节能型井式AA/OO新工艺处理焦化废水

赵永臣，张庆军、2，徐铭泽，张福波，吴 迪，卜东辉

（1.辽宁城建设计院有限公司，沈阳 110168；2.桂林理工大学，广西 桂林 541004；3.沈阳农业大学，沈阳 110866）

节能型井式AA/OO新工艺处理焦化废水

赵永臣1，张庆军1、2，徐铭泽3，张福波1，吴 迪1，卜东辉1

（1.辽宁城建设计院有限公司，沈阳 110168；2.桂林理工大学，广西 桂林 541004；3.沈阳农业大学，沈阳 110866）

介绍了井式厌氧、缺氧、好氧1、好氧2（AA/OO）工艺构造及合理利用废井筒的方法，探讨了该工艺在处理焦化废水的可行性。通过分析井式AA/OO工艺构造和焦化废水的特点，结合现有技术处理焦化废水的情况，结果表明井式AA/OO工艺综合利用深井曝气技术和AA/OO工艺特征，强化了处理高浓度有机废水的优势，可在节能的同时完成焦化废水的处理。该工艺占地极小，便于施工，受温度影响低，合理利用矿区废井筒可大大降低基建投资，从而可以灵活、节能、高效应用于焦化废水的处理，具有较大的市场前景和综合性效益。

节能；井式AA/OO工艺；焦化废水

煤矿工业区存在已经报废或即将报废的煤矿立井井筒，若对井筒及其附属设施进行改造，采用深井AA/OO工艺用于处理焦化厂高浓度工业废水，可节省深井曝气基建投资，同时对AA/OO工艺流程适当改进，将厌氧池、缺氧池、好氧池通过分隔装置集于一井筒，更好发挥利用AA/OO工艺好氧段的作用，节省占地面积，提高水处理效率。在建设及扩建场地不足或寒冷地区，尤其是废弃井筒常见的矿业密集地区，AA/OO新工艺的运用将日趋广泛，该工艺的竞争力和市场潜力巨大。

1 井式AA/OO新工艺介绍

1.1 废井筒的改进

矿井井筒的井壁厚度较大，一般分为3层，外层为混凝土，中层为混凝土预制块，内层为料石，为避免地下涌水和井壁渗水，在施工过程中对井壁进行注浆，浆液有水泥浆等，其可注性、抗渗性和耐水性均较好，能起到加固和封水作用。由此可见，对矿井井壁进行改造可满足深井曝气池对井壁防渗、防腐的要求。加设中间隔板装置形成集AA/OO和深井曝气系统为一体的深井式AA/OO新工艺[1-3]。

1.2 AA/OO工艺构造

图1a及图1b分别为试验装置示意图及装置图。如图1b所示，装置材料为有机玻璃，有机玻璃柱高2m，直径选择20mm，处理量按0.18m3/d设计。混合液及污泥回流用蠕动泵完成，后期研究中将逐步改进并省去混合液及污泥回流泵，进一步减少动力消耗。反应器分为厌氧、缺氧、好氧1、好氧2四个区，分区比例为1︰1︰2︰2，考虑后期实验工况的改进及各段水力停留时间的控制，出水及曝气均设计为多层，同时通过恒温调节箱控制水温约为25℃。

图2为工艺流程图。采用一侧进水，污废水经过调节池预处理后流经隔板左侧厌氧区及缺氧区，水通过井筒底部后，进入隔板另一侧的好氧1区和好氧2区，然后经过二沉池泥水分离后，上清液排出，部分污泥回流。污废水在调节池内完成预处理后进入厌氧区2，厌氧反应使废水中大分子有机物断裂为小分子有机物，从而减轻后续反硝化-硝化系统中NO2--N的积累，满足了生物处理要求的可生化性，因此可处理高分子有机废水；当污废水通过井筒底部后，流入好氧1区及好氧2区时，实现较好的硝化及同步硝化反硝化反应，有机物得到大量去除；好氧2区混合液通过蠕动泵回流至缺氧区，完成缺氧反硝化反应，增强了生物脱氮能力。二沉池部分污泥通过污泥回流管回流至厌氧区前端，增加了工艺的水力冲击负荷能力。同时柱体底部，部分污泥完成一次沉淀，在重力作用下形成了位于好氧1区与好氧2区的中间沉淀区，同时可以通过阀门控制重力排泥管。在U型井右侧设有双层曝气装置；运行期间，靠两侧水位的高度差△H（压头损失）及气提法实现泥水混合液推流式前进，最终通过出水管进入二沉池[4-5]。

图1 试验装置

图2 工艺流程图

1.3 AA/OO工艺在焦化废水中的应用

焦化废水适当预处理达到AA/OO废水处理系统要求，根据焦化废水浓度确定井体的高度，完成工业废水生物处理，污水进入井筒厌氧段A1，厌氧池设有潜水搅拌机。废水在此与厌氧菌发生反应，废水中大分子有机物在厌氧反应作用下断裂为小分子有机物，环状有机物在其作用下开裂成为链状有机物，部分有机物的分子结构在高压、低压的作用下也可被破坏，从而减轻后续反硝化-硝化系统中NO2--N的积累，提高了可生化性，为兼氧段提供了较好的碳源。同时废水经A1厌氧段系统处理后，毒性大大降低。进入A2缺氧段，缺氧更适合反硝化细菌对高浓度有机物废水的处理，缺氧时进行反硝化，好氧时进行有氧呼吸消耗有机物，增强了对焦化废水处理的能力[6-7]。在好氧O1深井曝气活性污泥法系统做适当改进，在好氧段采用完全混合式污泥系统的污泥回流法，进入好氧段的污水和回流污泥很快被已有的混合液所稀释、均化，原污水在水质水量方面的变化，对活性污泥产生的影响将降低到极小的程度，从而使该工艺对冲击负荷有较强的适应能力，特别适合处理高浓度的焦化废水[8-9]。同时部分回流可避免因污泥老化而影响厌氧水解效果。

2 AA/OO工艺研究现状及意义

2.1 国内外研究现状、水平和发展趋势

深井曝气废水处理技术在废水处理过程中具有较好的效果，因此在1975年左右发展起来并引起世界各国的普遍关注，相继建成了不同规模的深井污水处理装置，主要用于处理各种工业废水及高浓度废水，并获得了理想的经济技术效果。深井曝气工艺主要的技术优势在于投资省、占地面积少、运行费用低、臭气便于收集等特点，对氧的利用率较高，比常规曝气法高10倍左右。我国也进行了深井曝气法处理工艺的研究，在国外研究新成果的基础上开发并推出了多种形式的深井曝气工艺，广泛应用于制药、化工等领域产生的不易生化降解的高浓度有机废水，取得了较为满意的效果。国内还为推广这一技术成立了专门设计、制造相关配套设施的深井曝气设备公司[10]。AAO法（厌氧-缺氧-好氧法）是在具有较好脱氮功能的AO（缺氧-好氧法）工艺基础上改进而发展起来的工艺，其中AO法是利用自氧型硝化菌在好氧条件下将废水中的氨氮转化为硝态氮（硝化阶段），异氧型反硝化菌在缺氧的条件下将硝态氮转化为N2而排入大气，从而使废水中的难降解有机物也得到有效去除，解决了氨氮的污染问题。AAO工艺由于增加了一个厌氧段，可以减轻后续反硝化-硝化系统中入厂口NO2--N的积累，进而提高了后续污水的可生化性，为缺氧段提供了较好的碳源，废水经AAO系统处理后，毒性大大降低。AA/OO工艺能取得良好的污染物去除效果，主要是让微生物在各自适宜的环境中得到优势生长，充分发挥其活性并利用优势菌进行专性降解污染物的能力，使每个反应器在处理废水中的作用尽可能地发挥到极致。同时在O1、O2两段接触氧化反应器内培养驯化，使污泥中的微生物适应高浓度废水的环境，具有处理效率高的特点，最终使出水达标排放[11-12]。

2.2 工艺的研发意义

目前国内外学者对深井式AA/OO组合工艺系统研究的报道较少，深井式AA/OO工艺采用回流污泥及混合液回流系统，发挥了深井曝气技术及AA/OO工艺优势，工艺每段均发挥了耐水力和抗有机冲击负荷能力，加之装置采用分段曝气，具有其他生物法难以达到的充氧特性，提高氧气利用率和污水处理效率，最终开发出了集AA/OO和深井曝气技术于一井体的一体化污水处理工艺。深井式AA/OO工艺与常规处理工艺相比较，省去了占地基建投资，降低了运行成本，更适合受场地限制的工业密集型工业园区。若该工艺合理利用煤矿工业区存在的已报废的煤矿立井井筒，用于处理焦化厂高浓度工业废水，可节省深井开挖投资，大大降低成本。因此合理开发应用井式AA/OO工艺处理工业有机废水，具有很大的竞争力和市场潜力。因地制宜，特别是在矿业密集型城市，建设或扩建场地受到限制的地区或东北寒冷矿业地区及废弃井筒常见地区，新型AA/OO工艺的运用将日趋广泛[13]。

3 井式AA/OO工艺处理焦化废水可行性分析

该工艺综合一级生物处理和AA/OO二级处理工艺采用完全回流污泥法系统，结合了几种工艺适合处理高浓度有机废水的特点，可高效处理焦化废水；废井筒的合理利用可避免高额的基建费用。工艺各部分集于一井，与常规处理工艺相比较，结构简单、维修工作量小、污泥量少，也是运行费低的因素。通常一般生物法处理有机废水会发生因丝状菌大量繁殖而引起的污泥膨胀，进而使运行系统崩溃，无法正常运行，而井式AA/OO工艺改变了丝状菌的形态，不会产生丝状菌造成的污泥膨胀，便于污泥的固液分离，处理效果较好[14]。根据水量控制井体容积，占地非常小，施工简单，受外界温度等影响因素干扰小，同时合理利用焦化厂附近矿区废井筒可以大大降低井体开挖等基建投资，减少了对自然的干扰和损害，节约集约利用了土地、水、能源等资源，从而在节能的同时，有效缓解了我国焦化废水污染现状。

4 结论

采用深井AA/OO工艺用来处理焦化厂高浓度工业废水，可节省深井曝气基建投资。该工艺在节能和强化处理高分子焦化废水方面逐步改进，有机物去除效果较好；氧气利用率高，尽可能地减少了部分曝气所耗能量；废弃井筒的合理利用进一步节省了工艺基础设施建设投资成本，大大减少了焦化废水的排放，同时可实现水资源的回收利用，顺应工业化的发展要求，从多个角度实现了环保节能，具有较高的环保产业化前景。

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Study on New Energy-saving AA/OO Process for Treatment of Coking Wastewater

ZHAO Yong-chen, ZHANG Qing-jun, XU Ming-ze, ZHANG Fu-bo, WU Di, PU Dong-hui

X703

A

1006-5377（2015）05-0044-03

广西矿冶与环境科学实验中心资助项目（KH2012ZD004）。