮状态的固体污染物质，大多采用物理方法，有时也采用化学方法。经过一级 处理后的废水，只去除少量的b o d ，还需进行二级处理，因此，针对二级处理而言，一 级处理又称为预处理。 二级处理主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，b o d 的去除率可达9 0 以上。二级处理主要采用生物处理法。一般地说，废水经过二级处理后，可以达到规定 的排放标准。城市污水和综合工业废水经常采用一级和二级处理，因此，其又称为常规 处理法。 三级处理是一种净化要求较高的处理，主要去除二级处理所未能除去的污染物，其 中包括微生物未能降解的有机物和氮、磷等能够导致水体营养化的可溶性无机物等。所 用处理方法很多，有活性炭吸附，高级氧化法，离子交换、电渗析、生物除磷脱氮法等 等。一般废水经三级处理后能够去除大部分的氮磷，b o d 也可进一步有所下降。 焦化污水通常的处理方法较多，生化法处理焦化污水目前是应用最广泛而且相对稳 定的一种方法。它的原理是利用微生物的代谢作用来降解污水中的有机污染物，从而达 到去除有机污染物的目的。但是对于污水中的一些难降解的物质，生化法就略显力不从 焦化污水深度处理研究 心了，特别对焦化污水中c o d 的去除受到了一定限制。以焦化厂为例，原水c o d 在 5 0 0 0 m g l 左右时，利用生化a a o 法加后混凝处理，最终c o d 值也只能达到1 5 0 m g 1 左 右。所以还需进行深度处理。 “焦化污水深度处理”是焦化厂环境保护工作的重点，是焦化污水治理的关键环 节的基本内容。 随着我国可持续发展战略的推进与实施，环保工作为一项国策也越来越引起人们的 广泛关注。污水处理作为环保工作的重点之一，其要求的处理标准也逐渐提高。焦化厂 作为污染大户，污水治理工作也逐渐被放在了重要位置，视为企业发展的生命工程。 焦化污水治理，特别是焦化污水深度处理相对于其他行业的污水处理难度大，费用 高，因此也越来越被研究者所重视。 焦化污水深度处理的方法，国内通常采用活性炭过滤的方法。这种方法投资和运行 费用都很高，而且操作难度大，运行不稳定，国内部分焦化厂应用活性炭过滤装置作为 污水深度处理的运行效果都不甚理想。 本论文探讨了焦化污水处理的各种方法及其优缺点。生化处理辅以催化微电解处理 技术是本文讨论和研究的重点。 生化法中的“a a o ”法即“厌氧缺氧好氧”法，是目前用于处理含氨 氮的焦化污水的有效方法，能有效地去除污水中的氨氮，同时能分解水中的其它有机污 染物，达到净化水质的目的。生化法作为污水处理的核心技术一直得到研究者的应用和 关注，在其基础上人们不断开发出了很多的相关技术。如：生物脱酚工艺、生物脱氮丁 艺、纯氧曝气技术、深井曝气技术、序批式间歇活性污泥法等等。 化学氧化法用来去除污水中的难降解的有机污染物具有较高的效率，但在工程应用 中需要有较高的技术水平和管理能力。 微电解技术，国内外都进行了大量的研究工作的工程应用，但应用于焦化污水处理 还未见有应用。 采用微电解技术深度处理焦化厂污水特别是去除其中的c o d 有着广阔的发展前劳： 微电解技术是环境工程领域倍受重视的一种新技术。c o d 的脱除率可达7 0 8 0 ，在 工业污水处理中已得到广泛开发和应用。在石化、油m 、印染、制药等行业的废水处理 中已经开发出了数套装置，技术比较成熟。 微电解技术应用于焦化污水深度处理主要是进一步去除c o d 和色度，只需进行工业 性中试即可开发出成套装置。 既解决了焦化污水c o d 不能达标排放的难题，又可以为焦化厂实现污废水零排放打 下坚实的基础。 微电解技术应用于焦化污水深度处理的丌发与研究，对于焦化污水处理将是一种行 之有效的处理方法，这一装置的成功开发会对焦化行业带来新的局面。 焦化污水深度处理研究 1 文献综述 1 1 焦化污水的来源及特点 焦化废水是由原煤的高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的。废水成分 复杂，其水质随原煤组成和炼焦工艺而变化。焦化废水中含高浓度有毒难降解有机物( 如 酚、氰等) 的同时，还含有高浓度的氨氮，这些含高浓度有机物和氨氮的废水外排水体， 势必对收纳水体造成严重的危害。 焦化污水来源于钢铁工业的重要组成部分的焦化厂，是焦化厂在炼焦与回收焦化j n 品过程中产生的，以含大量酚为主的污水，其来源主要有以下几个方面： 1 1 1 剩余氨水 炼焦过程中的化合水与炼焦煤的外在水在炼焦过程中随荒煤气一起溢出，经冷凝后 除补充氨水少量损失外，其余的为剩余氨水，经回收工段蒸氨处理后进入污水处理装置 约占总水量的一半以上。 1 1 2 粗苯终冷水 在煤气最终冷却时，有一定量的酚、苯、氰化物、硫化物等进入冷却水。为保证煤 气的终冷温度和减轻脱苯蒸馏设备的腐蚀，终冷循环水一般须部分用新水更换，而排出 一定量的含酚、氰污水。 1 1 3 产品加工过程中产生的废水 来自化产回收和精制各有关工段的分离水，以及各贮罐定期排出和事故排出的酚水 这些水的数量随操作管理的好坏而波动较大i 。 1 2 组成及特点 焦化污水的组成十分复杂 大型焦化厂各种废水的水质，见表1 1 焦化厂总废水的成分见表1 2 1 3 关于酚水 焦化污水深度处理研究 焦化污水组成中含量最大的是酚类及酚类化合物。 1 3 1 酚的分类 表1 1 焦化厂化工车间不同工段废水的成分 t a b l e1 1w a s t ew a t e r c o m p o n e n t sp r o d u c e di nv a r i o u s 成分氨加收工段制苯工段焦油蒸馏工段 碱度( 毫克当量升) 1 , - o j 51 1 0 06 3 5 悬浮物( 克升) 挥发的 0 0 5 1 31 70 2 5 不挥发的 0 0 l 9 01 80 0 2 0 1 6 固体物( 克升) 挥发的 1 0 1 50 0 5 0 90 9 1 6 不挥发的 1 0 9 00 0 2 3 20 0 6 1 0 耗氧量( 克升) 0 8 4 50 1 3 3o 8 4 4 b o d 5 ( 克升) 8 o l o 00 1 2 oo 2 2 l 氨( 克升) 0 2 2 30 0 4 o 80 8 0 9 挥发酚( 克升) 0 2 2 5o 0 5 0 70 7 8 不挥发酚( 克升) o 2 5 硫化物( 克升) o 2 1 o0 1 0 2 氰化物( 克升) o 0 1 埘1o 0 0 5 0 70 0 0 6 0 0 5 焦油( 克升) 0 2 0 5 4微量o - 3 1 4 吡啶碱( 克，升) 0 i o 2 表1 2 焦化厂总废水的成分 成分含 量 碱度( 毫克当量升) 1 0 6 0 悬浮物( 克升)挥发的 o 0 1 1 7 不挥发的 o ，1 2 棚。1 9 固体物( 克升)挥发的 0 9 5 7 不挥发的 1 6 3 - 3 耗氧量( 克升) 1 5 5 2 b o d s ( 克，升) 1 3 9 o 氨( 克升) 0 3 1 3 挥发酚( 克升) o 5 2 2 硫化物( 克升) o 1 0 2 氰化物 克，升) 0 ，0 3 o 1 焦油( 克升) o 1 o 5 焦化污水深度处理研究 通常按照芳香环卜所含羟级数量的多少，分为一元酚、_ 元酚和多元酚。 一元酚为芳香环上直接连接个羟基者。属于一元酚的有苯酚、甲酚、二甲酚、兰 甲酚、乙基苯酚、萘酚、氯苯酚、氨基苯酚等。 二元酚为芳香环上有两个氢被羟基取代者，如苯二酚、萘二酚等。 多元酚为苯环上直接连接三个或三个以上羟基的酚类物质，如苯三酚、苯六酚等。 酚类物质也可按其能否与水共沸并和水蒸汽一起挥发，而分为挥发酚与不挥发酚。 彳i 挥发酚又叫固定酚。苯酚、甲酚、二甲酚均属挥发酚，二元酚、多元酚属不挥发酚。 有人认为，区分挥发酚与不挥发酚还能以沸点2 3 0 的为不挥发酚。 1 3 2 酚的物理化学性质 酚的物理性质与其分子结构有着密切关系。随着分子中羟基数目的增多，酚类化合 物的分子量、比重增加，沸点、熔点升高，在水中的溶解度增大。在常温下酚类物质大 多数呈固态存在，为无色液体，只有少数为液态。表1 3 中列出了一些重要的酚类物质的 物理性质。 酚类物质易溶于苯、乙醚、焦油类、醇类、酯类等有机溶剂，但溶解度不等。 由于酚类是芳香烃的羟基衍生物，故它们具有羟基反应和芳烃取代反应的性质。酚娄 的羟基中的氢原子稍能电离，使酚具有弱酸性，可在强碱液中生成酚盐，但酸性比碳酸略弱 些，在生产实际中可利用此性质回收酚。 芳香烃上的磺酸基、氨基和卤素都可和羟基发生置换作用，工业上运用这些性质来合 成酚。 苯酚是种最简单也是最重要的酚类物质，它的化学反应可代表一般酚的化学性质。在 苯酚分子中，与羟基成邻位及对位的氢极为“活泼”，可以发生多种取代作用；酚经卤素取 代后生成卤代酚，可导致水溶性减小，但对身体组织的变质作用增强，对皮肤粘膜的刺激性 与腐蚀性增加，在杀菌性显著增加的同时，臭味也增加。在卤代酚中，比较重要的是氯代酚， 其杀菌性能随分子中氯原子数增加而增加。溴水与苯酚在室温下就可发生反应，生成不溶 于水的2 , 4 ，6 三溴苯酚沉淀；利用此性质可鉴定酚类物质。 在稀碱( 氨) 或酸( 革酸) 的作用下，酚可和醛发生缩合反应。利用这种性质可产生 热塑性、热固性酚醛树脂，用以制取清漆、粘合剂和涂料等。在废水处理中，可利用此特性， 在适当催化剂的作用下，使酚醛树脂厂的高浓度含酚废水生成热固性树脂丽予以回收。 酚类物质容易氧化。苯酚在空气中就能氧化成粉红色、红色、褐色；因此，含酚废水 一般都带有颜色。在强氧化剂作用下，酚可降解成醌、酸，直至生成最终产物c 0 2 与 h ，o 。邻苯二酚、对苯二酚、连苯三酚、苯六酚等都容易氧化，均可用作还原剂。 酚类还能与硝酸发生硝化反应。甲酚中引入硝基即可制成杀虫剂和杀菌剂。 此外，酚类物质还可与醋酸酐或乙酰氯在酸或碱的催化作用下生成酯，生成的苯氧乙 酸固体可用来鉴别苯酚及其它酚类。酚类又能同酯作用生成醚。 1 3 3 酚的危害 焦化污水深度处理研究 ( 1 ) 对人体的毒害作用：酚类化合物是原型质毒物，它对一切生物都有毒害作用。 酚可通过与人的皮肤、粘膜接触发生化学反应，形成不溶性蛋白质，而使细胞失去活力， 质量浓度高的酚溶液还会使蛋白质凝固。酚还能向深部渗透，引起深部组织损伤、坏死， 直至全身中毒。长期饮用被酚污染的水会引起头晕、贫血以及各种神经系统病症。 ( 2 ) 对水体及水生物的危害：水体受含酚污水污染后会产生严重不良后果。由于含酚 废水耗氧量高，水体中氧的平衡将受到破坏，水中含酚为o 0 0 2 0 0 1 5 m g l 时，鱼类有酚 味，恶臭，不能作饮用水。水体中含酚o 1 - 0 2 m g l 时，鱼类有酚味，浓度高时引起鱼类 表1 3 一些重要酚类的物理性质 名称分子式分子比重沸点溶点折射率 溶解度( 2 0 c 克 量 d 4 2 01 0 0 克水) 苯酚c 6 h 5 0 h9 41 0 7 21 8 1 1 8 2 - 24 11 5 4 2 58 邻甲酚 c 7 h 1 0 h 1 0 81 0 4 6 51 9 1 53 01 5 4 5 32 4 5 问甲酚c 7 h 1 0 h1 0 81 0 3 42 0 1 8 2 0 2 ，61 2 31 5 3 9 8 72 3 5 对甲酚c 7 h 7 0 h1 0 81 ，0 3 4 72 0 2 53 4 81 5 3 9 51 9 4 2 , 3 二甲酚c s h 9 0 h 1 2 22 1 4 2 1 87 5 2 , 4 二甲酚c s h 9 0 h 1 2 21 0 3 62 0 9 2 1 1 32 61 5 4 2 0 2 5 二甲酚c a h 9 0 h 1 2 21 1 6 92 1 1 57 4 5 7 5 2 , 6 二甲酚c s h 9 0 h 1 2 21 0 2 32 1 2 2 1 8 54 - 4 9 3 , 4 二甲酚c 8 1 - 1 9 0 h 1 2 21 0 2 32 2 5 06 51 5 4 2 0 3 ，5 一二甲酚c s h 9 0 h 1 2 22 1 9 06 4 6 8 0 4 c ) 2 , 4 6 - 三甲酚c 9 h 1 1 0 h 1 3 61 3 6 1 8 62 1 9 56 9 7 2 1 2 、3 ，5 - 三甲酚c 9 h i i o h 1 3 62 3 5 29 6 2 , 4 ，5 三甲酚c g h l l o h 1 3 62 3 2 2 3 5 27 1 7 3 3 , 4 ，5 - 三甲酚c 9 h 1 1 0 h 1 3 62 4 8 2 5 1 91 0 6 邻乙基酚c s h 9 0 h 1 2 21 0 3 7 42 0 4 5 2 0 72 3 间乙基酚c s h 9 0 h 1 2 21 0 0 12 1 45 2 对乙基酚( 2 8 h 9 0 h 1 2 22 1 8 _ 24 5 4 6 d 一萘酚c l o h 7 0 h 1 4 41 0 9 92 8 0 49 4 9 61 6 2 0 8 1 3 一萘酚c 1 0 h 7 0 h 1 4 4i _ 2 1 72 8 6 2 9 61 2 2 1 2 3 邻苯二酚c 6 h ( o i 4 ) 2 1 1 0l _ 3 7 12 4 51 0 51 6 1 5 4 5 1 间苯= 酚c 6 h 4 ( o h ) 2 1 1 01 2 8 52 7 6 2 7 71 1 1 6 对苯二酚c 6 h 4 ( o h ) 2 1 1 01 _ 3 5 12 8 5 2 8 6 _ 21 7 2 31 6 2 6 5 9 连苯二酚c 6 h 3 ( o h ) 3 1 2 61 4 53 0 9 8 1 3 1 1 3 3 均苯二酚c 6 h 3 ( o h ) 3 1 2 6 2 1 8 2 1 9 大量死亡。酚类物质对鱼类毒害极限质量浓度一般在4 1 5 m g l ，但苯二酚毒性强，质量 浓度为0 2 m g l 。 ( 3 ) 对农作物的危害：用未经处理的含酚废水直接灌溉农田，会使农作物槠死利减 少。 焦化污水深度处理研究 1 4 焦化污水处理工艺 针对焦化厂污水的水质特点，人们对焦化厂污水的处理工艺进行了长期深入的研究 开发，形成了具有针对性的处理工艺及相对应的操作单元，就目前国内外的研究成果表 明，焦化厂污水的处理工艺主要分为物理的方法，化学的方法，生物的方法等等。 1 4 1 蒸汽脱酚与溶剂脱酚 酚类化合物作为焦化厂污水的主要组成成分是焦化污水处理的主要去除对象。蒸汽 脱酚和溶剂脱酚用来去除酚是比较有效的方法。 蒸汽脱酚：蒸汽脱酚是酚水脱酚的主要工业方法之一，其脱酚效率可达到8 5 9 5 。含 酚水蒸汽流经苛性钠溶液润湿的金属填料表面时，酚与苛性钠发生反应，生成易溶于水 的酚钠，而将酚吸收下来。其反应式： c 6 h 5 0 h + n a o h ，c 6 h 5 0 n a + h2 0 影响脱酚效率和酚赫质量主要有三个因素：循环蒸汽量、碱液浓度、碱液量和送碱 制度、脱酚塔内的压力和温度。 蒸汽脱酚工艺简单，操作稳定，易于控制，不产生二次污染，回收的酚盐质量较好。 但该法脱酚效率低，约为8 5 ，设备庞大，蒸汽耗量大。 溶剂脱酚：溶剂萃取法是利用某些溶剂不溶于水而能溶解酚类化合物的特性，脱除酚水 中的酚。常用的萃取溶剂有重苯、重苯溶剂油、粗苯、焦油洗油等、。 溶剂萃取法分为振动萃取法、离心萃取法和转盘萃取等，其中振动萃取应用较多。 影响脱酚效率的因素有；氨水处理量、萃取相比、温度、搅拌强度、油中吡啶碱含 量。 溶剂萃取法脱酚效率较高，一般大于9 0 ，设备占地面积小，还可回收不挥发酚。 但废水容易产生二次污染。 1 4 2 活性炭吸附法 活性炭是一种非极性型的固体吸附剂，其表面是疏水性，在水溶液中吸附溶质的效 果很好，几乎不吸附水，活性炭吸附工艺主要是在活性炭吸附塔或活性炭过滤器内处理 污水。通过活性炭来吸附水里的悬浮物中含有的未分解的有机物，从而达到净化水质的 作用，利用活性炭吸附法作为焦化污水的深度处理已在某些焦化厂得到应用，处理后水 质较好。但这种方法的缺点在于设施的投资较大，操作过程较复杂，活性炭再生过程烦 琐，运行费用较高。 l ，4 3 生化处理技术 焦化污水深度处理研究 对焦化污水的二级净化处理，目前多采用生化处理方法。在自然界中，存在着依靠 有机物生存的微生物，它们有氧化分解有机物的巨大能力，这些微生物能对污水中的酚、 氰等有机物进行吸附和分解以满足其生存的特点，把有机物最终变成二氧化碳和水，这 种方法处理焦化污水有很好的效果，已经在各地焦化厂得到广泛应用。生化处理法按微 生物的种类和运行方式主要有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、生物接触氧化法、乍 物氧化沟、a o 法、a 2 o 法、生物流化床等。 1 4 3 1 活性污泥法 活性污泥法是水体自净( 包括氧化塘) 的人工强化，是使微生物群体在曝气池内呈 悬浮状，并和污水接触而使之净化的方法。活性污泥法是城市污水和有机性工业生产污 水的有效生物处理法。它于1 9 1 4 年在英国曼彻斯特市建成试验厂以来，已有近九十年的 历史。随着生产上的应用和不断改进，特别是近四十多年，在对其生物反应和净化机理 进行广泛深入研究的基础上，活性污泥法得到了很大的发展，出现了各种工艺流程；并 正在改变那种用准确性较差的经验数据进行工艺设计和运行管理的现象，目前，它己成 为有机性污水处理的主体。 在活性污泥法中起主要作用的是活性污泥。活性污泥是由具有活性的微生物( m 。) 、 微生物自身氧化的残留物( m 。) 、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物( m i ) 和 无机物( m r t ) 组成。 活性污泥微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合 所组成的一个小生态系。 评价活性污泥，除进行上述生物相的观察外，还使用以下指标：混合液悬浮固体 ( m l s s ) 、混合液挥发性悬浮固体( m l v s s ) 、污泥沉降比( s v ) 、污泥指数( s v i ) 、 污泥龄( t s ) 。 活性污泥微生物能够连续从污水中去除有机物，是由以下几个净化过程完成的：初 期去除与吸附作用：微生物的代谢作用；絮凝体的形成与凝聚沉淀性能。 活性污泥法即由物理化学作用和生物化学作用来完成的。物理化学作用是利用活性 污泥对酚水中酚、氰等有机物的吸附能力以使酚水得到净化。这个过程是在曝气池吸附 段完成的。生物化学作用是在有氧的条件下，好氧细菌借其所分泌的体外酶将酚水中的 胶体性有机物分解为溶解性有机物，连同污水中原有的溶解性有机物渗透到好氧细菌的 细胞膜进入其细胞内部，然后细菌即通过其生理活动，将有机物氧化、分解并部分合成 新细胞，最后在细菌体内酶的作用下，使有机物分解成二氧化碳和水。其具体反应过程 大致如下： 焦化污水深度处理研究 酚类的氧化分解过程 r o ho hc o o h 0 l c o o h 。o 【o h c o o h 一 c o o h 邻苯二酚己二烯二酸d 一酮基己二酸 一f h 2 - c 0 0 h + ， ， 一c h 2 一c o o h + c h 3 c o o h c 02 + h 2 0 丁二酸乙酸 氰化物的氧化分解过程 h c n + h ：o ；一d o c h ：h ，h c o n h ：h ：0 一一h c o o h + n h ， j 1 2 0 ： 一p 0 ，+ h ，0 活性污泥的影响因素主要有：b o d 负荷率、溶解氧、水温、营养物平衡、p h 值、 有毒物质。 活性污泥按其运行方式主要有：普通活性污泥法、阶段曝气法、生物吸附法、完全 混合法、延时曝气法、减量曝气法、高速曝气法等。 1 4 3 2 生物膜法 生物膜法是使微生物例如硝化菌和反硝化菌依附在其他固体载体表面上呈膜状生 长，并与废水接触来实现生物处理的技术。这种处理法是使细菌和菌类一类的微生物和 原生动物、后生动物一类的微型动物在滤料或某些载体上生上繁育，形成膜状生物性 弓 泥生物膜。通过与污水的接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营 养，从而使污水得到净化。 生物膜处理法是古老的，又是发展中的污水生物处理技术。迄今为止，其中具有代 表性的处理工艺有：生物滤池、生物转盘和生物接触氧化法等等。 生物膜法的特征是：参与净化反应的微生物的多样化；在每层( 段) 都自然形成自 己独特的占优微生物；生物的食物链长；能够生长硝化菌；对水量、水质变动有较强的 适应性；在低水温条件下，也能够保持一定的净化功能；宜于固液分离；能够处理低浓 度的污水；动力费用低；产生的污泥量少；具有较好的硝化与脱氮功能。 生物膜法的工作原理是：废水通过滤池时，其中的填料( 一般称之为滤料) 截留了 废水中的县浮物，同时把废水中的胶体和溶解性物质吸附在自己的表面，其中的有机物 使微生物很快繁殖起来，这些微生物又进一步吸附了废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的 物质，逐渐形成了生物膜。生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取污水中的有 机污染物作为营养，对废水中的有机物进行吸附氧化作用，因而废水在通过生物滤池时 能得到净化。 生物膜具有较大的表面积，能够大量吸附废水中的有机物，而且具有很强的吸附作 用和氧化能力。在有机物被分解的同时，微生物的机体则在不断的增大和繁殖，增加了 生物膜的数量。由于生物膜上微生物的老化死亡，生物膜将会从填料表面脱落f 来，然 焦化污水深度处理研究 后随着废水流出池外。当面废水进入滤池，大填料表面流动时，废水中的有机污染物就 会从运动着的废水中转移到附着的水中去，并进一步被生物膜所吸附。同时空气中的氧 也将经过废水而进入生物膜，生物膜上的微生物在氧的参与下对吸附在其上的有机物进 行分解和机体的新陈代谢，产生了二氧化碳、氮气等无机物沿着生物膜经过附着水排放 到流动着的废水及空气中去。由此减少了有机物的含量，使废水得以净化。 1 4 3 3 生物转盘 生物转盘是于六十年代在联邦德国开创的一种生物膜法污水生物处理技术。牛物转 盘已被公认为是种净化功能好、效果稳定、能源消耗低的生物处理技术。 我国从1 9 7 2 年开始引进生物转盘技术，开展了大量的科学研究工作，现在已在化纤、 石化、印染、制革、造纸、煤气站等行业的工业废水处理以及医院污水、生活污水的处 理中得到应用，取得了较好的效果。 生物转盘作为污水生物技术，所以能够被认为是一种效果好、效率商、便于维护、 运行费用低的工艺，是因为它在工艺和维护运行方面具有如下各项特点：微生物浓度毒 生物相分级、污泥龄长，对b o d 值达1 0 0 0 0 m g l 以上的超高浓度有机污水到1 0 m h 1 以 下的超低浓度污水都可以采用生物转盘进行处理，并能够得到较好的处理效果；在牛物 膜上的微生物的食物链较长：接触反应槽不需要曝气，污泥也勿需回流：不需要经常调 节生物污泥量，不存在产生污泥膨胀的麻烦。 1 4 3 4 生物接触氧化法 就是在池内设置填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的速度流经填料。 填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜上微生物的作用下，污水得到净化， 因此，生物接触氧化法又称“淹没式生物滤池”。 生物接触氧化法，采用与曝气池相同的曝气方法，提供微生物所需的氧量，并起搅 拌与混合的作用，这样，又相当于在曝气池内投加填料，以供微生物栖息，因此，又称 为接触曝气法。 1 4 3 5 氧化塘 又名稳定塘或生物塘，是一种构造简单、易于维护管理、污水净化效果良好、节省 能源的污水处理法。氧化塘对污水的净化过程和自然水体的自净过程很相近，污水在塘 内经较长时间的缓慢流动、贮存，通过微生物( 细菌、真菌、藻类、原生动物) 的代谢 活动，使污水中的有机污染物降解，污水得到净化。水中的溶解氧则主要是由塘内生长 的藻类，通过光合作用提供的，塘面的复氧则起辅助作用。 氧化塘是一种古老的污水处理技术，目前全世界已有近4 0 个国家采用氧化塘处理污 水。近8 0 年来，各国的实践证明，氧化塘能够用以作为级、二级处理，也可以用作三 级处理。 氧化塘具有一些较为突出的优点：可以充分利用地形，工程简易，基建投资省；能 1 0 焦化污水深度处理研究 够实现污水资源化，使污水净化与利用相结合；污水处理成本低廉； 氧化塘也有一定的不足之处：占地面积大；污水净化效果受季节、气温、光照等自 然因素的控制，不够稳定；地下水可能受到污染、散发臭气以及滋长蚊蝇等。 氧化塘有：好氧氧化塘、兼氧氧化塘、厌氧氧化塘、曝气氧化塘。 1 4 3 6 生物流化床 进一步强化生物处理技术，提高其效率，关键的措施有二：( 1 ) 提高单位体积内的 生物量，特别是活性的生物量；( 2 ) 加强传质作用，强化有机底物从污水中向细菌细胞 传递的过程。 对第一个条件采取的措施，是扩大微生物栖息、生活的表面积，增加生物膜量，但 是为此必须相应的提高充氧能力。 对第二个条件采取的措施，是扩大生物体与污水的接触面积，加大污水与生物膜之 间的相对运动。 生物膜法发展的实质，就是对这两个条件采取的具体措施的发展。 七十年代出现的生物流化床，把解决这两条件的问题，推向一个新的高度。 流化床本是和用于化工领域的一项技术，从七十年代初期开始，些国家将这一技 术应用于生物处理领域，开展了多方面的科学研究工作，取得了良好的效果。 流化床就是以砂、焦炭、活性炭一类的颗粒材料为载体，象给水滤池反冲洗过程那 样，水流由下而上流动，使载体处于流化状态。在载体表面生长、附着生物膜，由于载 体颗粒小，总体的表面积大( 每m 3 载体的表面积可达2 0 0 0 3 0 0 0 m 2 ) ，因此，具有较大 的生物量。 由于载体处于流化状态，污水从其下部、左、右侧流过，广泛地和载体上的生物膜 相接触，从而强化了传质过程，并且由于载体不停地流动，能够有效地防止其被生物膜 所堵塞。 生物流化床处理按其生物膜特性等因素可分为好氧生物流化床和厌氧生物流化床两 大类，随着对流化床的不断研究与开发，当前已出现了许多新型的流化床。 好氧生物流化床是以微粒状填料如砂、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作为微生 物载体，以一定流速将空气或纯氧通入床内，使载体处于流化状态，通过载体表面上不 断生长的生物膜吸附、氧化并分解废水中的有机物，从而达到对废水中污染物的去除。 好氧生物流化床按床内气、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床体结 构、脱膜方式等的差别可分为两相生物流化床和三相生物流化床。 厌氧生物流化床可视为特殊的气体进口速度为零的三相流化床。这是因袖厌氧反应 过程分为水解酸化、产酸和产甲烷3 个阶段，床内虽无需通氧或空气，但产甲烷菌产生 的气体与床内液、固两相混和即成三相流化状态。为维持较高的上流速度，需采用较大 的回流比。厌氧生物流化床内微生物种群的分布趋于均一化，在床中央区域生物膜的产 酸活性和产甲烷活性都很高，从而使其有效负荷大大提高“。 1 4 3 7 生物氧化沟 焦化污水深度处理研究 氧化沟( o x i d a t i o nd i t c ho d ) 污水处理工艺，是将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过 程集于一体，间歇运行，又名氧化渠和“帕斯维尔沟”( 该沟的开发者p a v e e r ) 。此项技 术是活性污泥法的一种交型。因为污水和活性污泥的混合液在曝气渠道巾不断循环流动， 【司此有人称其为“循环曝气池”，“无终端曝气池”。氧化沟技术实质上相当于延时曝气法 的活性污泥系统。实践表明，o d 技术既适用于城市污水的处理，也可用于工业废水的处 理，其封闭循环式的池型尤其适用于污不的脱氮除磷。 工艺特性： 氧化沟的基本牲是曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中作不停 的循环流动，其水力停留时间长达l o 4 0 h ，污泥龄一般大于2 0 d ，故其脱氮效率高。有 机负荷则很低，仅为o 0 5 o 1 5k gb o d ( 妇m l s s d ) ，容积负荷o 2 - 0 4k gb o d ( m 3 , d ) ， 活性污泥浓度为2 0 0 0 6 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 为1 - 3 m g l 。该工艺不设初沉池，工艺简单。 氧化沟兼有完全混合式和推流式的特点，在控制适宜的条件下，使溶解氧浓度在沟 内同量形成好氧区和缺氧区，从而使得这一技术具有净化深度高、耐冲压和能耗低、脱 氮除磷效果好的特点。 氧化沟的构造： 氧化沟的工艺流程有多种形式。基本型式的氧气沟，其曝气池呈封闭的沟渠形，而 沟渠的开头和构造则多种多样。沟渠可以呈圆形和椭圆形等形状，可以是单沟或多沟的。 多沟系统可以是一组同心的相互连通的沟渠，也可以是互相平行、尺寸相同的组沟渠 有与二次沉淀池分建的氧化沟，也有合建的氧化沟。合建氧化沟又有体内式船型沉淀池 和体外式侧沟式沉淀池的氧化沟。多种多样的构造形式，赋予氧化沟灵活机动的运行方 式，并且组合其他废水治理单元，可以满足不同的出水水质的要求。 三池交替运行的氧化沟系统是由三个相同的氧化沟组建在一1 起作为一个单元运行， 三个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟可起曝气和沉淀双重作用。每个池都配有可 供污水和环流的转刷，每池的进口均与经格栅和沉砂池处理的出水通过配水相连接。进 水的分配和出水调节堰完全靠自控装置控制。三沟氧化沟的脱氮是通过新开发的双速电 机来实现的，曝气转刷能起到混合器和曝气器的双重功能。当面处于反硝化阶段时，转 达刷低速运转，仅仅保持池中污泥悬浮，而池内处于缺氧状态。好氧和缺氧阶段完全可 由转刷转速的改变进行自动控制。该氧化沟的一条氧化沟总处于沉淀期，沉淀前应有1 h 静止沉清过程。该系统中，可以在不设二次沉淀池的条件下连续运行，基建费用少，运 行也较为方便。运行过程中两侧的两个池子交替地用作曝气池或沉淀池，中间的池子则 维持连续曝气，因此转刷的可利用率可提高到5 8 左右。这种氧化沟处理系统有良好的 脱氮效果。我国处理规模为1 0 1 0 4 t 的邯郸市东污水处理厂等采用的就是这种型式，该 厂三沟的m l s s 分别为5 3 k g m 3 ，2 0 k g m 3 ，5 o k g m 3 。该氧化沟处理工艺中，由于其污 泥龄较长，因而在好氧区一般能将有机氮转化为氨氮进而将氨氮完全转化为硝态氮，并 在缺氧区内实现反硝化而达到脱氮的目的。丹麦k r u t e r 公司与丹麦技术大学合作开发的 氧化沟生物脱氮工艺流程主要由两个串联的氧化沟和一个二沉池所组成。污水先进入存 缺氧条件下运行的氧化沟1 。在此氧化沟内的曝气转刷的转速降低至仅能维持泥水的混 合，混合液中的溶解氧接近于零，在这罩生长的反硝化菌以进水中的有机物作为碳源， 使池中积存的硝态氮气而释放：然后将污水引入在好氧条件下运行的氧化沟2 。在这里未 被利用的有机物进一步被转化为硝态氮( 有机氮一氨氮一硝态氨) 。这就是第1 个运行阶 焦化污水深度处理研究 段。经过一定运行时间后，再将两个氧化沟的进水顺序及曝气方式颠倒过? 牝。i l j 氧化沟1 作反硝化池，氧化沟2 作碳化和硝化池。 氧化沟与常规的活性污泥系统相同，其曝气装置的功能是供氧；使有机污螂、； 性污泥、溶解氯三者充分混合，接触；推送水流以一定的流速循环流动。 与普通的曝气池相比，氧化沟具有基建投资省，维护管理容易，处理效粜稳，之，f i 水水质好，污泥产量少，适应负荷冲击能力强等特点。 1 4 3 8 刖。法 a o 工艺是一种前置反硝化工艺，属单级活性污泥脱氮工艺，即只有一个，j ? 皑濠 系统。a o 工艺的特点是原废水先经缺氧池，再进好氧池，并将好氧池的混台液s , i i 江琏 池的污泥同时回流至0 缺氧池。a o 工艺与传统的多级生物脱氮工艺相比主要一f j 一；、液，懦， ( 1 ) 流程简单，省去了中间沉淀池，构筑物少，大大节省了基建费用，且遥5 j 赞刷 低，占地面积小； ( 2 ) 以原污水中的含碳有机物和内源代谢产物为碳源，节省了投加外碳源i ：g 捉n 月- 可获得较高的c n 比，以确保反硝化作用的充分进行： ( 3 ) 好氧池在缺氧池之后，可进一步去除反硝化残留的有机污染物，确保水7 k 餍 达标排放； ( 4 ) 缺氧池置于好氧池之前，由于反硝化消耗了原污水中一部分碳源柏概l 磐默) 嗑 既可减轻好氧池的有机负荷，又可改善活性污泥的沉降性能，以利于控制 了泥蟛j ! ，i 且反硝化过程产生的碱度可以补偿硝化过程对碱度的消耗。 a o 生物脱氮工艺流程见图1 1 进带 i 缺氧_ 电好氧弛 l混合液舀流 一一 污泥回硫 一一巍谈池出戌 图1 1a o 生物脱氮工艺流程图 f i g 1 1a ob i o l o g i c a ld e n i t r i f i c a t i o nt e c h n o l o g y f l o wc h a r t b a