强化A/O-BAF-IBAC组合工艺处理煤气废水的效能研究

【摘要】： 煤气废水是一种水质成分复杂、污染物种类繁多、生物毒性大的高浓度有机废水,具有COD浓度高、可生化性差、水质水量变化大、色度高等特点,是一种极难处理的工业废水。目前,生物法是煤气废水处理的主要方法,采用的工艺主要是活性污泥法,该工艺在处理过程中存在的主要问题是系统运行不稳定、对难降解有机物和NH_4~+-N去除效果差等。本研究试图通过增加物理化学预处理法、改善生物处理的生化环境、添加固体矿物材料(硅藻土)、改变系统反应器构型及采用臭氧预氧化等方法,强化传统煤气废水生物处理效果。 根据煤气废水的水质特征,本文提出:“酸化预处理-强化A/O-BAF-O_3-固定化生物活性炭(IBAC)”组合工艺处理煤气废水工艺路线,并开展了长时间的小试和中试实验研究。该工艺较好的解决了煤气废水中毒性物质对NH_4~+-N和难降解有机物降解的抑制作用,提高了COD和NH_4~+-N的总体去除效果。强化A/O-BAF生物处理工艺中,第一级好氧单元采用的是普通活性污泥法,在运行中稳定性较差,处理效果不理想,需要采取强化措施。本文采用硅藻土添加剂强化普通活性污泥工艺。由于煤气废水COD和NH_4~+-N含量高、浓度变化幅度大,本研究采用以颗粒活性炭和沸石为生物载体的生物膜反应器构型作为缺氧池和二级好氧反应器构型,利用其对污染物吸附-生物再生和吸附-脱附原理,提高了COD和NH_4~+-N的去除效果,减小了出水COD和NH_4~+-N浓度的变化幅度。煤气废水生物处理出水可生化性较差,而单独采用物理化学法处理成本较高,需要通过化学法预氧化提高废水的可生化性,再接续生物处。本文采用O_3-固定化生物活性炭(IBAC)深度处理煤气废水生物处理出水,取得良好效果。 煤气废水小试实验结果表明,酸化除油预处理可以有效地去除煤气废水中难生物降解的乳化焦油,改善污泥性状,强化后续生物处理效果;在废水酸化除油过程中添加少量小颗粒矿物材料,可以改善析出有机絮体的结构和密度,加速絮体的沉降,提高沉淀物的脱水率,强化废水处理效果。“强化A/O-BAF”生物处理段在进水COD较高的条件下可以稳定运行,其中一级好氧单元起到至关重要的作用。系统在平均进水COD为2210mg·L~(-1)、NH_4~+-N含量为244mg·L~(-1)的条件下,COD和NH_4~+-N去除率分别可达87.6%和80%,提高了常规的煤气废水生物处理功效;减少系统水力停留时间(HRT)后,对系统COD去除率影响不大,但影响NH_4~+-N去除效果,NH_4~+-N去除率降为67%。臭氧预氧化可以有效地去除废水的色度,对COD有一定的去除作用,在240mg·L~(-1)的投量下可以提高废水的可生化性;废水O_3-IBAC系统对COD去除效果较好,出水平均为87mg·L~(-1),可以达到废水排放标准对COD的要求;对NH_4~+-N的去除效果一般,处理出水的NH_4~+-N平均浓度为45mg·L~(-1),总去除率为49%。 煤气废水生物处理中试实验表明,生物处理系统运行稳定,有机污染物去除效果好。其中,一级好氧单元的挥发酚的去除率可以达到99%,出水一般低于0.5mg·L~(-1),已达国家一级排放标准,而该单元的COD和总酚的去除效果也很好,分别可达到80%和85%,强于小试实验结果;在进水COD大于2000mg·L~(-1)的条件下,系统总体COD和总酚的去除效果较好,去除率分别为83%和87%;系统COD容积负荷的变化对COD和酚类的去除率影响不大,然而提高负荷后,生物处理反应器中的水温应注意控制;生物处理系统NH_4~+-N去除效果较差,总去除率为45%左右,低于小试实验结果,其中一级好氧单元NH_4~+-N去除率降低了22%,二级好氧单元NH_4~+-N去除率降低了36%,推测主要原因由于曝气生物滤池的操作控制问题引起的。 本文通过实验考查了硅藻土添加剂对降解煤气废水微生物活性的强化效果,并研究了其强化机制。实验表明,硅藻土添加剂对微生物的活性具有明显的强化作用,每分钟溶解氧消耗量最高可增加27%左右;通过对比分析添加硅藻土及粉末活性炭对废水COD、挥发酚、pH、总酚和溶解氧浓度的影响特征,认为硅藻土对酚类物质的吸附及固体表面对溶解氧的富集作用是其强化微生物活性的主要机制。 色谱-质谱联机(GC-MS)测试结果表明,废水生物处理过程中,有机物种类明显减少。缺氧单元主要去除一些结构复杂的有机物;废水中的有机污染物经过一级好氧单元处理后,大部分的短链烃和结构较简单的酚、酮、羧酸和脂类被降解,而一些结构复杂的杂环烃类和芳香烃类则残留下来;废水经二级好氧单元处理后,有机物种类进一步减少,主要残留下一些芳香酮和芳香酯类化合物。 【关键词】：煤气废水 生物处理 强化A/O-BAF工艺 硅藻土 固定化生物活性炭
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-31
• 1.1 课题背景15-18
• 1.1.1 我国水资源现状15-16
• 1.1.2 煤气废水的特征及危害16-18
• 1.2 煤气废水处理技术现状18-29
• 1.2.1 物理化学处理技术18-19
• 1.2.2 生物处理技术19-28
• 1.2.3 深度处理技术28-29
• 1.3 课题研究的目的、意义和主要研究内容29-31
• 1.3.1 课题研究的目的、意义29-30
• 1.3.2 主要研究内容30-31
• 第2章 实验材料与方法31-45
• 2.1 煤气废水处理工艺的提出31-37
• 2.1.1 哈尔滨气化厂煤气废水特征及处理现状31-34
• 2.1.2 现有三级好氧处理工艺存在问题34
• 2.1.3 前期研究成果总结34-35
• 2.1.4 酸化预处理-强化A/O-BAF-IBAC组合工艺的提出35-37
• 2.2 煤气废水水质特征与处理目标37-38
• 2.2.1 实验用水37
• 2.2.2 处理目标37-38
• 2.3 小试系统及各处理单元工艺说明38-42
• 2.3.1 酸化除油预处理段39
• 2.3.2 生物处理段39-41
• 2.3.3 深度处理段41-42
• 2.4 中试系统及各处理单元工艺说明42-43
• 2.5 分析测试项目及分析方法43-45
• 第3章 煤气废水小试实验结果与分析45-72
• 3.1 酸化预处理实验结果与分析45-50
• 3.1.1 酸化处理对废水水质指标的影响46-48
• 3.1.2 酸化处理对有机污染物分子量分布的影响48
• 3.1.3 矿物材料添加剂对废水酸化处理效果的影响48-50
• 3.2 生物处理段运行结果与分析50-65
• 3.2.1 缺氧单元运行特征及其处理效果50-55
• 3.2.2 硅藻土-活性污泥单元运行特征及其处理效果55-60
• 3.2.3 系统及其各单元处理功效60-62
• 3.2.4 水力停留时间(HRT)对处理效果的影响62-65
• 3.3 深度处理段运行结果与分析65-70
• 3.3.1 臭氧氧化对废水COD和“三氮”的去除效果66-68
• 3.3.2 臭氧氧化对废水可生化性的影响68-69
• 3.3.3 O_3-IBAC系统运行状况及其COD和NH_4~+-N的去除效果69-70
• 3.4 本章小结70-72
• 第4章 煤气废水中试实验结果与分析72-96
• 4.1 中试实验研究内容与方法72-73
• 4.2 废水酸化除油预处理效果与分析73-76
• 4.2.1 废水氧化时间对酸化处理去除COD和总氨的影响74-75
• 4.2.2 废水氧化时间对酸化处理去除分类和油的影响75
• 4.2.3 废水酸化预处理工艺段的暂停及其对系统运行的影响75-76
• 4.3 生物处理中试实验效果与分析76-86
• 4.3.1 生物处理系统运行特征76-78
• 4.3.2 系统对COD的去除特征78-79
• 4.3.3 系统对酚类物质的去除特征79-81
• 4.3.4 系统对总氨的去除特征81-82
• 4.3.5 废水中氨的组成及其去除机制82-85
• 4.3.6 COD容积负荷变化对废水处理效果的影响85
• 4.3.7 温度的变化特征及其对处理效果的影响85-86
• 4.4 深度处理中试实验效果与分析86-89
• 4.4.1 混凝过滤段运行效果86-87
• 4.4.2 O_3-IBAC运行效果与分析87-88
• 4.4.3 固定化生物活性炭柱反冲洗周期及冲洗方式88-89
• 4.5 改造方案及技术经济分析89-95
• 4.5.1 改造方案89-92
• 4.5.2 技术经济分析92-95
• 4.6 本章小结95-96
• 第5章 生物处理系统强化机制与有机污染物在生物处理过程中的变化特征96-114
• 5.1 固体添加剂强化传统活性污泥工艺机制探讨96-105
• 5.1.1 强化传统活性污泥法运行稳定性的主要措施及其局限性96-97
• 5.1.2 硅藻土的特性97-98
• 5.1.3 硅藻土添加剂对降解煤气废水微生物活性的影响98-102
• 5.1.4 强化机制探讨102-105
• 5.2 有机污染物在生物处理过程中的变化特征105-112
• 5.2.1 实验方法及材料105-106
• 5.2.2 测试结果与分析106-112
• 5.3 本章小结112-114
• 结论114-116
• 参考文献116-126
• 攻读博士学位期间发表的学术论文126-128
• 致谢128-129
• 个人简历129

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