生物流化床技术在天铁焦化废水处理中的应用

李 智

（金牛天铁煤焦化有限公司，河北涉县056404）

1 引言

天铁集团地处太行山区，属于严重缺水地带，水资源十分匮乏，厂区所需生产和生活用水全部来自地下深层水，水资源有限，回收再次利用具有很好的经济和环境效益。天铁焦化废水处理站承担着天铁集团焦化厂和金牛天铁焦化厂的焦化生产废水处理任务。废水主由回收硫铵废水、脱硫制酸废液、煤气水封下液、焦化废水、厂区内生活污水等构成。这些废水水质成分复杂，排放量大流量可达145 m3/h，难降有毒解物质多，主要由NH4+-N、氰化物、硫化物、酚类化合物等有机化合物组成，这些物质中NH4+-N、酚类浓度高、有毒致癌物质多，有机物在生化处理过程中难以得到全部降解，给环境带来严重的破坏。高效生物流化床废水处理技术针对焦化废水的特点，采用有效的油污分离和泡沫分离、有毒污染物的脱毒或毒性削减预处理工艺，是保证生物处理系统实现高效生物降解和转化的重要前提。高效生物强化处理工艺的采用是实现焦化废水达标排放的关键。选择针对焦化废水底物特征的优势种群微生物，并采用混合特性好、传质效率高的生物反应器和强化型处理工艺，可有效去除焦化废水中的COD成分、-N及其他有毒化合物，而该生化工艺正是根据这些需求采用O1/H/O2工艺实现了最大限度去除污有机染物和氨氮的目的，又能使处理后的水达到可回收利用的要求，节约了运行成本。

2 天铁废水处理站的生物流化床处理技术

2.1 生物流化床处理技术的原理

生物流化床废水处理技术是一种生物强化工艺，其借助流体（液体、气体）使表面生长微生物的固体颗粒（生物颗粒）呈流化态化，可同时去除和降解有机污染物，是一种生物膜法处理技术的强化工艺。生物流化床依靠流化态下微生物与废水在反应池内创造的极好的混合和接触条件，使微生物与废水中有机污染物充分接触反应，达到降解污染物的目的。在流化床底部，流体和固体同时进入，通过控制流体流速，使流化床内部微生物颗粒载体处于流化状态，载体颗粒物上的微生物种群与废水中有机污染物充分接触反应，实现降解废水中的污染物。在流化床顶部设有分离装置，实现三相分离，液体从溢流槽中排出。

好氧生物流化床内同时存在气、液、固这三种状态的物质，也称三相生物流化床。在其内部主要有空气、待处理的废水、对污水中污染物具有降解作用的好氧微生物载体颗粒三种物质。这些微生物附着在载体颗粒物表面，形成一层微生物膜。通过调节气体和液体的流速，使流化床内部微生物颗粒载体处于流化状态。载体颗粒物上的好氧微生物与废水中的有机污染物充分接触于有氧的条件，微生物进行有氧降解的有机污染物的过程。由于三相物质直接在流化床内部进行生化反应无需另设充氧和脱膜，生物膜由于载体颗粒之间激烈摩擦而脱落。

2.2 生物流化床组合工艺O1/H/O2流程

该工艺主要由预处理系统、生化处理系统、深度处理系统三部分组成。其详细流程见图1。

2.2.1 预处理系统

针对焦化废水的水质特点，预处理环节是至关重要的，直接影响后续生物处理系统的效果。采用有效的油污分离、泡沫分离、泡沫氧化技术是保证后续处理系统实现高效生物降解和转化的重要前提。

本工艺中预处理系统分为：隔油池、气浮反应池、气浮分离池、泡沫池、事故池、集水调节池、集水井、有机污泥分离池、无机污泥分离池、污泥浓缩池、氧化间、泵房及压滤机房。焦化废水先通过隔油池，依靠油滴和水的密度差产生上浮而进行油、水分离，回收大部分重油后，污水进入气浮反应池，将隔油池没有去除的乳化油和浮油进行气浮分离，分离后的污水进入集水调节池进行水质水量负荷的均匀后，进入生化处理系统。气浮池产生的泡沫进入泡沫分离池进行消沫后，进入氧化罐催化氧化反应处理后得到有效降解。

图1 工艺流程图

2.2.2 生物处理系统

生物处理系统是由高效循环三相好氧生物流化床O1、水解流化床H、好氧生物流化床O2串联而成的O1/H/O2组合工艺。三相好氧生物流化床O1是一种高效除碳工艺，可有效去除有机污染物，最大限度地降低污染物浓度，使废水的B/C由0.3左右降低到0.05以下，然后进入全流态化的水解流化床反应池，通过酸化作用提高残余有机污染的可生化性能，将B/C值提高到0.2以上。在水解流化床H内通入氮气进行厌氧反应，水解流化床H与好氧生物流化床O2形成一种厌氧/好氧的生物脱氮工艺，在好氧生物流化床O2内经行硝化反应，再将反应后的大部分废水回流到水解流化床H内经行反硝化，这样就进行了硝化反硝化过程，从而实现了生物去除氨氮。

2.2.2.1 一级好氧流化床（O1）

一级好氧生物三相流化床是废水处理过程降解有机污染物的关键步骤，能将废水中大部分含碳物质有效去除。在一级好氧生物三相流化床（O1）内填充新型大孔道生物载体颗粒，在这些载体颗粒的表面和内孔上由表向内均匀分布着好氧微生物种群和兼氧氧微生物种群，好氧微生物种群附着在载体颗粒的表面，在流化床内部由空气和水流的共同推动下呈流化状态并形成内部循环。这样污水中有机物、氧气同微生物种群充分接触和反应，从而降低了污水中的有机污染物。生物流化床的工作性能与载体颗粒有很大关系，载体比重大了不易流化，颗粒活性炭则不耐磨。应当选择比重略小于水而又耐磨的颗粒状的载体。本流化床在底部设置挡板，可有效改变流体的水力特性，增加了水力阻力，使污水混合物循环速率提高。流化分离区设有斜板沉淀，可有效分离活性污泥，使池内保持较高的活性污泥浓度，减少了污泥回流量。一级好氧生物流化床可对CODCr实现80%以上的去除率。

2.2.2.2 水解流化床（H）

水解生物流化床主要作用是在厌氧条件下进行反硝化，即将废水中的硝酸盐和亚硝酸盐氮转化为氮气。反硝化细菌是异养型兼性厌氧菌，在氧气存在时，它会以氧气为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有硝酸盐和亚硝酸盐存在时，则以硝酸根和亚硝酸根为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。水解流化床（H）的生物载体采用多孔微粒状的填料，在少量氮气的推动下使载体颗粒呈流化态，反硝化细菌种群以污水中的有机物为碳源，与好氧流化床含有大量硝酸盐的回流污泥充分混合，在水解生物流化床内实现反硝化，达到降低有机物和将硝酸盐、亚硝酸盐还原为氮气的目的。由于使用颗粒载体的比表面积大（每立方米载体的比表面积可达2000～3000 m2），可实现高微生物量运行。此外，在反应器的中上部设置软性填料层，可稳定污泥层并进一步实现水解反应器的接触反应效率。

此外，水解流化床（H）与二级好氧生物流化床（O2）形成一个厌氧/好氧生物脱氮组合工艺。

2.2.2.3 二级好氧流化床（O2）

经过一级好氧生物三相流化床对废水中有机物的充分降解，为二级好氧生物三相流化床培养硝化细菌提供了良好环境，由于硝化细菌属于自养细菌，若水中COD5值过高，将有助于异氧细菌的增殖，使微生物中硝化细菌的比例下降。在二级流化床内废水中的大量氨氮转化为硝态氮，通过将二级好氧的泥水混合物回流至缺氧进行反硝化。硝化过程消耗大量的碱，而反硝化产生碱，这样可以利用反硝化产生的碱为二级好氧硝化提供一定量的碱源，既可以起到高效脱氮的效果，又可以节省一定的运行成本。

2.3 深度处理系统

2.3.1 混凝反应池

为了进一步去除水中的微小悬浮物和胶体，使二级处理出水澄清降浊，采用向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结，使胶粒被吸附粘结的方法进一步去除悬浮物和有机污染物。经过后续的分离处理单位，将污水中剩余悬浮固体及有机物得到进一步的去除，同时污水中的某些溶解性物质也可以得到一定程度的去除。混凝后的泥水经过沉淀池进行有效固液分离。然后污泥斗进入排泥管排入无机污泥分离池，确保排泥系统的通畅，从而使深度处理稳定运行。

2.3.2 臭氧催化氧化池

清水进入臭氧催化氧化池，通过臭氧的强氧化性，臭氧离解形成的具有强氧化作用与废水中大多数有机物、微生物迅速反应。通过臭氧氧化可以去除水中的臭味，提高和改善水的感官，杀灭水中的病毒、细菌与致病微生物，进一步除去污水中的难降解有机污染物，并降低出水的COD、BOD值。

2.3.3 砂滤池

为了使出水水质达到预期的处理目标。通过直接过滤、截留絮凝体达到进一步去除污染物的目的。通过砂滤池去除生化过程和化学沉淀中未能去除的颗粒、胶体物质、悬浮固体、浊度、磷、重金属、细菌、病毒等，以进一步提高水质、防止堵塞、保证出水水质稳定。

3 工艺在实际中的优缺点

3.1 工艺优点

（1）O1/H/O2组合工艺可充分发挥好氧流化床对有机污染物高效去除，又是一个高效的生物脱氮工艺，进行反硝化硝化，实现氨氮的高效去除。硝化过程消耗大量的碱，而反硝化产生碱，这样反硝化产生的碱为二级好氧硝化提供一定量的碱源，可以起到高效脱氮的效果，又可以节省一定的运行成本。

（2）采用尼可尼泵气浮池，该池是利用尼可尼涡流泵的特点，靠涡流泵和溶解罐（根据需要加配）、分离罐的组合，在大幅度提高气体的溶解效率的同时可获得高密度、高质量的微细气泡。同传统方式相比，省去了空压机、释放头等，简化了装置的配置，单用涡流泵就可实现自动抽吸空气、混合搅拌及压送的功能，大大节省了初期投资费用。因在涡流泵内就可实现对空气的加压溶解，省去了大型加压溶气罐，大幅度降低了成本。

（3）采用臭氧流化床形式，流化态能够使臭氧与废水完全混合，增加其接触时间，使得反应更充分。

（4）容积负荷高，抗冲击负荷能力强，生物固体浓度高，可达 10～20 g/L。

（5）微生物活性高，生物膜厚度在0.2 μm以下，反应快，处理效率高，占地面积小，且没有污泥膨胀堵塞问题，运行平稳。

（6）传质效果好，由于载体颗粒在床内处于剧烈运动状态，气-固-液液面不断更新，传质效果好，有利于微生物降解和吸收污染物，加快反应速率。

3.2 存在不足

在运行中发现存在以下几点不足：

（1）设备磨损比较快，载体颗粒在湍动过程中会被磨损变小，目前还没有好的办法解决。

（2）投产时微生物驯化比较困难，容易出现微生物反应性低，这就需要不断地进行培养适合自己污水特性的微生物。

（3）处理过程中消沫效果不理想，目前还在探索处理中。

4 结语

天铁焦化废水处理站运用高效生物流化床技术运行一年多以来，处理效果显著，可以以较小的投入和运行费用取得较高的去除率，经处理后出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准。该工艺实现了处理后的废水全部回收利用的目标，是一种可行的处理焦化废水的新工艺。