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科技新进展:高效稳定的焦化废水处理技术

发布时间:2022/10/27

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一、研究背景及问题

焦化废水是焦化厂生产焦炭、煤气、焦油以及焦化产品的过程中产生的废水,其成分复杂,含有大量难降解的、危害水生生物和人体的剧毒物质及致癌物质,这些物质对微生物的生长繁殖有很强的抑制作用,可生化性差,但COD浓度很高,通常可高达4000mg/L以上,达标排放标准为80mg/L以下,焦化废水的处理具有很高的难度。

我国有数百家焦化厂和煤气厂的焦化废水处理几乎全部采用传统活性污泥法,没有完善的去除COD及脱氮脱氰装置,大部分企业不能达标,存在生化处理段效率低、耐冲击能力差、运行不稳定及运行费用高等问题,亟需新型焦化废水处理技术及核心装备。

二、解决问题的思路与技术方案

针对上述问题,进行强化生物脱碳脱氮处理、同步脱碳脱氰深度处理及开发专项菌剂等技术研究,开发出具备产业化应用前景的低运行成本焦化废水处理技术和装备。

1、强化生物脱碳脱氮处理技术研究

焦化废水组分复杂、污染物浓度高,含大量的杂环及多环芳香族化合物等难降解有机物,是典型的难降解工业有机废水。生化段处理工艺中,国内外普遍采用活性污泥法处理焦化废水。这些工艺主要以去除COD、NH3-N为主,但焦化废水含有有毒物质,系统受水质冲击,硝化系统不能有效建立,影响氨氮的去除。

针对上述问题,开展了改进型两级AO处理—泥膜复合技术,将传统的AO工艺与新型的MBBR工艺耦合,通过投加填料提高池体中的微生物数量,构建生物膜,显著提高了生化反应阶段的抗冲击负荷能力。同时开展了高级氧化(AOP)内碳源破解技术研究工作,通过高级氧化技术将焦化废水中的长链或多环有机物断链,变成小分子有机物物质,让微生物更容易吸收利用,降低了二级反硝化池的外加碳源投加量,大幅节省运行费用。

2、同步脱碳脱氰技术研究及装备开发

目前各企业焦化废水经过生化处理后,COD在150~300mg/L,氰化物在8~10mg/L,远达不到80mg/L和0.2mg/L的排放限值,必须经过深度处理才能达标排放。深度处理段开展了Fenton氧化、臭氧催化氧化等技术研究,形成了包含Fenton流化床反应器、高效多级臭氧催化氧化反应器等成套设备,实现对生化尾水COD、氰化物的高效稳定去除,达到COD≤80mg/L,CN≤0.2mg/L的排放标准限值。

更进一步地,利用臭氧催化氧化技术可将COD控制在40mg/L,结合膜分离、蒸发结晶等技术手段,实现焦化废水的零排放。

3、专项菌剂研发

为解决焦化废水处理系统条数周期长及稳定受水质水量冲击时出水水质,开发了适应水质环境的有机物降解菌和复合硝化菌。有机物降解菌可以对焦化废水中的COD、酚类、萘、吡啶、硫氰化物具有良好的降解效果。复合硝化菌最终不仅可应用于焦化废水、石化废水等工业难降解废水处理,也可用于市政废水处理,具有广阔的应用前景。

最终形成了高效稳定的焦化废水处理工艺,可根据客户不同需求提供定制化工艺组合。

三、主要创新性成果

1、首创了MBBR与活性污泥相结合的泥膜复合技术,污泥浓度高,抗冲击负荷能力强。

2、独创“AOP内源破解”技术,降低脱氮反应外加碳源添加量50%以上。

3、独创“Fenton流化床一体化成套设备”,抗冲击负荷,较传统技术可降低药剂费用30%、产泥量降低40%,同步去除氰化物。

4、研发有机物降解菌和复合硝化菌专项菌剂。

四、应用情况与效果

1、泥膜复合技术

该项技术重庆钢铁焦化废水处理站应用实施过程中,未改造的传统活性污泥法反应池在经受水质冲击(氨氮超1000mg/L,氰化物20mg/L)后,反应池发生了严重的污泥膨胀现象,大量微生物死亡,整个处理系统瘫痪,必须重新培养微生物。

与之相比经过改造后的泥膜复合生化系统保持稳定高效运行,COD、氨氮、氰化物等核心控制指标均能满足处理需求,无明显的污泥膨胀现象发生。

(从左至右分别为:相同进水条件下的活性污泥法运行情况,泥膜复合技术运行情况)

2、AOP内源破解技术

AOP内源破解将生化出水中微生物不能降解的大分子有机物破解为小分子有机物,而又不能直接矿化为CO2,AOP内源破解出水进入后置反硝化膜生物反应器,小分子有机物作为后置反硝化的碳源,弥补反硝化对碳源的需求。同时要严格把控AOP内源破解的氧化程度,既要降低AOP的运行费用,又要满足后置反硝化所需碳源,以使AOP内源破解—高效膜生物反应器耦合系统运行费用最低。

经AOP内源破解,B/C值提高至>0.3,后置反硝化外加碳源比理论外加碳源减少30%~50%。

3、Fenton流化床一体化成套设备

焦化废水生化处理段出水水质难以达到国家标准要求,必须进行物化深度处理。目前比较通用的技术是活性炭吸附,而活性炭成本较高,使得焦化废水处理成本大幅增加。而后市场又出现了高级氧化技术如Fenton氧化技术。Fenton技术是亚铁离子(Fe2+)同双氧水(H2O2)反应生成羟基自由基(HO?)具有很强的氧化能力,能够无选择的氧化废水中大多数有机物,被用来处理许多难降解废水。传统Fenton氧化技术存在催化剂的分离和反复使用是有待解决的难题,而且溶入的铁离子会造成水中色度的增加,且反应后重新调解pH值,不仅增加了成本,还会生成大量含铁污泥。

针对均相Fenton技术的缺陷,本技术将Fe3+负载在催化剂载体上构造了Fenton流化床,避免上上述缺陷。同时集成化、设备化的反应装置控制更加智能,加药量可根据进水水质水量适时调整,并且保证出水COD≤40mg/L,COD去除率比传统Fenton工艺提高约20%,药剂费用降低20.6%,产泥量减少42.4%。

4、高效有机物降解菌及复合硝化菌

目前市场上针对焦化废水的有机物降解菌剂尚属空白,中冶赛迪经多年研究驯化,已开发了针对焦化废水中的萘、苯酚、SCN-等7种有毒有害物质物质的特性降解菌,可适应焦化废水的恶劣环境,快速构建稳定的微生物环境。以重钢焦化厂废水处理站应用情况为例,其焦化废水未加稀释水,COD可高达4000mg/L,经有机物降解菌处理后,COD可稳定在300~400mg/L,去除率超90%以上。

针对现有焦化废水生化处理过程中氨氮去除效果差的问题,研究开发了复配硝化菌。同样以重钢焦化厂废水处理站应用情况为例,投加复配硝化菌后,在短短9天时间内硝化菌浓度快速增殖到稳定运行所需,大大缩短该项目的启动周期。硝化菌的存在也快速提升了新系统的抗冲击能力,在进水氨氮浓度80.7mg/L的不利条件下,出水氨氮稳定小于1mg/L,具有很强的氨氮降解能力。

同时,该复合硝化菌不仅可以用于焦化、石化、煤化工等工业难降解废水处理,也可用于市政污水处理,或湖泊、河道等自然水体治理修复过程中,适用范围广,效果良好。

信息来源:中冶赛迪工程技术股份有限公司

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