AO工艺处理吉化混合化工废水试验研究王俊杰

科研开发化工科技,1998,6(4):42一46SCIENCE&TECHNOLOGYINCHEMICALINDUSTRYA/O工艺处理吉化混合化工废水试验研究`王俊杰谢锐(吉化研究院,吉林,132021)摘要提出了一种化工生产中度水处理的新工艺—Aonixc/0ixc(A/0)工艺。实验室研究结果表明,该工艺能通过稍化一反砖化作用使吉化混合化工废水中c0D、NH3一N和TN同时得到有效降解,为废水达标排放提供了一条有效途径。关键词废水处理Anoxic/oxic葫化反葫化分类号X78吉化混合化工废水是由吉化染料厂、炼油厂等多家化工生产企业排放的工业污水和生活污水组成的混合废水,不仅化学需氧量(COD)、氨氮(NH3一N)、色度高,而且还含有多种有毒有害且难以生化降解的物质。1980年建成投产的吉化污水处理厂生化处理部分采用传统的鼓风曝气活性污泥法,由于工艺本身的局限性,出水水质不能达到国家一级排放标准的要求,见表1。表,污水处理厂传统活性污泥法出水水质《1992年上半年统计结果)污染物COD/氨氮/色度/种类m。·l一’mg·l一’倍成,通过硝化一反硝化作用使废水中的有机物和氨氮同时得到去除。(a)好氧段的生物硝化作用川NH4+在硝化细菌作用下转化为N02一和NO牙的过程称之为生物硝化,可用下式表示:亚硝酸菌ZNH4+302一ZNOZ一+4H硝酸苗++ZHZO+能量传统活性污泥法出水国家一级标准1981221(洲)25富在3项指标中,COD和色度超标的原因是废水中存在有色的难以生化降解的有机物,需依靠点源治理方法解决。对氨氮超标的问题,除通过必要的点源治理削减排放总量外,还必须对生化处理工艺进行改进,使之成为具有生物脱氮功能的新工艺。本研究的目的就是探索A/O工艺处理吉化混合化工废水的可行性,提出使COD、NH3一N全面达标的方法。ZNOZ一+02一ZNO3一+能量亚硝酸菌、硝酸菌属自养型菌,有强烈的好氧性,硝化作用在好氧段发生,一般要求溶解氧(DO)浓度大于3.omg/l。(b)缺氧段的生物反硝化作用〔’二N03一或NoZ一在反硝化细菌的作用下被还原为气态氮的过程称之为生物反硝化。反硝化菌属兼性厌氧菌,能在缺氧条件下利用各种有机碳源作为电子供体,以NO3一、N02一为电子受体,以甲醇为有机碳源时反硝化可用下式表示:硝酸还原菌6N03一+ZCH3OH一刃O工艺原理A/O工艺是具有生物脱氮能力的新型污水生物处理工艺,由缺氧段A段和好氧段0段组6N02一+ZCOZ+4HZO亚硝酸还原菌6NOZ一+3CH30H一3N2+3COZ+3H20+6OH-反硝化作用在缺氧段发生,一般要求DO小于0.5mg/l。收稿日期:1998一08一01作者简介:王俊杰,男.30岁,工程师。1991年毕业于清华大学环境工程系。现在吉化研究院环保所从事污水处理工艺研究,曾担任吉化污水处理厂改扩建工程科研项目—“A/O工艺处理吉化混合化工废水”分项负责人。,该项目获吉化集团公司1997年度科技成果特等奖。DOI:10.16664/j.cnki.issn1008-0511.1998.04.008第4期王俊杰等.A/O工艺处理吉化混合化工废水试验研究2试验部分2.1试验装置与流程试验在模试装置上进行,处理水量为1.0L/h,缺氧池容积2一4L,池内装有软性填料,用氮气搅拌,好氧池容积SL,底部装有微孔曝气板,整个系统有控温加热装置。系统只设了污泥回流,回流比由气提空气量控制在1.0一7.0范围内。污水配水槽容积100L,高位槽容积180L,高位槽上有流量控制装置,全流程如图l所示。污泥回流污水一沉淀池J一~出水稀释水、N、P、碱、碳源氮气空气图1模试流程圈剩余污泥试验水样取自吉化污水处理厂,根据试验需要取不含生活污水的工业污水和含生活污水的混合废水两类水样。原污水先在配水槽内进行调配再用泵打人高位槽,调配的方法有加稀释水、加氮、磷等营养盐、补充碱度、投加碳源等。高位槽内水控制一定流量进人缺氧池,泥水混合液经好氧池最终流入沉淀池分离,出水排放,污泥回流至缺氧池或间歇地排出系统。好氧池DO用溶解氧测定仪测量并通过调节曝气量和回流污泥量调节两池DO使A段Do不低于3.omg/l,O段Do不高于0.5mg/l。2.2试验过程与结果2.2.1污泥驯化试验用种污泥取自吉化污水处理厂生化曝气池,该污泥能很好地去除碳质COD,但却缺乏对NH3一N的去除能力,因此,必须对其中的硝化细菌进行培养驯化。初期驯化是在30℃以上的高温条件下进行的,方法是将取得的工业污水稀释降低COD,然后加氮、磷营养盐及碱以适于硝化细菌生长,接入种污泥后在总水力停留时间(HRT)为11.oh,A段、0段容积比为1:2条件下直接启动,A/O系统运行1周后,c0D去除率接近70%,NH3一N去除量达50mgl/,表明高温下的培养驯化在短期内完成。此后,由于试验的需要,试验装置要改在18~20℃的低温条件下运行,当温度骤降后,系统很快就失去了硝化作用,因此又开展了低温下的培养驯化。低温驯化采用闷曝培养一连续培养相结合的方法。在碱度、溶解氧充足条件下,停止进水闷曝3一5天,此时可观察到NH3一N有大幅度的降低,表明系统内已初步产生了硝化作用,此刻及时恢复进水继续观察进、出水NH3一N的变化。起初2次培养未获成功,主要原因是总HRT控制过短,仅11.Oh,导致了废水中有毒物质对硝化作用的抑制。将HRT延长至17.oh进行连续培养,NH3一N去除率开始稳步上升,20天后,NH3一N去除量达到45mgl/,表明低温下的污泥驯化已顺利完成。在污泥硝化作用培养过程中发现,反硝化作用总是同硝化作用同时出现,因此,无需培养驯化反硝化细菌。污泥驯化结果表明,在高温的夏季和低温的冬季,刀O工艺的启动方法是不同的,前者可通过控制运行条件直接启动,所需的HRT较短;后者要先进行闷曝培养再进行连续培养,所需HRT较长,而且需一段相当长的时间才能实现系统的启动。2.2.2系统的稳定运行完成污泥驯化后,系统进人了低温下的稳定运行阶段。之所以选择低温条件运行,主要是要取得吉化混合化工废水冬季最不利温度下的处理结果,以满足工程设计的要求。稳定运行期为l个多月,先在A段、O段容积比为1:2的条件下,考察了总HRT为17.0h、24.0h条件下的处理效果。然后固定O段容积不变,将A段容积减至原来的1/2,使两段容积比变为1:4,考察了不同的HRT对处理效果的影响。2.2.2.1COD的去除主要考察了A/0工艺本身对COD的去除能力和出水COD达标所需条件。在污泥驯化期和稳定运行期都可以观察到A/0系统对COD的去除。由于A/O工艺好氧段HRT较传统活性污泥法长些,所以COD的去除受HRT影响很小,但却与配制水样的水质有很化工科技第6卷大关系,将试验过程中3种不同类型配水的COD去除率数据统计结果汇总于表2。表23种类型配水COO去除率统计结果进水类型COD去除率范围,%COD平均去除率,%不含生活污水的工业污水含生活污水的混合废水乙醉为碳源的配水60.0~71.468.1一73.480.0一84.365670.782.1表2统计结果表明,A/0工艺对碳质COD有很强的去除能力,因此,吉化混合化工废水处理后,出水能否达标将取决于其可生化性。但就目前工业污水和混合废水COD去除率水平而言,其可生化性并不很好,这主要是受工业污水中难生化降解物质的影响。吉化30万ta/乙烯工程投产及点源治理后,吉化混合化工废水将增加碳源并减少不可生化降解的COD,同时废水量的增加还会对老装置的工业污水起到一定的稀释作用,这对出水COD的达标是有利的。下面结合模试结果说明出水COD达标所需的进水条件。将模试过程中工业污水占不同比例的配水相应的出水COD进行了统计,结果见表3。工业污水占配水比例表3工业污水占不同比例时出水COO6次配水相应的出水CoD/mg’l一,第1次第2次第3次第4次第5次第6次平均出水COD/mg·l一1l/2l/31571031501001461358682130791181396886根据表3结果进行插值分析,若使出水COD100mgl/。鉴100mgl/,工业污水占比例应为0.35。实际上2.2.2.2NaH一N的去除由于新增的碳源不可能被完全降解,因此,在计算NH3一N的去除是在0段通过硝化作用实现老装置点源治理应削减的不可生化CoD时,可假的,所以。段的HRT将会对NH3一N的去除带来定新增废水处理后出水coD为100mgl/,通过表直接的影响。不同的HRT对NH3一N去除效果的3计算,点源治理应去除原工业污水中不可生化影响见表o4COD总量的1/3以上,才能使最终出水COD蕊表4不同的HRT对N比一N去除效果的影晌,》总HRT/h0段HRT/h进水NH3一N/mg`I一l出水NH3一N/mg.l一tNH3一N去除率,%硝化比速率/kgNH,一N/kgMLvSS·d17.024.0:;.;696924l565.47吕.30.0590.051l)运行条件:温度:18~20℃;0段溶解氧:)3.omgl/;挥发性污泥浓度(MLvss):1.69l/由表4可见,2个不同HRT条件下,NH3一N后,出水NH3一N的达标将取决于O段HRT的选均有较大程度的去除,说明低温下A/0工艺对吉择。按模试取得的硝化比速率0.059kgNH3一N/化混合化工废水有着良好的去除NH3一N的能力,kgMLVS.Sd,MLVSS1.69.,1估计,出水NH3一N而且HRT较长时更有利于NH3一N的去除。但从小于25mgl/所需的O段HRT最短应为12.7ho硝化比速率看,HRT的延长在一定程度上导致了2.2.2.3总氮(丁N)的去除反应速率的降低,这说明硝化作用已开始受到碱O段发生硝化作用的同时,A段发生反硝化度、底物浓度等条件的限制。作用。虽然在A/O系统中还存在着同化作用,但吉化混合化工废水预定的生化进水NH3一NTN的去除大都是通过A段反硝化实现的。试验浓度是75mgl/,出水指标为25mgl/,在此浓度后期在相同的O段HRT下,考察了A段HRT改下,底物浓度的限制不是影响硝化作用的主要因变时投加碳源的配水的TN去除效果,见表5。素。在废水碱度通过投加碱的方式满足硝化需求表5不同的A段H盯、相同的O段HRT的,T’N去除效果,)A段HRT/hO段HRT/进水TN/mg·l一l出水TN/mg’l一1TN去除率,%反硝化比速率/kgNox一N/kgMLVSs·d24268.04.016.016.U767968.467.10.0620.086l)运行条件:温度:15一20℃;A段溶解氧:簇0.5mg/l;MLVSS:1.69/l第4期王俊杰等.A/O工艺处理吉化混合化工废水试验研究:表5结果表明,投加乙醇作为有机碳源时,灯0工艺对吉化混合化工废水有良好的脱氮作用。A段HRT8.oh和HRT4.0h两组试验结果相比较,TN去除率相近,但反硝化比速率却出现很大差异.结合A段出水N几一N和NOZ一N仍能够检出这一分析结果,可以断定系统存在碳源不足的问题,碳源不足时,有效的HRT相对缩短,此时A段选择较长的HRT直接旦致了硝化比速率的降低。吉化混合化工废水中新增碳源后,水质情况与投加乙醇的模试水质不可能完全相同,因此,要使脱氮作用能够在较高的反应速率下进行,必须根据实际水质条件的变化对A段、O段容积比进行调节。根据模试结果估计,两段容积比可在1:4一1:2间选择。2.3分析讨论2.3.,温度的影响与去碳菌和反硝化菌相比,硝化细菌对温度的变化更敏感。污泥培养驯化过程中温度对驯化程序和驯化时间的显著影响说明了温度对硝化细菌的生长至关重要。从模试运行过程中观察到,温度低于18℃时,硝化作用进行十分困难。吉化混合化工废水夏季温度高达30℃,冬季温度18℃左右,其中一项有利的措施是将化肥生产过程中产生的一股高温废水引人到生化处理装置,如将传统活性污泥法改造为灯O工艺,这股废水的进人是保证温度的必不可少的条件。在此条件下,吉化混合化工废水能够在全年时间里进行生物脱氮处理。