焦化废水前置好氧流化床处理的必要性解析

北极星环保网讯:针对碳氮比不协调、毒性组分多且厌氧困难的焦化废水，采用自行研制的新型生物三相流化床对其实施前置高负荷好氧处理，重点考察了反应器的好氧处理性能，并结合紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和GC-MS分析研究了好氧处理过程中主要有机成分的变化规律。

结果表明，在进水COD平均浓度为4818.9mg/L、环境温度为28～33℃、溶解氧为1.0～1.5mg/L及污泥浓度为8.0g/L左右的条件下，当有机负荷处于3.53～3.74kgCOD/(m3˙d)范围内时，新型生物流化床可实现废水中的苯酚、吲哚及苯胺等化合物的降解，其COD、酚及SCN–的平均去除率分别达到70%、99%和80%以上，通过大幅度削减酚类化合物、SCN–和CN–等毒性物质的浓度而解除后续厌氧水解和好氧硝化过程的抑制瓶颈。

因此，好氧生物流化床由于具有良好的混合传质性能和较高的污泥浓度，将其作为前置生物单元工艺处理含高浓度氨氮有毒难降解有机废水具有技术优势，是实现该类废水高效生物处理的必要保障。

关键词：焦化；流化床；废水；生物抑制；降解

焦化废水是在焦炭炼制、煤气净化及化工产品回收与精制过程中产生的高浓度有机废水，其中主要污染物为酚类（＞50%），其他特征污染物还包括氨氮、硫氰化物、氰化物、多环芳烃及含氮杂环化合物等，属于典型有毒难降解有机废水[1-3]。目前国内外针对该废水主要是采用以碳、氮循环为核心的生物处理方法[4]。

这些方法通常都将厌氧工艺作为生物处理的第一阶段，从而衍生出的工艺型包括A/O、A2/O、A/O2、A/A/O/O及A/O/H/O等（A、H、O分别代表厌氧、缺氧水解、好氧）。尽管这些方法总体上能实现大部分有机物和氨氮的有效去除，但是工程实际中发现，前端厌氧单元还存在受毒性抑制作用强和氨氮难以达标排放的问题。

厌氧抑制作用主要表现为厌氧处理效率低，COD和酚去除率一般仅为10%～15%和10%～30%，几乎不产生甲烷[5]。研究表明：厌氧出水中的酸类物质很少，导致后续产甲烷阶段难以完成[6]，影响系统对污染物的去除效率。焦化废水产生厌氧生物抑制的原因在于：①废水综合毒性强，大于0.19mg/L氯化汞的毒性[7-8]，影响微生物的正常生长；②酚、硫氰化物、氨氮、氰化物及硫化物等对产甲烷菌具有明显的毒性抑制作用，如苯酚浓度高于400mg/L时会对厌氧污泥产生不可逆转的毒性抑制[9]；③废水浓度、温度及pH等条件变化频繁而剧烈，厌氧过程受冲击负荷影响难以维持稳定的生长代谢。

氨氮排放不达标的原因在于：一般要实现稳定的氨氮硝化，要求进水BOD低于20mg/L，否则增长速度慢的硝化细菌很难在系统中存留；焦化废水在厌氧COD去除率低的情况下，进入好氧池的有机物数量较多，严重抑制了硝化细菌的增长，从而影响了硝化效果。因此，要实现有效的氨氮硝化，必须先行去除废水中大部分的有机碳。

增加前置好氧处理单元可能有效解决上述两方面问题。研究发现，废水中大量存在的酚[10]和硫氰化物[11]均具有良好的好氧生物降解性能。若将好氧单元前置，可高效去除原废水中的酚、氰化合物。一方面可有效解除酚、氰的厌氧毒性抑制作用，另一方面可使有机负荷大幅降低，保障了二级好氧单元中硝化过程的顺利进行[12]。

此外，焦化废水前置好氧单元进水有机负荷高，传统曝气反应器往往因供氧不足而难以适用，其承受有机负荷一般不超过1.50kgCOD/(m3˙d)，且大型化反应器难以做到混合均匀，易造成毒性物质的局部积累。经本文作者课题组大量研究和工程实践表明：内循环气-液-固三相生物流化床是高负荷好氧反应器的较好选择，其循环流态化的操作方式强化了混合与传质效果，毒性物质自进入反应器便被大量的循环流动液相混合而得以稀释，从而有效降低了毒性物质的浓度。

综合以上分析，应用基于生物流化床反应器的前置好氧生物处理工艺对实现焦化废水的高效生物处理具有理论上的必要性和可行性。本研究采用自行研制的三重环流内循环新型生物流化床对焦化废水进行前置好氧处理，考察反应器运行过程中关键污染物的去除特性，通过连续进水实验研究不同有机负荷条件下的好氧处理效果，并结合紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和GC-MS分析等手段探索高负荷好氧处理过程中主要有机组分的变化规律。本文的目的在于阐明前置好氧生物流化床对焦化废水厌氧过程解抑制和稳定氨氮硝化效果的实际必要性及原因，为应用该工艺的必要性提供依据与数据支持。

1实验材料与方法

1.1材料

实验所用焦化废水取自广东韶钢焦化厂二期废水处理工程的调节池，该调节池废水由经蒸氨除油预处理后的浓氨废水、硫氨废水和处理回流水均匀混合而成。废水呈棕黄色，有明显的酚味，其综合水质指标见表1。

由表1可知，该焦化废水的BOD5/COD值仅为0.19～0.47，废水中含不可生物降解COD成分比例较大；废水中含有高浓度的挥发酚和硫氰化物，它们的理论COD当量对总COD的贡献率分别为59%～64.5%和10%～15%。原废水中挥发酚和硫氰化物COD之和远大于可生化BOD，说明挥发酚和硫氰化物在原废水组成条件下难以生物降解，这可能与高浓度酚和硫氰化物的生物抑制作用有关。

但是，本文作者课题组相关研究结果表明，经过适当驯化的活性污泥对酚和硫氰化物均具有良好的好氧降解性能[10-11]。因此，若先采用好氧生物处理，将大幅减少原废水中酚和硫氰化物浓度，从而降低甚至解除它们对厌氧微生物的抑制作用。

1.2实验装置

实验所用反应器为三重环流内循环好氧生物流化床，其结构示意如图1所示。该反应器直接安装于韶钢焦化厂二期废水处理站现场。反应器由5mm钢板焊接加工而成，设计总尺寸为1.4m×0.8m×1.6m，设计水深1.35m，有效容积为1.172m3。

图1三重环流内循环好氧生物流化床结构示意

1—高位配水箱；2—水泵；3—转子流量计；4—阀门；5—内筒支架；6—布气器；7—十字形挡板；8—空压机；9—内导流筒；10—上升区；11—下降区；12—内导流筒开孔；13—斜管分离区；14—漏斗型导流装置；15—出水

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