一种焦化废水生物脱氮处理工艺

摘要

一种焦化废水生物脱氮处理工艺，属于环境保护和废水处理技术领域，其特征在于采用“A/O/A/O即缺氧/好氧/缺氧/好氧”为核心的生物脱氮处理工艺。经预处理后的焦化废水依次进入一级缺氧池、一级好氧池、回流沉淀池、二级缺氧池、二级好氧池、二次沉淀池，在一级缺氧池和好氧池内进行短程硝化和反硝化生物脱氮处理，在二级缺氧池内进行水解酸化、精脱氮处理，二级好氧池实现完全硝化反应。该工艺方法运行效果稳定，运行成本低，脱氮率高，二次沉淀池出水的CODCr和NH3-N等水质指标可以同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准，经过深度处理后可回用于其他用户，实现焦化废水零排放。

权利要求

1.一种焦化废水生物脱氮处理工艺，属于环境保护和废水处理技术领域，其特征在于，采用缺氧/好氧/缺氧/好氧为核心的生物脱氮处理工艺；工艺流程如下：经预处理后的焦化废水依次进入一级缺氧池、一级好氧池、回流沉淀池、二级缺氧池、二级好氧池、二次沉淀池，在一级缺氧池和好氧池内进行短程硝化和反硝化生物脱氮处理，在二级缺氧池内进行水解酸化、精脱氮处理，二级好氧池实现完全硝化反应；

经过预处理后的焦化废水经提升后进入一级缺氧池的底部配水系统，同时回流沉淀池的上清液也回流至该配水系统；回流比2～3∶1；所述的一级缺氧池为竖流式，配水系统采用大阻力配水方式，池内满布固定弹性生物填料；在缺氧工况下，一级缺氧池内的厌氧反硝化菌以原废水中的有机物CODCr为碳源，以回流上清液中亚硝态氮和部分硝态氮的氧作为受电体，进行呼吸和生命活动，将其还原成氮气逸出，一级缺氧池名义停留时间18～

25h，一级缺氧池的出水依靠重力流进入一级好氧池，回流沉淀池的回流污泥也回流至一级好氧池的进口，回流比1～2∶1；

所述的一级好氧池的出水依靠重力流进入回流沉淀池，将混合液进行固液分离，一部分上清液和底流污泥分别经泵提升回流至一级缺氧池、一级好氧池，而另一部分上清液顺流到二级缺氧池；回流沉淀池采用周边进、出水型式的辐流式沉淀池，水力负荷为1～

3 2

1.5m/m·h；

所述的二级缺氧池也为竖流式，配水系统采用大阻力配水方式，池内满布固定弹性生物填料；焦化废水进入二级缺氧池后，在缺氧工况下，在池内进一步进行水解酸化反应，为反硝化反应提供有机物，进行精脱氮处理，降低了有机物含量，提高了焦化废水的脱氮率；

二级缺氧池名义停留时间5～12h；

所述的二级好氧池的出水依靠重力流进入二次沉淀池，将混合液进行固液分离，二次沉淀池底流污泥经泵提升回流到二级好氧池，二次沉淀池的上清液出水CODCr和NH3-N同时达到国家废水综合排放标准GB9878-1996的一级标准，经过深度处理后可回用于其他用户，实现焦化废水零排放；

3

所述的二次沉淀池采用辐流式沉淀池，出水堰增设折流板，水力负荷为0.6～1m/2

m·h。

说明书

一种焦化废水生物脱氮处理工艺

技术领域

[0001] 本发明属于环境保护和废水处理技术领域，特别是提供了一种焦化废水生物脱氮处理工艺，采用“A/O/A/O(缺氧/好氧/缺氧/好氧)”为核心的生物脱氮处理工艺，适用于焦化行业废水生物脱氮处理系统。

背景技术

[0002] 焦化废水是在原煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，其主要来源有三个：一是剩余氨水，它是在煤干馏及煤气冷却中产生出来的废水，其水量占焦化废水总量的一半以上，是焦化废水的主要来源；二是在煤气净化过程中产生出来的废水，如煤气终冷水和粗苯分离水等；三是在焦油、粗苯等精制过程中及其它场合产生的废水。焦化废水是含有大量难降解有机污染物的工业废水，其成分复杂，含有大量的酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物，超标排放的焦化废水对环境造成严重的污染。如何改善和解决焦化废水对环境的污染问题，已成为摆在人们面前的一个迫切需要解决的课题。

[0003] 在焦化废水中不可生化的有机物占CODCr总量的13-17％左右，其中多为多环芳烃，传统活性污泥法进行生物处理时，多环芳烃基本不能降解，所以处理后废水的CODCr一直在300-500mg/L左右。采用的缺氧/好氧生物工艺进行处理，在缺氧池中，由于厌氧反硝化菌利用有机物作为碳源，使废水中有机物降解40％，从而降低了好氧池的有机负荷，使废水进入好氧池后，在碱度、温度、溶解氧等条件都适合的情况下，很快进入氧化氨氮的硝化阶段，使氨氮能被氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。含亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的废水大量返回到缺氧池，使其在缺氧的条件下，由厌氧反硝化菌将其还原成氮气(N2)析出，从而达到脱氮的目的。

[0004] 硝化反应过程及反应式：

[0005] 在硝化菌的作用下，氨氮逐步分解、氧化，分二个阶段进行，首先在亚硝化菌的作用下，氨氮转化为亚硝酸盐氮，反应式为：

[0006] NH4++3/2O2——NO2-+H2O+2H++ΔF1 <1>

[0007] 继后，亚硝酸盐氮(NO2--N)在硝化菌的作用下，进一步转化为硝酸盐氮，其反应式- -为：NO2+1/2O2——NO3+ΔF2 <2>

[0008] 总反应式为：NH4++2O2——NO3-+H2O+2H++ΔF

[0009] 从上列反应式可计算得到，1g氨氮氧化成硝酸盐氮需4.57g氧，其中亚硝化反应需氧3.43g，硝化反应需氧1.14g，反应过程中还消耗水中的重碳酸盐碱度，约为7.14g(CaCO3)/gNH3-N。

[0010] 反硝化过程及反应式：

[0011] 反硝化反应是指硝酸盐氮(NO3--N)和亚硝酸盐氮(NO2--N)在反硝化菌的作用下，被还原为氮气(N2)的过程。

[0012] 反应式：2NO2-+6H+(电子供体)——N2↑+2H2O+20H- <3>

[0013] 2NO3-+10H+(电子供体)——N2↑+4H2O+20H- <4>

[0014] 从上列反应式可计算得到，废水中的含碳有机物可以作为反硝化过程的电子供体。转化1g亚硝酸盐氮为氮气，需要有机物(以BOD5表示)1.71g，转化1g硝酸盐氮为氮气时，需要有机物2.86g，同时产生3.57g碱度(以CaCO3计)。

[0015] 从<3><4>式我们看出，亚硝酸盐和硝酸盐同样都能参与脱氮反应。而从反应式<2>上看出从亚硝酸盐氧化到硝酸盐，增加约25％耗氧量，从式<4>上我们看到硝酸盐脱氮会消耗更多的碳源。所以从亚硝酸盐脱氮会比从硝酸盐脱氮效果更好，更重要的是将两类硝化反应局限在两个相对独立空间，可分别控制各自空间参数完成反应，使特定的生物菌种在其最适宜的生存环境中，将获得最大的菌种优势，其潜能将得到最大发挥，克服了缺氧-好氧生物脱氮处理的不足，缩短了反应历程，提高了脱氮效率，也就是说采用短程硝化反硝化生物脱氮技术更先进。但在实际生产中由于各种运行条件极难控制，要完全实现短程硝化反硝化生物脱氮技术非常困难。在短程硝化反硝化生物脱氮工艺之后再增加二级缺氧/好氧处理，可以使焦化废水在二级缺氧池内进行水解酸化、精脱氮处理，二级好氧池实现完全硝化反应。系统抗冲击负荷的能力加强，出水水质更加稳定，脱氮率更高，二次沉淀池出水的CODCr和NH3-N等水质指标可以同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准。

发明内容

[0016] 本发明的目的在于提供一种焦化废水生物脱氮处理工艺，在短程硝化反硝化生物脱氮工艺之后再增加二级缺氧/好氧处理，可以使焦化废水在二级缺氧池内进行水解酸化、精脱氮处理，二级好氧池实现完全硝化反应。系统抗冲击负荷的能力加强，出水水质更加稳定，脱氮率更高，二次沉淀池出水的CODCr和NH3-N等水质指标可以同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准。

[0017] 本发明采用“A/O/A/O(缺氧/好氧/缺氧/好氧)”为核心的生物脱氮处理工艺，工艺流程简述如下：经预处理后的焦化废水依次进入一级缺氧池、一级好氧池、回流沉淀池、二级缺氧池、二级好氧池、二次沉淀池，在一级缺氧池和好氧池内进行短程硝化和反硝化生物脱氮处理，在二级缺氧池内进行水解酸化、精脱氮处理，二级好氧池实现完全硝化反应。

[0018] 经过预处理后的焦化废水经提升后进入一级缺氧池的底部配水系统，同时回流沉淀池的上清液(回流比2～3∶1)也回流至该配水系统。

[0019] 本发明所述的一级缺氧池为竖流式，配水系统采用大阻力配水方式，池内满布固定弹性生物填料；在缺氧工况下，一级缺氧池内的厌氧反硝化菌以原废水中的有机物CODCr为碳源，以回流上清液中亚硝态氮和部分硝态氮的氧作为受电体，进行呼吸和生命活动，将其还原成氮气逸出，一级缺氧池名义停留时间约18～25h。一级缺氧池的出水依靠重力流进入一级好氧池，回流沉淀池的回流污泥(回流比1～2∶1)也回流至一级好氧池的进口[0020] 本发明所述的一级好氧池的出水依靠重力流进入回流沉淀池，将混合液进行固液分离，一部分上清液和底流污泥分别经泵提升回流至一级缺氧池、一级好氧池，而另一部分上清液顺流到二级缺氧池。回流沉淀池采用周边进、出水型式的辐流式沉淀池，水力负荷为3 2
1～1.5m/m·h。

[0021] 本发明所述的二级缺氧池也为竖流式，配水系统采用大阻力配水方式，池内满布固定弹性生物填料；焦化废水进入二级缺氧池后，在缺氧工况下，在池内进一步进行水解酸化反应，为反硝化反应提供有机物，进行精脱氮处理，降低了有机物含量，提高了焦化废水的脱氮率；二级缺氧池名义停留时间约5～12h。

[0022] 本发明所述的二级好氧池的出水依靠重力流进入二次沉淀池，将混合液进行固液分离，二次沉淀池底流污泥经泵提升回流到二级好氧池，二次沉淀池的上清液出水的CODCr和NH3-N同时达到国家废水综合排放标准(GB9878-1996)的一级标准，经过深度处理后可回用于其他用户，实现焦化废水零排放。

[0023] 本发明所述的二次沉淀池采用辐流式沉淀池，出水堰增设折流板，水力负荷为3 2
0.6～1m/m·h。

[0024] 本发明的优点在于，运行效果稳定，运行成本低，脱氮率高，二次沉淀池出水的CODCr和NH3-N等水质指标可以同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准，经过深度处理后可回用于其他用户，实现焦化废水零排放。

附图说明

[0025] 图1为本发明具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

[0026] 采用“A/O/A/O(缺氧/好氧/缺氧/好氧)”为核心的焦化废水生物脱氮处理工艺，具体实施方式如下：

[0027] 经过预处理后的焦化废水经提升后进入一级缺氧池的底部配水系统，同时回流沉淀池的上清液(回流比3∶1)也回流至该配水系统。一级缺氧池为竖流式，配水系统采用大阻力配水方式，池内满布固定弹性生物填料。在缺氧工况下，一级缺氧池内的厌氧反硝化菌以原废水中的有机物(CODCr)为碳源，以回流上清液中亚硝态氮和部分硝态氮的氧作为受电体，进行呼吸和生命活动，将其还原成氮气(N2)逸出，从而实现生物脱氮。反硝化反应能产生的碱度可以补偿后续硝化反应消耗的碱度的一半左右，因此可以节约焦化废水处理成本。一级缺氧池名义停留时间约18h。

[0028] 一级缺氧池的出水依靠重力流进入一级好氧池，回流沉淀池的回流污泥(回流比2∶1)也回流至一级好氧池的进口，经混合后在一级好氧池中推流运行，一级好氧池采用微孔曝气器充氧，在好氧工况下微生物进行硝化反应，按顺序逐步去除酚、氰化物、硫氰化物等并将焦化废水中的氨氮转化为亚硝态氮和部分硝态氮。硝化过程需投加碳酸钠，以补充硝化反应消耗的重碳酸盐碱度，并适量投加磷盐以维持细胞合成所需的碳氮磷比例关系。一级好氧池名义停留时间约36h。

[0029] 一级好氧池的出水依靠重力流进入回流沉淀池，将混合液进行固液分离，一部分上清液和底流污泥分别经泵提升回流至一级缺氧池、一级好氧池，而另一部分上清液顺流3 2
到二级缺氧池。回流沉淀池采用周边进、出水型式的辐流式沉淀池，水力负荷为1m/m·h。

[0030] 二级缺氧池也为竖流式，配水系统采用大阻力配水方式，池内满布固定弹性生物填料。焦化废水进入二级缺氧池后，在缺氧工况下，在池内进一步进行水解酸化反应，为反硝化反应提供有机物，进行精脱氮处理，降低了有机物含量，提高了焦化废水的脱氮率。二级缺氧池名义停留时间约9h。

[0031] 二级缺氧池的出水依靠重力流进入二级好氧池的进口，同时二次沉淀池的回流污泥(回流比1∶1)也回流至二级好氧池的进口，经混合后在二级好氧池中推流运行，二级好氧池采用微孔曝气器充氧，在好氧工况下微生物进行硝化反应，尽可能将亚硝态氮转化为硝态氮，进一步降解CODCr。硝化过程需投加碳酸钠，以补充硝化反应消耗的重碳酸盐碱度，并适量投加磷盐以维持细胞合成所需的碳氮磷比例关系。二级好氧池名义停留时间约18h。

[0032] 二级好氧池的出水依靠重力流进入二次沉淀池，将混合液进行固液分离，二次沉淀池底流污泥经泵提升回流到二级好氧池，二次沉淀池的上清液出水CODCr和NH3-N可以同时达到国家废水综合排放标准(GB9878-1996)的一级标准，经过深度处理后可回用于其他用户，实现焦化废水零排放。二次沉淀池采用辐流式沉淀池，出水堰增设折流板，水力负荷3 2
为0.8m/m·h。

[0033] 焦化废水生物脱氮处理工艺运行控制条件

[0034] 采用“A/O/A/O(缺氧/好氧/缺氧/好氧)”为核心的焦化废水生物脱氮处理工艺与系统溶解氧浓度、温度、碳氮比及回流比、泥龄和加碱量、磷量的控制好坏有关，不仅影响处理后的出水是否达标，而且还关系到处理成本的高低，因此，在线检测和分析化验是控制运行的重要一环。

[0035] (1)溶解氧(DO)

[0036] 亚硝化细菌、硝化细菌须在有溶解氧的环境下，使氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮以获得足够的能量用于生长。好氧池溶解氧控制在2.0-4.0mg/L，后曝气池溶解氧控制在2.0-5.0mg/L。

[0037] 反硝化菌将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气析出，是在缺氧的条件下进行，缺氧池溶解氧控制在0.5mg/L以下。

[0038] (2)温度

[0039] 硝化细菌对温度的变化很敏感，硝化细菌最合适的生长温度为27-32℃之间，低于27℃或高于32℃生长减慢，15℃以下硝化细菌的生长和硝化速率显著减慢。

[0040] 反硝化细菌对温度的变化不如硝化细菌敏感。反硝化细菌合适的生长温度为30-35℃之间，低于15℃以下反硝化速率显著减慢。

[0041] (3)反硝化碳氮比(BOD5/TKN)与回流比(R)

[0042] 反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮，从理论上讲，当废水中的BOD5/TKN＞2.86时，有机物即可满足需要。当废水中的BOD5/TKN为4左右时，废水回流比R(上清液回流量与Q的比值)为3，其脱氮率为70％以上。

[0043] (4)pH、碱度和磷

[0044] 亚硝化细菌、硝化细菌对pH的变化很敏感，亚硝化细菌适宜的pH值为7.0-8.5，硝化细菌适宜的pH值为6.5-7.5。回流沉淀池出水碱度一般控制在250mg/L以上，二沉池出水碱度一般控制在80-150mg/L，总磷一般控制在0.5mg/L。

[0045] 反硝化细菌对pH的变化不如硝化细菌敏感，在pH值为6-9的范围内，均能进行正常的生理代谢。

[0046] (5)有机负荷(F/M)与污泥龄(SRT)

[0047] F/M指单位重量的活性污泥，在单位时间内要保证一定的处理效果所承受的有机污染物量，单位为kgBOD5/(kgMLVSS·d)。生物硝化属低负荷工艺，F/M一般都在0.15kgBOD5/(kgMLVSS·d)以下，负荷越低，硝化进行越充分，硝化效率越高。与低负荷相对应，硝化菌的世代周期为31小时，为保证硝化菌的正常繁殖不流失，好氧段按二倍以上世代周期操作，通过控制剩余污泥量来控制SRT在62小时以上。

[0048] (6)有毒物质的影响

[0049] 有些重金属离子、络合阴离子、氰化物和一些有机物会干扰或破坏细菌的正常生理活动。当这些物质在水中的浓度较高，便会抑制生物硝化的正常进行。例如，当铅离子大于0.5mg/L、酚大于5.6mg/L、NH3-N浓度大于200mg/L时，硝化均会受到抑制。游离氨(FA)对硝化细菌、亚硝化细菌有不同程度的抑制作用。FA为0.6mg/L-5mg/L时，硝化细菌出于强烈的抑制状态，亚硝酸盐氮占硝态氮比率很高；FA大于5mg/L时，亚硝酸盐氮占硝态氮比率虽较高，但随着FA浓度上升，亚硝化细菌也逐渐处于抑制状态。