BioDopp污水处理工艺应用

张雷 郭二民 任晓杰 赵嫱 黄文涛

BioDopp污水处理工艺应用

张雷 郭二民 任晓杰 赵嫱 黄文涛

BioDopp工艺利用空气提推混合液作为介质，实现回流及推流。通过特殊的结构设计实现污泥筛选和固液两相分离，各处理单元有机结合，节省占地面积40%以上。工程实践证明，采用BioDopp工艺处理碎煤加压气化废水，在DO＜0.3mg/L的条件下，实现了对CODCr平均98.5%的去除率，对NH3-N 99.6%的去除率，当进水总酚平均浓度为927.3mg/L时，出水总酚＜0.51mg/L。

BioDopp；高回流比；含酚废水；SBR

碎煤加压固定床气化炉能够在2.5～3.2 MPa下，利用蒸汽和氧使3～50 mm次烟煤或褐煤气化，解决劣质煤的利用问题，是目前世界范围内应用最为广泛的气化工艺[1-2]。但气化炉产生的废水含有大量的酚类物质，造成的环境污染日益严重。酚类物质中含有的碳源是微生物代谢生长过程中所需要的必要营养成分，使得酚具有可生化性。当酚浓度在50～500 mg/L时，可以通过微生物进行生化处理，但当酚类物质浓度＞500 mg/L时，处理效果不佳[3-4]。BioDopp工艺是一种以气提作为推流动力的工艺，能够实现低能耗的高回流比，通过污泥筛选实现高污泥浓度，在同一池体中实现对难降解有机物的氧化去除和同步脱氮。

处理工艺工程概况

由于其特殊的结构设计和独特的工艺控制参数，BioDopp工艺对于碎煤加压气化废水具有良好的处理效果，本文以河南某气化厂为研究案例。

工艺流程

河南某气化厂以劣质褐煤为原料，采用碎煤加压固定床气化工艺进行气化生产[5]，原废水处理系统以SBR工艺为主体，共5套，工艺流程复杂冗长，具体流程依次为水解酸化池、酸化罐、SBR、接触氧化、沉淀、气浮、加药脱色排水。

为加强节能减排，该气化厂对其中的一套SBR系统进行改造，由于受场地限制，无法增添新构筑物，只能在原有池体内进行整改，通过工艺比选最终采用了BioDopp工艺。改造后的工艺流程如图1所示。

设计水质及参数

BioDopp池设计的进出水水质如表1所示。

BioDopp池从进水端到出水端分为气提区、曝气区、污泥筛选区及混凝沉淀区。整个工艺通过气提实现推流及高回流比，并为污泥筛选提供动力。各区容积分别为气提区4.5 m×1 m×6.5 m、曝气区55.5 m×11.5 m×6.5 m、污泥筛选区23.5 m×2.5 m×6.5 m、混凝沉淀区32 m×2.5 m×6.5 m。原有SBR和BioDopp池参数对比如表2所示。

表1 设计进出水水质

图1 改造后废水处理工艺流程图

表2 参数对照表

处理工艺运行效果

生化池改造工程进入进水调试阶段后，在BioDopp生物池接种来自厂区SBR沉淀阶段的污泥，接种后池内污泥浓度为2 g/L，经过3天闷曝后开始小负荷连续进水。在连续进水期间，控制DO由1.5 mg/L逐渐减小到0.3 mg/L，经过2个月连续培养驯化，污泥浓度由2 g/L增加到8 g/L，SVI为95，污泥色泽发暗且较密实。当进水CODCr为4 500 mg/L时，出水最低CODCr为68 mg/L， 标志污泥驯化培养成功。碎煤加压气化废水处理的最大难点在于去除总酚，而BioDopp工艺的高回流比降低了酚类对微生物的抑制，使其去除率达99.9%。

CODCr去除效果

BioDopp工艺溶解氧浓度控制在0.05～0.3 mg/L，使得污泥生长缓慢，进而积累了大量特种微生物，对于难降解的有机物具有较好的去除能力。同时由于污泥浓度控制在8 g/L左右，且较为细碎，其微生物单体在微观上对于有机物的吸收和利用更为彻底。在稳定运行的30d内，进水CODCr在3 921～5 156 mg/L之间，均值4 590 mg/L，波动较大。BioDopp工艺对碎煤加压气化废水CODCr实现了98.5%的高去除率，出水CODCr保持在55.38～82.18 mg/L，均值68.22 mg/L，较为平稳，而SBR工艺出水CODCr在300～500 mg/L变动，波动较大。BioDopp工艺近60倍的高回流比极大降低了污染物对于微生物的抑制，提高了微生物活性。

酚类去除效果

在稳定运行期间，进水总酚浓度为797～1 109 mg/L，平均927.3 mg/L。BioDopp工艺出水总酚浓度为0.12～0.51 mg/L，平均为0.27 mg/L，平均去除率为99.9%。在进水水质、水量相同的条件下，SBR工艺出水总酚浓度为61～92 mg/L，平均为75.66 mg/L，去除率为91.84%。从出水情况分析，BioDopp生化系统相比于SBR工艺对总酚具有更理想的去除效果。

>>由于其特殊的结构设计和独特的工艺控制参数，BioDopp工艺对于碎煤加压气化废水具有良好的处理效果。

在进水酚类污染物浓度远超出SBR法处理酚类污染物500 mg/L上限的情况下[6-7]， BioDopp生化系统之所以对总酚具有更理想的去除效果，主要有以下两方面原因：第一，BioDopp生物反应器采用60倍左右（折算）的高回流比，使得反应器进水总酚浓度在回流稀释后远低于SBR所能承受的处理上限，为微生物生长创造了良好条件，更利于处理高浓度酚类物质；第二，BioDopp生化反应器内不超过0.3 mg/L的低溶解氧，可防止苯酚被氧化成更高生物毒性、更稳定的醌类物质。SBR工艺出水总酚浓度均值达到75.66 mg/L，占出水CODCr的50%左右，也是SBR工艺出水CODCr过高的直接原因。

NH3-N去除效果

稳定运行期间，BioDopp工艺进水NH3-N浓度在107～192 mg/L范围内变动，出水NH3-N浓度在0～2.5 mg/L范围内变动，均值0.51 mg/L。在相同进水条件下，SBR工艺对NH3-N也有较高去除效果，出水NH3-N在0～5.34 mg/L范围内变动，均值1.31 mg/L。BioDopp工艺由于高回流比及高污泥浓度，在低溶解氧条件下为硝化细菌创造了稳定的生长环境，同时由于污泥细碎密实，为硝化细菌提供了相对的富氧状态。在污泥筛选区的截留作用下，硝化细菌大量累积，因此实现了对NH3-N的99.6%的去除率。

色度去除效果

碎煤加压气化废水中的显色物质绝大部分为酚类物质的衍生物，BioDopp工艺控制低溶解氧、高污泥浓度、高回流比及高污泥龄，积累了大量特种微生物，使得其对于酚类物质的去除率达99.9%，出水酚类物质浓度在0.5 mg/L以下，从根源上去除了显色物质，使BioDopp工艺的出水色度在30以下。同比SBR工艺，由于其总酚浓度较高，出水均值达75.66 mg/L，其色度一般在64～128。

处理工艺优势分析

综上分析可知，采用BioDopp为主体的工艺处理碎煤加压气化废水具有一系列的工艺优势，具体表现如下：

首先，对CODCr和NH3-N具有较好的去除效果，平均去除率达98.5%和99.6%，通过高污泥浓度和高回流比，使得系统具有较好的抗冲击能力。

其次，对总酚具有较好的去除能力，平均出水总酚浓度为0.27 mg/L，通过低溶解氧、高污泥龄及特殊污泥筛选结构，培养截留了特种微生物，提高了系统对酚类物质的去除能力，解决了高酚碎煤加压气化废水的处理难题。

再次，对碎煤加压气化废水色度有较好去除能力，从根源上去除了显色物质，解决了碎煤加压气化废水的脱色难题。

最后，节约了63%的运行成本。以BioDopp为主体的工艺处理碎煤加压气化废水，运行费用为3.06元/t，而以SBR为主体的工艺运行费用为8.3元/t。同时，由于采用BioDopp为主体的处理工艺，其出水达到了直接排放标准，省去了原有的接触氧化和沉淀脱色等后续工艺，节省占地面积约40%。

[1] 许佩瑶, 侯素霞, 王淑娜. 煤加压气化废水处理方法的现状及展望[J]. 燃料与化工, 2006, 37(2): 31-33.

[2] 闫昭, 张向沛, 刘燕. 论新时期下的煤气化工艺[J]. 化学工程与装备, 2010(2): 23-31.

[3] 孟宪林, 郭威, 王冬梅. 煤气化废水中挥发酚污染物的健康风险评价[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2010, 42(6): 17-21.

[4] 姬鹏霞, 杨建, 刘志辉. SBR法处理鲁奇加压气化废水存在问题的探讨及措施[J]. 山东科学, 2005, 18(4): 83-85.

[5] 李雪平, 蔡少华, 苗建林. BioDopp工艺在鲁奇气化炉废水处理上的应用研究[J]. 河南化工, 2012(21): 46-49.

[6] 秦臻. BioDopp技术处理高氨氮高浓度化纤废水——己内酰胺废水中试试验研究[D]. 陕西: 长安大学, 2006.

[7] Santos V L, Linardi V R. Biodegradation of phenol by a filamentous fungi isolated from industrial effluents - identification and degradation potential[J]. Proc Biochem, 2004(39): 1 001-1 006.

X703

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2095-6444(2014)06-0019-03

2014-09-03

郭二民，北京中环格亿技术咨询有限公司高级工程师；张雷、赵嫱、黄文涛，北京博汇特环保科技有限公司；任晓杰，河南省煤气（集团）有限责任公司。