1 概況

萊鋼焦化廠2006年11月新建成1套年產(chǎn)焦炭120萬t的焦化系統(tǒng)，包括JN60-Ⅱ型（60孔）焦?fàn)t2座、與之配套的煤氣凈化系統(tǒng)、焦化廢水處理系統(tǒng)。其中焦化廢水處理系統(tǒng)由溶劑脫酚、蒸氨、生物脫氮3部分組成。

新建的生物脫氮系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理原水能力為70 t/h，采取AA/O工藝，由預(yù)處理、生化處理、后混凝沉淀處理、污泥脫水等4個(gè)單元組成。具體工藝過程為：蒸氨廢水和其它廢水混合進(jìn)入酚水槽，經(jīng)過預(yù)處理階段（氣浮除油、壓浮除油），除去廢水中的油；然后用泵打入?yún)捬醭?。在厭氧池?nèi)，降解污水中一部分有害物質(zhì)，同時(shí)提高污水的可生化性。厭氧池出水用泵打入缺氧池，以進(jìn)水中的有機(jī)物作為反硝化的碳源和能源，以回流水中的硝態(tài)氮作為反硝化的氧源，在缺氧池內(nèi)進(jìn)行反硝化反應(yīng)，使廢水中的氨氮，COD等污染物得以除去和降解。同時(shí)在缺氧池內(nèi)可以除去部分有機(jī)物，減輕好氧池負(fù)荷。缺氧池出水和二沉池的回流污泥一同進(jìn)入好氧池，在好氧菌的作用下進(jìn)行硝化反應(yīng)，同時(shí)在此除去部分有機(jī)物和絕大部分的酚、氰污染物。從好氧池流出泥水混合物進(jìn)入二次沉淀池，進(jìn)行泥水分離，上部清液大部分回流到缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，剩余廢水流入混凝反應(yīng)池，在此加入混凝劑，進(jìn)一步除去水中的懸浮物之后送到熄焦池（或外排）。其反應(yīng)分兩步進(jìn)行，機(jī)理如下：

第1步，硝化反應(yīng)：亞硝化菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽；亞硝酸鹽在硝化菌的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

NH4++1.5O2→NO2－+H2O+2H＋；NO2－+0.5O2→NO3－

第2步，反硝化反應(yīng)：亞硝酸鹽、硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮。

NO2－+3H（電子供體－有機(jī)物）→1/2N2↑+H2O+OH－

NO3－+5H（電子供體－有機(jī)物）→1/2N2↑+2H2O+OH－

萊鋼焦化廠生物脫氮工藝流程見圖1。

1—射流凈化機(jī)；2—其它廢水井；3—酚水槽；4—調(diào)節(jié)池；5—浮選池；6—厭氧吸水井；7—厭氧池；8—堿液池；9—缺氧池；10—好氧池；11—鼓風(fēng)機(jī)；12—二次沉淀池；13—污泥回流井；14—污泥濃縮池；15—混合反應(yīng)池；16—混凝沉淀池；17—處理后水池；18—污泥脫水機(jī)。

圖1  生物脫氮工藝流程

2 投產(chǎn)前、后存在的問題

1）生物脫氮系統(tǒng)與焦?fàn)t、煤氣凈化系統(tǒng)相比，由于施工場地騰出較晚等原因，建設(shè)較遲，且施工進(jìn)度緩慢。要等到系統(tǒng)全部建設(shè)完工再投料生產(chǎn)，則焦化系統(tǒng)投產(chǎn)后產(chǎn)生的工序廢水無法進(jìn)行處理。根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)保“三同時(shí)”的相關(guān)規(guī)定，焦?fàn)t無法加煤生產(chǎn)，對(duì)后續(xù)工序影響巨大。

2）按照以往生物脫氮系統(tǒng)開工經(jīng)驗(yàn)，必須有一定的原料廢水做開工儲(chǔ)備，分階段在好氧池內(nèi)投入原料廢水培養(yǎng)馴化活性污泥，直至達(dá)到滿負(fù)荷處理?xiàng)l件。這樣帶來的問題是無法使煉焦過程中產(chǎn)生的廢水在第一時(shí)間處理合格，熄焦水的質(zhì)量難以得到保證。

3）投料開工的時(shí)間恰逢嚴(yán)冬，氣溫、水溫太低?；钚晕勰嘣?5～35 ℃時(shí)活性最高，分解有害物質(zhì)的能力也最強(qiáng)。隨著溫度的降低，活性也逐漸降低，至15 ℃時(shí)微生物已幾乎沒有活性，甚至?xí)鹞⑸锼劳觥?/p>

3 采取的措施

1） 根據(jù)工程建設(shè)、設(shè)備管道安裝的進(jìn)度，結(jié)合2座焦?fàn)t的加煤出焦時(shí)間，最終確定先開1套AA/O系統(tǒng)，待第2座焦?fàn)t加煤出焦前再開第2套。每套系統(tǒng)先開O段（好氧段）、再開A段（缺氧、厭氧段）、最后開絮凝沉淀、污泥脫水系統(tǒng)。同時(shí)與工程建設(shè)部門及時(shí)聯(lián)系、溝通，工程建設(shè)部門按照開工順序，分先后、主次，施工、安裝，使生物脫氮系統(tǒng)的開工工作與工程建設(shè)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。

2）為保證煉焦過程中產(chǎn)生的廢水在第一時(shí)間處理合格，改善熄焦水的質(zhì)量，改進(jìn)了此次的方案。傳統(tǒng)開工方法，是一邊向好氧系統(tǒng)加污泥，一邊進(jìn)廢水進(jìn)行處理。開工初期，污泥體積少，廢水處理量也很小。經(jīng)過分析論證，決定提前向好氧池中投加污泥（微生物），并投加適量的磷、葡萄糖等微生物所必需的養(yǎng)分，間歇曝氣使好氧池保持溶解氧在2～４mg/L，對(duì)活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)、馴化，確保焦?fàn)t投產(chǎn)時(shí)，廢水全部進(jìn)行處理。

3）針對(duì)氣溫、水溫太低，不可避免地影響微生物活性的情況，對(duì)微生物活性進(jìn)行控制。前期采取直接在好氧池內(nèi)通入蒸汽升溫的方式，后期通過開升溫后的回流污水（回流污水在缺氧吸水井內(nèi)有間接加熱的蒸汽管）來保證好氧池內(nèi)的溫度。但是如果在沒有廢水的情況下投加污泥，由于微生物所需生存環(huán)境不能達(dá)到要求，將會(huì)造成污泥大面積死亡。所以此階段必須控制微生物的活性，而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度是控制微生物的最為普遍的途徑。最終確定：將好氧系統(tǒng)溫度控制在10～15 ℃左右，在降低污泥活性的同時(shí)，又能夠保證污泥存活。實(shí)施過程如下：

2006年11月26日，生物脫氮系統(tǒng)好氧池完成施工，11月27日，開始向好氧系統(tǒng)投加污泥，至12月7日結(jié)束。由于天氣寒冷，好氧系統(tǒng)溫度很快降至15 ℃以下，為了不使溫度降得過低，采用加循環(huán)水（30 ℃）和臨時(shí)蒸汽來保證好氧系統(tǒng)溫度在10 ℃左右。通過控制風(fēng)量和鼓風(fēng)機(jī)開停機(jī)時(shí)間來控制水中溶解氧含量。在投加污泥過程中，及時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，觀察微生物狀態(tài)。經(jīng)過幾天的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，污泥結(jié)構(gòu)松散，不易沉降，說明污泥活性已很低，污泥只是懸浮于水中，沒有浮于表面，說明污泥仍存活。達(dá)到了開工前設(shè)想的目標(biāo)。

2006年12月3日，新建焦?fàn)t投產(chǎn)，開始提高好氧系統(tǒng)溫度，恢復(fù)污泥活性。廢水加入和污泥活性提高同時(shí)進(jìn)行。12月9日，蒸氨廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)，直接進(jìn)入好氧池。8 h后，二次沉淀池出水。按計(jì)劃將所有出水由回流污水管引入缺氧給水井，開啟缺氧泵打入缺氧池，待缺氧池進(jìn)水一半以上時(shí)，開啟缺氧給水井蒸汽進(jìn)行加熱。10 h后，缺氧池滿，加熱后的溫水進(jìn)入好氧池。2 d后，好氧池溫度達(dá)到20 ℃，好氧池進(jìn)蒸氨廢水40 h，池內(nèi)廢水指標(biāo)已基本能滿足需要。將此稱為“延遲升溫，創(chuàng)造環(huán)境”。此種進(jìn)水和升溫方式，不但為好氧系統(tǒng)創(chuàng)造了條件，而且由于缺氧池溫度適宜，也為缺氧池開工打下了良好基礎(chǔ)。

開工初期，由于廢水處理量偏少，根據(jù)焦?fàn)t熄焦用水的需要，還需兌入一定量的稀釋水，好氧池內(nèi)微生物的活性恢復(fù)較快。所以，系統(tǒng)出水一開始進(jìn)入處理后水池的水就達(dá)到了指標(biāo)要求，并一直保持。實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的系統(tǒng)出水第一時(shí)間合格的目標(biāo)，保證了焦?fàn)t熄焦用水的水質(zhì)水量。

隨后，缺氧以及后序系統(tǒng)工程完成后，向缺氧池內(nèi)輸送部分污泥，并開啟循環(huán)掛膜泵對(duì)填料實(shí)施掛膜，歷經(jīng)7 d后，出水氨氮達(dá)到了15 mg/L以下，達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 語

此次生物脫氮系統(tǒng)的冬季開工，創(chuàng)新的開工方案合理、可行，創(chuàng)出了同行業(yè)達(dá)效的最快記錄，同時(shí)萊鋼焦化廠新建焦化工序廢水也順利實(shí)現(xiàn)“零排放”。但還有如下問題值得關(guān)注、商榷：

1）作為生物脫氮上道工序的蒸氨系統(tǒng)必須運(yùn)行固定銨分解，使生物脫氮系統(tǒng)主要的原料水－蒸氨廢水氨氮含量保持在300～450 mg/L范圍內(nèi)，否則系統(tǒng)進(jìn)水總鹽度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定值的上限，嚴(yán)重影響缺氧、厭氧單元，最終使污泥活性體積下降且泥齡縮短，脫氮效率下降。

2）應(yīng)注意定期檢測進(jìn)水硫化物含量。硫化物對(duì)生化處理有明顯的不利影響，當(dāng)硫化物的含量達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)嚴(yán)重抑制微生物的生理活性。因此污水原水中硫化物的含量開工前必須進(jìn)行確認(rèn)。

3）由于回流污水會(huì)夾帶少量活性進(jìn)入缺氧池，所以污泥缺氧池在不特別倒入污泥的條件下，只要開啟污水回流，即可發(fā)生反硝化反應(yīng)，致使系統(tǒng)pH值迅速下降。因此，開回流污水前，必須備好充足的堿源并確保加堿設(shè)備管道通暢，及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的pH值，使之維持在6.5～7.5之間。

4）建議取消前置厭氧段。厭氧段和缺氧段的主要作用是將不易降解的大分子物質(zhì)水解為小分子物質(zhì)，同時(shí)對(duì)污染物也有一定的去除作用。但實(shí)際上厭氧段的水解是沒必要的，一方面對(duì)氨氮沒有任何去除作用，浪費(fèi)了反應(yīng)時(shí)間；另一方面其將易降解的一部分有機(jī)物去除了，對(duì)后續(xù)也需要碳源的生物脫氮不利。再者，厭氧菌難以培養(yǎng)、馴化，原料水水質(zhì)、水溫稍有波動(dòng)，就會(huì)影響厭氧菌的活性，甚至導(dǎo)致其大量死亡。

5）厭氧段和缺氧段內(nèi)的生物填料和布水器不僅加大了工程投資，而且也增加了運(yùn)行管理難度；更為重要的是：在正常運(yùn)行條件下，填料上生物膜的“新舊更替”的水力條件難以滿足，這也使得設(shè)置有填料的厭氧池及缺氧池難以發(fā)揮預(yù)期的作用，出水氨氮、COD等指標(biāo)難以保持長周期的達(dá)標(biāo)。因此，建議對(duì)目前的設(shè)施進(jìn)行改進(jìn)。

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