引言
近年來，我國的煉焦行業(yè)發(fā)展極其迅速，目前我國焦炭年產(chǎn)量達(dá)1.78億t，占世界焦炭總產(chǎn)量的45.6%，成為世界最大的焦炭生產(chǎn)國。但是焦炭生產(chǎn)中排放出大量的廢水、廢氣等有害污染物，使其成為污染最為嚴(yán)重的行業(yè)之一。
焦炭是高耗水產(chǎn)業(yè)，每年全國焦化廢水的排放量約為2.85億t。而我國焦化企業(yè)的普遍現(xiàn)狀是治理工藝落后、污水處理設(shè)備陳舊，大部分焦化廠排污存在CODcr不能達(dá)標(biāo)、NH3-N嚴(yán)重超標(biāo)等問題。除少數(shù)廠外，大部分廠幾乎未對(duì)NH3-N進(jìn)行處理，因此進(jìn)一步降低排水CODcr濃度和提高NH3-N去除率是焦化廢水處理的焦點(diǎn)。
由焦化廢水中所含有毒、有害物質(zhì)造成的污染和中毒事件屢見不鮮，因此其治理已到了刻不容緩的地步。美國、日本、英國等國由于日益要求嚴(yán)格的環(huán)保等因素影響，已限制焦炭生產(chǎn)。焦化廢水的治理已成為世界性難題。2004年，我們?cè)谏轿髋R汾同世達(dá)實(shí)業(yè)有限公司的焦化廢水治理的工程實(shí)踐中，取得了良好的處理效果，經(jīng)過100多天的生物調(diào)試，出水已穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，為焦化廢水的治理摸索了一條有益的道路。
1焦化廢水的來源、組成和水量
臨汾同世達(dá)實(shí)業(yè)有限公司是年產(chǎn)70萬t冶金焦的煉焦廠，生產(chǎn)工藝主要由焦化工藝、化產(chǎn)生產(chǎn)工藝兩部分組成。焦化廢水主要有生產(chǎn)廢水和生活化驗(yàn)廢水組成，共有5種廢水，見表1。
2污水處理工藝簡(jiǎn)述
本工程的設(shè)計(jì)處理水量為57m3/h，其中生產(chǎn)工藝廢水40m3/h，在生化階段加入17m3/h的稀釋水（工業(yè)循環(huán)水、生活污水）。處理工藝由預(yù)處理、生物處理和深度處理等部分組成。工藝流程圖如圖1所示。預(yù)處理段由格柵、隔油沉淀池、調(diào)節(jié)池、事故池、氣浮處理裝置組成；生物處理段采用A/O2工藝，處理水流至二沉池進(jìn)行泥水分離后，進(jìn)入混合反應(yīng)池及混凝沉淀池進(jìn)行深度處理，出水回用或達(dá)標(biāo)外排。
二沉池及混凝沉淀池的污泥進(jìn)入污泥井，經(jīng)污泥泵提升進(jìn)入污泥脫水機(jī)房?jī)?nèi)濃縮脫水一體機(jī)進(jìn)行污泥脫水，脫水后的泥餅定時(shí)外運(yùn)，反沖洗水和濾液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。
3生物調(diào)試期間活性污泥培養(yǎng)及馴化
3.1種泥的來源及投加
本工程A/O2反應(yīng)池投加菌種污泥來源于臨汾市污水處理廠（氧化溝工藝）的脫水污泥。菌種污泥的含水率約為85%左右。菌種污泥在A/O2反應(yīng)池的1#、2#的O1、O2池上多點(diǎn)投加，直接投入好氧反應(yīng)池。
因本工程污水處理系統(tǒng)選用的菌種污泥為市政污水處理廠的好氧系統(tǒng)的脫水污泥，其培養(yǎng)、馴化的污泥微生物在焦化廢水處理中有一定局限性，焦化廢水中的特有的污染物質(zhì)不能很好得到降解，因此必須將菌種污泥馴化，誘導(dǎo)出針對(duì)焦化廢水處理專有微生物種類群種。所以在這期間，我們首先對(duì)投加完畢的污泥進(jìn)行悶曝氣，使已經(jīng)厭氧消化的污泥逐步轉(zhuǎn)向好氧狀態(tài)，污泥顏色由黑變黃，污泥活性逐步恢復(fù)。
3.2好氧污泥的培養(yǎng)及馴化
活性污泥的培養(yǎng)、馴化工作在A/O2反應(yīng)池進(jìn)行。菌種投加初期，系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下開始進(jìn)水，為防止前期啟動(dòng)過程中受進(jìn)水條件的負(fù)荷沖擊，我們采用設(shè)計(jì)的滿負(fù)荷運(yùn)行下的稀釋水量（17m3/h），加入少量的焦化廢水，保持在5m3/h～10m3/h，采取連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水的方式進(jìn)行污泥馴化和培養(yǎng)工作。
在此期間，污泥的活性初步得到了恢復(fù)，并逐漸適應(yīng)焦化廢水的水質(zhì)。污泥出現(xiàn)一定的增長，但對(duì)污染物的去除效果不太理想，生物相也不太好，分析原因，主要是由于蒸氨塔運(yùn)行的工藝控制得不好，致使蒸氨塔出水NH3-N濃度高達(dá)500mg/L～800mg/L，生化系統(tǒng)的NH3-N濃度也達(dá)200mg/L～300mg/L，微生物被高濃度的NH3-N所抑制，系統(tǒng)的污泥活性基本處于對(duì)高濃度氨氮的適應(yīng)性的馴化中，這給生化系統(tǒng)的污泥馴化、培養(yǎng)工作帶來了相當(dāng)程度的制約。針對(duì)上述情況，廠方生產(chǎn)部門采取了積極有效的措施，蒸氨廢水水質(zhì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)進(jìn)水要求，生物調(diào)試工作逐步走向正常狀態(tài)。
在生物調(diào)試初期，我們重點(diǎn)對(duì)好氧污泥進(jìn)行培養(yǎng)和馴化，但即使保持低流量進(jìn)水、延長好氧反應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)出水的CODcr、NH3-N卻一直都比較高，如圖2所示，為此，我們及時(shí)啟動(dòng)了反硝化反應(yīng)，使出水水質(zhì)得到改善。
3.3反硝化的啟動(dòng)和缺氧污泥的培養(yǎng)及馴化
當(dāng)污水量提高到20m3/h時(shí)，我們及時(shí)啟動(dòng)了反硝化反應(yīng)，通過調(diào)整混合液回流比保持缺氧池中的溶解氧在0mg/L～0.3mg/L，并通過向好氧系統(tǒng)投加NaOH、NaHCO3維持硝化反應(yīng)所需要的pH和堿度。采取了上述措施后，反硝化反應(yīng)順利啟動(dòng)，缺氧池表面可以觀察到穩(wěn)定均勻的氣泡逸出，說明系統(tǒng)產(chǎn)生了N2氣，水質(zhì)分析時(shí)可以更明顯地觀察到缺氧池中的水樣大量逸出氣泡的現(xiàn)象。在反硝化反應(yīng)啟動(dòng)一段時(shí)間以后，系統(tǒng)出水的CODcr、明顯降低，反硝化產(chǎn)生的堿度補(bǔ)充一部分硝化反應(yīng)所需要的堿度，好氧系統(tǒng)投加NaOH、NaHCO3也逐漸降低，水質(zhì)情況如表2所示。表2反硝化反應(yīng)啟動(dòng)后的水質(zhì)情況。
這說明：焦化廢水中許多難生物降解的稠環(huán)芳香烴和雜環(huán)化合物在單純的好氧生物處理工藝（曝氣池、生物濾池）中去除率很低，但經(jīng)過生物脫氮工藝處理后，這些污染物質(zhì)的去除率顯著提高，且主要是在反硝化過程中被去除。
隨著污泥培養(yǎng)、馴化的逐步進(jìn)行，污泥質(zhì)量得到改善，污泥外觀由黑色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥咙S色，系統(tǒng)處理效果明顯提高，出水NH3-N有所下降。MLSS開始逐步上升至2000mg/L左右，污泥活性逐步提高，沉降性能良好，活性污泥呈現(xiàn)似棉花狀的絮體，活性污泥的培養(yǎng)開始發(fā)生由量變到質(zhì)變的巨大變化。
3.4活性污泥培養(yǎng)馴化的成熟階段
從污泥的培養(yǎng)馴化開始，經(jīng)過近兩個(gè)多月時(shí)間的運(yùn)行調(diào)整，系統(tǒng)的運(yùn)行日趨穩(wěn)定，處理效果良好。調(diào)試中逐漸提高配水比例（處理水量=污水量+稀釋水量），污水的配水比例按10%～20%逐漸提高，直到全部廢水都進(jìn)入處理系統(tǒng)處理為止，活性污泥的培養(yǎng)馴化已進(jìn)入成熟階段。
整個(gè)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行情況良好。在預(yù)處理階段，來水中的焦油及焦油沉渣（重油）通過隔油沉淀池后很好地被去除；在氣浮處理裝置中對(duì)來水中的乳化油進(jìn)行很好地去除；在A/O2反應(yīng)池曝氣過程中，在好氧池的O1、O2反應(yīng)區(qū)碳化菌和硝化菌能夠合理生長，進(jìn)水中的CODcr、NH3-N很快進(jìn)行降解，二沉出水CODcr在80mg/L～150mg/L，NH3-N在5mg/L～10mg/L，酚在0.04mg/L～0.5mg/L，出水色度80左右，出水水質(zhì)感觀極好，系統(tǒng)微生物相良好，菌膠團(tuán)生長密實(shí)，能發(fā)現(xiàn)呈磨菇狀、指狀的菌膠團(tuán)；豆形蟲、滴蟲等游離生物基本上沒有，系統(tǒng)中的微生物以原生動(dòng)物如長柄鐘蟲、蓋纖蟲、等枝蟲、輪蟲等占多數(shù)，并呈現(xiàn)很強(qiáng)的活性。進(jìn)出水水質(zhì)情況如表3.
表3活性污泥培養(yǎng)馴化成熟后的水質(zhì)情況
上述情況表明：目前活性污泥培養(yǎng)已完全成熟，系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的處理水量和處理效果。
3.5混凝沉淀處理系統(tǒng)的調(diào)試
在生化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，我們對(duì)深度處理系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，采用了多種絮凝劑PAC、PAM、聚合硫酸鐵等做了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)，結(jié)果表明：投加量在600mg/L～1000mg/L時(shí)，效果較佳。另外，混凝沉淀池必須要及時(shí)排泥。調(diào)試中曾因池底污泥外排不及時(shí)，導(dǎo)致沉泥上浮，引起出水懸浮物和CODcr濃度增高。表3為混凝沉淀處理系統(tǒng)的調(diào)試階段二沉池與混凝沉淀池出水的水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)。
表4二沉池與混凝沉淀池出水的水質(zhì)情況
從表4可以看出：經(jīng)過混凝沉淀，CODcr可去除25%～35%。
4影響生化系統(tǒng)運(yùn)行因素的分析與討論
4.1生化系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)的控制
硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌對(duì)外界影響因素非常敏感，所以必須嚴(yán)格控制蒸氨塔出水pH不超過10和NH3-N濃度不超過300mg/L。在生物調(diào)試中，當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度突然升高或pH值突然升高時(shí)，缺氧系統(tǒng)出水水質(zhì)很快變差，水面氣泡也很快減少，嚴(yán)重時(shí)甚至觀察不到氣泡出現(xiàn)，好氧池中的微生物被高濃度的NH3-N所抑制，微生物活性和生物相很快變差，系統(tǒng)出水的CODcr從80mg/L～120mg/L很快上升到300mg/L～400mg/L，NH3-N從5mg/L上升到60mg/L.遇到這種情況時(shí)只有馬上減少進(jìn)水水量，降低負(fù)荷，增加好氧系統(tǒng)NaOH、NaHCO3的投加量，促進(jìn)硝化反應(yīng)的進(jìn)行。即使這樣，生化系統(tǒng)也需要一周左右的時(shí)間才能恢復(fù)。因此，蒸氨處理階段，NaOH投加量的控制十分重要，必須保證生化系統(tǒng)進(jìn)水的水質(zhì)。
4.2營養(yǎng)物的投加
焦化廢水中磷源嚴(yán)重缺乏，磷藥劑投加量按C∶P=5∶1折算，每天需投加K2HPO420kg～30kg，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：該投加量可以使二沉池出水中總磷在0.3mg/L以下，能夠滿足微生物正常生長的需要。
4.3反硝化反應(yīng)工藝條件的控制
反硝化反應(yīng)所需要的工藝條件主要是：C∶N、溶解氧和pH。
生物調(diào)試期間焦化廢水的進(jìn)水CODcr在1000mg/L～1700mg/L波動(dòng)，總進(jìn)水能夠提供足夠的碳源，使缺氧段的碳氮比符合反硝化條件，因此不需要投加碳源，就能使系統(tǒng)的硝態(tài)氮還原成氮；通過控制混合液回流比控制缺氧池的溶解氧在0.3mg/L以下；通過對(duì)好氧池NaOH投加量的控制，使缺氧池的pH穩(wěn)定在7.0～8.0。通過上述一系列的工藝調(diào)整，使缺氧池反硝化反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行。
實(shí)踐證明：缺氧池的穩(wěn)定運(yùn)行，是生化系統(tǒng)良好運(yùn)行的關(guān)鍵。首先，反硝化過程對(duì)廢水中一些難生物降解的有機(jī)物，特別是多環(huán)芳烴有開環(huán)作用，使其變得易于生物降解；其次，反硝化過程中NO3-、NO2-中的氧能使有機(jī)物氧化分解，剩余的有機(jī)物進(jìn)入好氧段進(jìn)一步降解，這樣減輕了好氧段有機(jī)物的處理負(fù)荷，使好氧段的活性污泥以硝化菌為主體，NH3-N氧化為NO3——N的轉(zhuǎn)化率提高；此外，缺氧段反硝化中生成的堿可以補(bǔ)充好氧段硝化過程所需要的堿量，即可以減少硝化段堿的投加量。因此，A/O2工藝是一種能進(jìn)一步提高焦化廢水的處理深度，使廢水中的氨氮、CODcr等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)的有效途徑。
4.4堿度和pH對(duì)硝化反應(yīng)的影響
硝化反應(yīng)要消耗堿度。由于缺氧池所補(bǔ)充的堿度是有限的，在生物調(diào)試中，當(dāng)廢水本身所含堿度不能滿足硝化要求時(shí)，就會(huì)使pH值下降至6.0，堿度下降至50mg/L（以CaCO3計(jì)），導(dǎo)致硝化菌的活動(dòng)受到抑制，硝化反應(yīng)停止。因此，需要通過投堿維持硝化反應(yīng)所需要的堿度和pH。
由于焦化廢水中NH3-N含量很高，硝化時(shí)要消耗大量堿度。在硝化段，好氧異養(yǎng)菌和好氧自養(yǎng)菌共存。好氧異養(yǎng)菌以有機(jī)物為碳源，并從有機(jī)物的氧化中獲得能量；好氧自養(yǎng)菌以無機(jī)碳為碳源，并從無機(jī)物的氧化過程中獲得能量。硝化菌屬（硝酸菌屬和亞硝酸菌屬）是高度好氧專性化能自養(yǎng)菌，在有溶解氧的情況下，它將廢水中的NH3-N氧化為NO3-N和NO2-N，從中獲得能量，并以水中的無機(jī)碳作碳源。因而，對(duì)于硝化反應(yīng)堿度有雙重作用：一是維持反應(yīng)器pH穩(wěn)定；二是利用HCO3-和CO3-的堿度為硝化細(xì)菌生長提供碳源。所以，必須通過向好氧系統(tǒng)投加NaOH和NaHCO3以維持硝化反應(yīng)所需要的堿度和pH。好氧池出水的堿度必須嚴(yán)格控制在100mg/L～200mg/L，pH控制在6.5～8.0，以保證硝化反應(yīng)的進(jìn)行。
4.5溶解氧對(duì)硝化反應(yīng)的影響
硝化過程需要消耗大量的氧，理論上需4.57（mgO2）/（mgNH3-N）。工程中，我們采用在線溶解氧儀進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，維持曝氣池的溶解氧在2mg/L～4mg/L。
調(diào)試中，我們發(fā)現(xiàn)溶解氧、堿度和出水NH3-N存在如圖3所示的關(guān)系。
這表明：焦化廢水的生化處理中，堿度的控制是關(guān)鍵因素，隨著堿投加量的增加和pH（堿度）的上升，硝化反應(yīng)進(jìn)行得更加完全，需氧量增加，生化系統(tǒng)剩余溶解氧呈下降趨勢(shì)。
5結(jié)語
通過對(duì)焦化廢水處理系統(tǒng)100多天的調(diào)試，出水達(dá)到國家污水排放二級(jí)指標(biāo)。結(jié)果證明：焦化廢水處理系統(tǒng)采用A/O2生物脫氮處理工藝，對(duì)CODcr和NH3-N的去除率分別可達(dá)95%和99%.實(shí)踐表明：對(duì)于焦化廢水污泥的培養(yǎng)及馴化，采用城市污水廠的脫水后污泥接種培養(yǎng)，是焦化廢水生物脫氮處理開工調(diào)試時(shí)污泥培養(yǎng)馴化的一種有效方法，但需加一定量的稀釋水，控制污泥馴化初期的進(jìn)水水質(zhì)；焦化廢水處理系統(tǒng)中，硝化和反硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境變化十分敏感。雖然系統(tǒng)有一定的耐沖擊負(fù)荷能力，但對(duì)長時(shí)間處在氨氮波動(dòng)狀態(tài)下的超負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)抑制硝化菌和異養(yǎng)菌的生長，造成出水水質(zhì)惡化。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)處理的進(jìn)水水質(zhì)，焦化廢水的處理中，運(yùn)行管理很重要。
