生物脫氮技術(shù)在我國廢水處理中的應(yīng)用與研究

    焦化廢水是一種典型的難降解有機(jī)廢水，主要是在煤高溫?zé)捊?、煤氣凈化、產(chǎn)品回收及焦油、粗苯精制過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水[1]。焦化廢水水量大，水質(zhì)復(fù)雜，含有焦油、苯、酚、氰化物、氨氮、硫化物等污染物，是典型的有毒、有害的工業(yè)廢水。以前，我國有相當(dāng)比例的焦化廠采用傳統(tǒng)的活性污泥法處理焦化廢水，這種方法是讓生物絮凝體及活性污泥與廢水中的有機(jī)物充分接觸；溶解性的有機(jī)物被細(xì)胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產(chǎn)物(主要是CO2)。非溶解性有機(jī)物先被轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)物，然后被代謝和利用。但是采用該方法，出水中的酚、氰、BOD5基本達(dá)標(biāo)，而CODCr、NH3－N等污染物指標(biāo)均難于達(dá)標(biāo)，特別是對NH3－N污染物，幾乎沒有降解作用。過量CODCr和NH3－N超標(biāo)排放對人類、水產(chǎn)、農(nóng)作物都構(gòu)成了很大危害。
　　
　　近年來我國焦化行業(yè)隨著鋼鐵生產(chǎn)的快速增長取得了長足發(fā)展。2006年國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)政策司副司長侯世國表示，今后3年焦炭生產(chǎn)能力將保持在3億t左右。我國在躍居世界焦炭第一生產(chǎn)大國的同時(shí)，焦化廢水的超標(biāo)排放也對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。如何加快焦化污水的治理力度，推進(jìn)清潔生產(chǎn)的步伐，已成為焦化行業(yè)當(dāng)前極為緊迫的任務(wù)。
　　
　　1我國焦化廢水脫氮治理現(xiàn)狀
　　
　　近年來國家對焦化行業(yè)出臺一系列相關(guān)法規(guī)，制定相關(guān)的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，加大環(huán)保治理的力度，提高了資源的利用率，使焦化廢水污染的狀況有所改變，污染基本得到控制。2005年國家發(fā)改委根據(jù)“焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件”的要求，對國內(nèi)焦化生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了檢查考核，達(dá)到清潔生產(chǎn)二級以上標(biāo)準(zhǔn)的焦化企業(yè)有94家，占國內(nèi)焦化企業(yè)總數(shù)的24%。另據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，2005年我國焦化行業(yè)只有不足35%的焦化企業(yè)裝有脫氮功能的污水處理裝置，不少焦化企業(yè)廢水排放量已超過該地區(qū)河段的承載能力，河流污染和生態(tài)遭到破壞的同時(shí)，也給企業(yè)帶來了極大的生存壓力。
　　
　　鑒于焦化廢水處理技術(shù)的缺陷及廢水處理成本較高的實(shí)際，不少焦化企業(yè)的廢水凈化裝置時(shí)開時(shí)停，那些年產(chǎn)量低于50萬t規(guī)模的焦化廠家，根本沒有廢水處理設(shè)施，更加劇了環(huán)境質(zhì)量的惡化。老焦化企業(yè)焦化廢水治理僅使用普通的生物脫酚技術(shù)，排放的廢水，CODCr和NH3－N根本未得到處理。隨著焦?fàn)t裝備水平的提高，一些老焦化企業(yè)擴(kuò)建改建焦?fàn)t，由于受總圖布置及工藝條件的限制，廢水處理設(shè)施不能同步配套實(shí)施，這就使得廢水污染總量隨著焦炭產(chǎn)量的增產(chǎn)而增加。
　　
　　國家“十一五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃強(qiáng)調(diào)實(shí)施更加嚴(yán)格的污染物排放總量控制政策，把防治污染作為今后的主要工作之一，并強(qiáng)調(diào)提出，到2010年焦化污水處理達(dá)標(biāo)率達(dá)100%，焦化生產(chǎn)工業(yè)水重復(fù)利用率≥95%。“煉焦工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”也明確規(guī)定，到2009年1月1日，煉焦企業(yè)的水污染物最高允許排放濃度，COD≤100mg/L、NH3－N≤15mg/L。而目前80%以上的焦化企業(yè)廢水排放值大大超過這一指標(biāo)。
　　
　　針對這種狀況，近年來，人們從微生物、反應(yīng)器及工藝流程幾方面著手，研究開發(fā)了生物強(qiáng)化技術(shù)：生物流化床，固定化生物處理技術(shù)及生物脫氮技術(shù)等。
　　
　　這些技術(shù)的發(fā)展使得大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了生物降解處理，出水水質(zhì)得到了很大改善，使得生物處理技術(shù)成為一項(xiàng)很有發(fā)展前景的廢水處理技術(shù)。本文僅對焦化廢水脫氮卓有成效的方法——生物脫氮技術(shù)進(jìn)行介紹。
　　
　　2生物脫氮技術(shù)及其應(yīng)用
　　
　　焦化廢水處理的主要目的是去除廢水中的CODCr和NH3－N，生物脫氮技術(shù)是較經(jīng)濟(jì)、實(shí)效、無污染轉(zhuǎn)移、易操作掌握的典型工藝技術(shù)。它是利用微生物的生物化學(xué)作用，將廢水中的氨氮經(jīng)硝化和反硝化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成無害的氮?dú)舛ァＩ锩摰臋C(jī)理是廢水中的氨氮在好氧的條件下，首先被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，此過程被稱為硝化反應(yīng)，然后在缺氧的條件下被反硝化菌還原為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)總氮的脫除，這個(gè)過程稱為反硝化反應(yīng)。
　　
　　目前用于焦化廢水生物脫氮的工藝主要有缺氧－好氧(A/O)法、厭氧－缺氧－好氧(A-A/O)法和SBR法等，另外A/O-O法也是A/O工藝的延伸,同屬于以缺氧－好氧為基本流程的生物脫氮工藝。
　　
　　2.1A/O法
　　
　　A/O工藝流程是廢水首先進(jìn)入缺氧池，然后進(jìn)入好氧池，沉淀池上層清液部分回流至缺氧池，污泥則回流至好氧池。在好氧池中，發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氮被氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，在缺氧池中，回水中的硝態(tài)氮與原水中的有機(jī)碳發(fā)生反硝化反應(yīng)，硝態(tài)氮被還原為氮?dú)舛莩?，?shí)現(xiàn)總氮的脫除和CODCr的降解。劉柒變［2］等通過對A/O法處理焦化廢水中氨氮的工藝及影響因素的研究，認(rèn)為控制較高的pH值，較長的污泥齡及C/N＞2.86等參數(shù)，有利于提高脫氮效率。另外，溫度和回流比也是重要的影響因素。
　　
　　合肥鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠、安陽鋼鐵公司焦化廠、昆明焦化制氣廠采用A/O(缺氧/好氧)法生物脫氮工藝，運(yùn)行結(jié)果表明該工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，廢水處理效果良好，但是處理設(shè)施規(guī)模大，投資費(fèi)用高。上海寶鋼焦化廠將原有的A/O生物脫氮工藝改為A/O-O工藝，污水處理效果優(yōu)于A/O工藝，運(yùn)行成本有所降低，效果明顯。山西某焦化廠采用A/O法為主的工藝處理焦化廢水，經(jīng)過污泥的培養(yǎng)、馴化、調(diào)試運(yùn)行，外排水中的主要污染物指標(biāo)達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的一級標(biāo)準(zhǔn)，CODCr和NH3－N去除率達(dá)90%－96%。
　　
　　2.2A-A/O法
　　
　　該工藝特點(diǎn)在于在一般缺氧/好氧工藝的基礎(chǔ)上增加厭氧工段。在厭氧段，廢水中難以降解的有機(jī)物開環(huán)變?yōu)殒湢罨衔铮滈L的化合物開鏈為鏈短的化合物。這些有機(jī)物進(jìn)入缺氧段就能成為可利用的碳源，因而處理效果較A/O法好，且勿需投加碳源，氨氮去除率大于60%，但厭氧段的操作條件較難控制。楊平[3]對攀鋼焦化廢水進(jìn)行了A-A/O法生物脫氮中試研究，試驗(yàn)表明，流化床生物脫氮A-A/O法工藝處理焦化廢水氨氮具有較好的效果，進(jìn)水氨氮平均470mg/L,出水平均10.33mg/L,達(dá)到了一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　3焦化廢水脫氮技術(shù)的優(yōu)化工藝
　　
　　焦化廢水的排放破壞了生態(tài)環(huán)境，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，給焦化企業(yè)的生存和社會(huì)環(huán)境帶來了巨大壓力。焦化廢水作為一種典型的含有難降解有機(jī)物工業(yè)廢水，其治理技術(shù)與工藝改進(jìn)已成為業(yè)內(nèi)熱點(diǎn)課題。針對現(xiàn)有A/O脫氮工藝的缺陷，優(yōu)化并開發(fā)新型脫氮工藝勢在必行。
　　
　　3.1A/O-O工藝
　　
　　目前國內(nèi)生物脫氮技術(shù)存在的共性難題主要是細(xì)菌成活率較低，處理規(guī)模偏小，脫氮效率不穩(wěn)定，凈化效果較差。近10余年來，我國多家焦化企業(yè)在應(yīng)用A/O工藝的基礎(chǔ)上，對生物脫氮技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化為A/O-O工藝，該工藝的特點(diǎn)是可以適當(dāng)?shù)乜刂频谝缓醚醵?O1)的溶解氧的量,該段沒能完全氧化的氨氮及COD保證在第二好氧段(O2)進(jìn)一步氧化,不但提高了對廢水中污染因子的降解能力,而且還降低了運(yùn)行成本。
　　
　　3.2SBR工藝
　　
　　A/O法雖然處理效果好，但工程投資大、運(yùn)行費(fèi)用高。SBR工藝是一種間歇運(yùn)行的活性污泥法廢水處理工藝，是對A/O法的改進(jìn)，它在同一反應(yīng)器內(nèi)，通過程序化控制充水、曝氣反應(yīng)、沉淀、排水、排泥等5個(gè)階段，順序完成缺氧、厭氧和好氧過程，實(shí)現(xiàn)對廢水的生化處理。實(shí)踐證明SBR生物脫氮工藝是一種新的、不需要外加碳源的脫氮方法，具有操作靈活、能適應(yīng)多種處理要求的新工藝。為提高焦化廢水的可生化性，先通過缺氧反應(yīng)，再進(jìn)入SBR反應(yīng)系統(tǒng)，從而形成了缺氧-SBR法。SBR工藝用于生物脫氮時(shí)，可獲得比常規(guī)活性污泥法好得多的效果。羅建中［4］等對此方法進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：先對焦化廢水進(jìn)行曝氣吹脫，10h氨氮去除率達(dá)73.7%；用缺氧-SBR工藝處理焦化廢水，進(jìn)水質(zhì)量濃度COD1474mg/L，NH3－N826.8mg/L時(shí)，缺氧SBR10h，曝氣SBR10h，沉降2h，出水COD186mg/L，NH3－N290.25mg/L，去除率分別達(dá)到88%和65%。
　　
　　4結(jié)語
　　
　　焦化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，給環(huán)境帶來持久性有機(jī)污染物的危害已經(jīng)出現(xiàn)，加劇了我國環(huán)境形勢的嚴(yán)峻性，焦化廢水脫氮治理的這一世界性環(huán)保難題，我國目前采用的A/O法，技術(shù)手段尚有局限，必須優(yōu)化其工藝路線并開發(fā)新的污水凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焦化廢水處理的高效化、大型化和實(shí)用化。焦化企業(yè)要嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)的基本國策，加大廢水治理力度，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，創(chuàng)建節(jié)約型“清潔型”循環(huán)發(fā)展型的焦化企業(yè)。
　　
　　[參考文獻(xiàn)]
　　
　　[1]曾高.A-A/O法在焦化廢水處理上的應(yīng)用[J].湖南冶金，2003，31(3)：39.
　　
　　[2]劉柒變，等.A/O生物法脫除焦化廢水中氨氮的工藝及影響因素[J]，煤化工.2004，(3)：52-57.
　　
　　[3]楊平，生物流化床A-A/O工藝處理焦化廢水中試研究[J].化工學(xué)報(bào)，2002，53(10)：1085-1088.
　　
　　[4]羅建中，等.缺氧-SBR工藝處理焦化廢水[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2001，14(4)：58-62.
　　
　　[作者簡介]周長麗(1967-)，女，碩士，副教授，從事化工和環(huán)境多個(gè)有關(guān)專業(yè)的教學(xué)工作。