焦化废水中有机物成分复杂,主要的有机物有CODcr含量2500~4500mg/L;氰化物10~20mg/L;DOD51200~2000mg/L;NH3-N400~1000mg/L;酚150~200mg/L;硫化物6~15mg/L;油分200~1000mg/L,PH6.5~8.5。化废水的来源是煤高温裂解得到焦炭和煤气并在生产过程中回收焦油和苯等副产品的过程。
焦化废水的水质特点,一是成分复杂。按污染物可分为无机物和有机物两大类:无机物以铵盐形式存在,有机物以酚类化合物为主。二是含有大量的难降解的物质和有毒有害的物质。三是氨氮浓度大且危害大。四是含有危害水体生物和人体的剧毒物质以及致癌物质。五是焦化废水BOD/COD的比值约为0.3~0.4,可生化性较差,且在毒物抑制条件下更增加了处理难度。六是脱硫废液中硫化物和氰化物含量极大。
二、焦化废水的常用处理技术
焦化废水中含有大量的难以降解的剧毒致癌等有毒有害物质,如不经处理排放将极大地危害水体生物和人体生命安全。废水的常用处理方法主要有物理化学法和生物化学法,焦化废水成分复杂难以用一种方法彻底去除,通常采用物理化学法与生物化学法相结合的工艺。焦化废水若直接进入生化系统对细菌的冲击巨大,必须进行预处理。
焦化废水的常用处理技术按其步骤,可分为预处理、生化处理和深度处理。预处理的主要目的是去除废水中的油,为生化反应创造合适的进水条件。预处理构筑物主要包括重力除油池、浮选除油池和调节池。生化处理法主要有:序批式活性污泥法、生物法脱氮(A/O法)、A2/O法和A2/O2法。其中A2/O2法是在A2/O基础上发展来的,是在A2/O的基础上再加一级生化处理。A2/O2法先通过对角化废水进行预处理,为后续反硝化作用提供了高质量碳源,为有机物的高效好氧处理创造了良好条件,再通过进行一级完全碳化,二级完全硝化和回流反硝化,终达到使COD和NH3-N完全达标的目的。针对焦化废水的深度处理技术主要有活性炭吸附技术、膜技术、混凝法和电渗析等等。
三、焦化废水的氧化技术
以上叙述的几种常用处理技术已经广泛应用于焦化废水的预处理、生化处理和深度处理。并能取得较好的处理效果,处理成本高一直是困扰企业的一大问题。为此,又探索出一种催化臭氧氧化法技术来对焦化废水进行深度处理,实践证明,催化臭氧氧化法技术具有对生物难降解物质分解速度快、氧化能力强、对污染物去除率高等优点,更重要的是可以大大降低处理成本。
催化臭氧氧化法的主要设备即可控氧化技术装置由臭氧发生器和试验反应器组成。由臭氧发生器制备臭氧,通入到试验反应器内,用碘化钾溶液吸收尾气。
催化臭氧氧化法的流程是:生化出水经过生物滤池内高活性的微生物在陶粒滤料表面和内部微孔中生长繁殖,形成生物膜,有效地吸收水中有机物作为其新陈代谢的营养物质,在缺氧环境下,进行反硝化过程,将污水中的硝态氮还原为N2而脱除,从而降低水中总氮含量。
反硝化生物滤池的出水由泵输送到多介质过滤器进行过滤。多介质过滤单元能够对废水中的悬浮物质进行有效去除,一方面可以为后续的催化氧化处理达到保安的作用;一方面避免悬浮物质粘附在催化剂的表面影响臭氧与催化剂的接触,从而降低臭氧催化氧化的效率,多介质过滤处理出水由泵输送到两级催化氧化系统进行有效处理。废水进入催化氧化塔中,催化氧化塔出水再进入催化氧化池,臭氧在两种不同的高效催化剂的协同作用下氧化、分解水中的难降解有机物。在两级臭氧催化氧化作用下,废水中无法生物降解的有机物部分被氧化剂氧化为二氧化碳和水得到矿化,部分被转化为小分子、易生物降解的有机物。催化氧化池出水一部分进行回流,作为生化系统的稀释水和好氧消泡水使用,其余部分进入到后续的曝气生物滤池,对水中有机物脱除,使废水得到净化。
四、脱硫废液无害化处理
利用化学反应脱除法对脱硫废液进行无害化处理,是一种理想的脱硫、脱氰方法。但仅仅单一依靠化学反应处理,很难使处理后废水中CN-浓度达到目标要求。在传统化学沉淀处理方法的基础上,通过将高效混凝技术与化学反应处理相结合,并研发高效脱硫、脱氰、混凝药剂,形成成套脱氰技术,实现脱硫废液的高效脱硫脱氰处理。
其具体流程为:排入调节池的脱硫废液,泵压至投加了脱硫脱氰药剂的脱硫脱氰反应器,反应后可去除废水中大部分的S2-和CN-;从脱硫脱氰反应器出来废水通过pH调节进入沉降反应器,底部沉淀污泥通过卧螺离心机进入污泥储槽。离心机顶部出水经过转换反应器,转为溶解度更低的产物,从而降低药剂消耗和提高氰化物去除效果,转化后进入深度脱氰反应器中与深度脱氰药剂继续反应,脱除废水中残余的CN-。深度脱氰反应器底部排泥进入卧螺离心机与沉降反应器产生的沉淀污泥进行集中处理,顶部出水并入焦化废水处理系统进行继续处理。
废水由厂区排水管直接引入格栅去除悬浮物,人工定期清理栅渣;格栅出水进入调节池,调节水量均和水质,并在池中设置浮球液位计以监测和控制液位;均和后的出水经泵提升进入IC反应器进行厌氧处理,降解大部分有机物;出水自流到SBR反应器,完成有机物的彻底降解、脱氮除磷;后消毒后达标排放。
3、主要处理单元、设备及参数
3.1 格栅井
设计进水渠流速为0.7m/s,宽为0.6m,渠底水力坡降为1.0%。格栅井尺寸为1.6m×0.6m×1.5m,钢筋混凝土结构。采用不锈钢材质细格栅1台,栅隙为10mm,安装倾角为75°。
3.2 调节池
调节池水力停留时间为12h,设计尺寸为9.0m×5.0m×3.0m(超高0.3m),钢筋混凝土结构,有效容积为120m3,全地下式,内置潜污泵2台,1用1备。在泵的出水管上设电磁流量计1台。
3.3 IC反应器
IC反应器尺寸为2.0m×20.3m,有效容积为62.8m3,1台,钢制容器。设计容积负荷为12kgCOD/(m3·d),水力停留时间为6h。
3.4 SBR反应器
采用钢筋混凝土结构,尺寸为6.0m×2.0m×4.5m,有效容积为48m3,4座。每池每日运行3个周期,每个周期8h,其中:进水2.0h,反应3.5h,沉淀1.0h,滗水1.0h,排泥、闲置0.5h。容积负荷为0.2kgCOD/(m3·d),污泥浓度为4000mg/L,污泥龄为30d,充水比为0.5。
每池选用215mm半球形微孔曝气器75套,每套服务面积为0.16m2,每套供气量为2m3/h;每池设旋转式滗水器1台,出水量为50~100m3/h,滗水深度为1.7m,出水堰长度为2.0m;每池设置2台潜水搅拌机、1台剩余污泥泵,泵流量为10m3/h、扬程为90kPa、功率为0.75kW。
选用三叶式风机2台,1用1备,单台风量为4.94m3/min、风压为500kPa、功率为7.5kW。
3.5 消毒池
1座,尺寸为1m×3m×2m,超高为0.3m,有效容积为5.1m3,水力停留时间为30min,加药量为10mg/L。
3.6 污泥浓缩池
污泥浓缩时间为12h,间歇式运行。浓缩池尺寸为2.0m×2.0m,泥斗底部尺寸为0.5m×0.5m,泥斗深度为1.0m,缓冲层取0.5m,超高为0.3m,沉淀区有效水深为2.0m,浓缩池总高3.8m。
3.7 污泥干化池
采用中心渗沥管自然干化池,尺寸:3.0m×2.0m×1.2m,共设2格。
4、工艺调试及运行结果
4. 1 IC反应器
IC反应器的调试主要是进行颗粒污泥的培养。接种污泥为某淀粉废水处理厂UASB反应器中厌氧颗粒污泥。接种污泥浓度为34000mg/L左右,污泥量约18kgVSS/m3。该污泥呈黑褐色球形或椭球形,粒径为0.5~1.7mm,沉降性能良好,SVI为30~40mL/g,VSS/SS为0.77。
在初始启动阶段,采用原水加出水回流的进水方式实现较低的容积负荷1.0kgCOD/(m3·d),并根据出水挥发性脂肪酸(VFA)浓度、pH值和COD去除率逐步提高IC反应器的负荷。当持续2天出水VFA浓度<300mg/L时,表示反应器内有足够的微生物对有机物进行较彻底地分解,此时减少稀释水量,以提高20%的容积负荷。当出水VFA浓度在300~500mg/L时,应维持原负荷不变,待VFA下降后再提高容积负荷。当出水VFA的浓度>600mg/L时,此时仍保持进水负荷不变,密切关注后续VFA的变化趋势。当出水VFA浓度>800mg/L时,则将负荷降至原来的水平,并保证反应器内pH值>6.5,若pH值降至6.5以下,则加碱调节pH值,待VFA浓度下降到300mg/L以下时,再逐步增加负荷。反应器启动69天后,COD去除率稳定在95%以上,达到满负荷运行。厌氧污泥中,颗粒直径>0.5mm的占75%,大粒径达5mm,SVI从初始的95mL/g降到30mL/g,反应器启动完毕。
4.2 SBR反应器
SBR反应器的启动主要是好氧活性污泥的培养、驯化。
SBR反应器的接种污泥为西安市某污水厂二沉池的剩余污泥,采用间歇换水方式培养。IC反应器出水经过稀释后,进入SBR反应器,当经过曝气并出现模糊的絮凝体后,停止曝气,经过1天沉淀后排除上清液,再进同浓度的新鲜废水,继续曝气培养。每一浓度运行3~7d,通过镜检观察活性污泥的生长情况,生长良好时可适当调高浓度,以后逐级提高废水浓度,一直到IC反应器出水浓度,进行连续曝气培养,直到活性污泥全面形成大絮团。经过半个月的运行,混合液的SV30达50%以上,SVI为100mL/g左右。