煤化工废水处理SBR工艺出水COD超标原因分析与对策

魏 烈，侯永兴

（青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 816099）

1 研究背景

煤化工行业需要用到很多水，工艺产生的废水以高浓度煤气洗涤废水为主，含有大量酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物质和难以降解的物质。目前，国内主要采用生化法对煤化工废水进行处理，虽然可以高效地去除废水中的苯类物质，但对一些难降解有机物的处理效果较差，导致煤化工行业外排水化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）指标难以达到一级标准，所以需要利用废水处理技术对废水进行更好的处理[1]。

COD是衡量水质污染程度的一个重要指标，几乎所有水质监测项目都包含COD。非环境专业的人可将COD简单理解为水中有机污染物的浓度，因为COD反映的是水中还原性物质（可以被氧化的物质）的浓度。通常情况下，水中的还原性物质大部分是有机物，少部分是具有还原性的盐，如二价铁盐。通常用重铬酸钾测定COD，因此，水中可以和重铬酸钾反应的物质都会被纳入COD的计算中[2]。例如天津“8·12”爆炸事故泄漏的氰化物，在强酸条件下可以被重铬酸钾氧化，氰化物遇到酸会变成氰酸挥发，所以采样过程中如果没有加固定剂，会对COD的测定造成一定影响。另外需要注意的是，测定过程要在通风橱中完成，因为挥发出来的氰酸有剧毒。

2 工艺介绍

2.1 工艺流程

2.1.1 废水预处理阶段

废水预处理是在一级处理之前对废水的所有处理过程，如格栅、筛网、粉碎、撇渣、油脂去除、除砂、预曝气、均化、pH调节等[3]。在工业废水处理中，也指为保证后续生物处理设施顺利运行而进行的任何去除或改变废水中有害物质与难降解物质的处理过程。预处理有物化处理和生化处理两种方式，目前在物化处理中常用的预处理技术有混凝沉淀、离子交换、吸附、气浮、超滤、折点加氯法等。

2.1.2 生化处理阶段

废水的生化处理是通过微生物的新陈代谢作用处理废水中的污染物，一般可以分为两大类，即好氧处理和厌氧处理。好氧处理是在曝气的作用下，利用好氧微生物的新陈代谢活动去除废水中的污染物，常见的好氧处理工艺有活性污泥法、CASS、CAST、序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，SBR）、MBR、接触氧化、氧化沟等；厌氧处理是在隔绝氧气的情况下，利用厌氧微生物的新陈代谢作用去除废水中的污染物，常见的厌氧工艺有水解酸化、UASB、ABF、IC等。

人们将无数微生物集中在一个池子内，创造一个非常适合微生物繁殖、生长的环境（具备合适的温度、pH、氧气、氮磷等营养物质），使微生物大量增殖，以提高其分解有机物的速度和效率。然后往池内泵入废水，使废水中的有机物在微生物的生命活动过程中得到氧化降解，使废水得到净化和处理。与其他处理方法相比，生化法具有能耗低、不加药、处理效果好、处理费用低等优点。

对废水进行生物处理的主要目的是去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物，稳定和去除废水中的有机物，去除营养元素氮和磷。

城市污水中含有很多有机物，可以用很多其他办法处理，但其中60%以上的有机物只有使用生物去除法才最经济，而废水中的氮一般只能依靠生物法去除。

废水生物处理中的微生物包括细菌（废水生物处理工程中最主要的微生物）、真菌、原生动物、后生动物。原生动物主要以细菌为食，而后生动物又以原生动物为食。微生物除了需要营养，还需要合适的环境，因此，需要保持合适的温度、pH、溶解氧等，同时还要注意不能向生化池中排放浓度太高的含盐废水，因为生物细胞都有渗透压，根据渗透压原理，若是微生物已经适应在高浓度盐水中的生活，包括繁殖等生理活动，细胞液的含盐量也会比较高。如果废水的含盐量降低甚至大幅度降低，由于盐浓度差，废水中的水分子会大量渗入微生物体内，而微生物细胞没有细胞壁，吸收过多的水分会发生膨胀，严重者破裂死亡。因此，向生化池中排放的废水含盐量不能变化太大，应保持在一个相对稳定的浓度，否则很容易造成生化池毁坏。

2.1.3 污泥处理工段

污泥处理工段主要包括污泥池及泵房、污泥脱水机房等单体，污水处理站沉淀器排出的泥渣、SBR反应池排出的剩余污泥及回用水处理站排出的化学污泥分别进入污泥池，在污泥池充分混合后经污泥提升泵提升至污泥脱水间进行脱水处理，脱水后的泥饼直接外运处理。

2.2 SBR工艺

SBR是当前活性污泥工艺的变体，其反应机理和污染物去除机理与传统活性污泥基本相同，只是操作不同。污泥不易膨胀，特别是在污水进入生化处理装置的过程中。

SBR可分为进水期、沉淀期、曝气期、排水期、闲置期 5个阶段，主要通过沉淀作用将污水中的重金属等可沉降污染物聚沉在污泥中，再通过污泥中微生物的分解作用分解污水中的有机物，降低COD、BOD。最后污泥中发生有氧消化和无氧消化去除废水中的氮、磷等元素。

SBR反应池的设计参数包括周期数、充水比、需氧量、污泥负荷、产泥量、污泥浓度、污泥龄等。需要注意的是，如果在处理废水时，SBR工艺的主要目标是脱氮，宜选用低污泥负荷、低充水比；若主要目标是除磷，则需要选用高污泥负荷、高充水比。

2.3 SBR工艺特点

主要优点：（1）抗冲击负荷能力强。因为进水量以及进水的时间可以调节，进行间歇进水，可以降低进水水质超过系统运行负荷的可能性，保证系统适应进水水质的变化，同时保证处理水合格后排放，特别适用于水质、水量变化较大的含有有毒物质或者有机物浓度较高的污水和工业废水。（2）可以实现脱氮除磷，对污泥膨胀的抑制效果好。（3）运行稳定，出水水质、水量有保障。同时，SBR系统进行废水处理后还可以对其进行物化处理，实现水的循环再利用。（4）沉淀效果好。因为在沉淀阶段，不进水也不曝气，还可保证沉淀所需的时间，达到了理想的静态沉淀状态。（5）SBR工艺构筑物（设施）简单，投资少、占地少、维护量小、运行成本低。（6）自动化程度高，操作管理简单，减少了人员劳动。因为SBR工艺中的很多基本设备、仪表都是用计算机控制的，能简化管理，运行人员少，甚至可实现无人操作，便于操作和管理。

主要缺点：（1）SBR工艺是间歇运行的，对自控的要求很高，而且电耗较大。（2）脱氮除磷效率相比于其他工艺并不是很高。（3）污泥稳定性不如厌氧硝化好。

2.4 SBR系统适用范围

（1）间歇进行废水排放或者废水流量变化比较大的地方。（2）由于SBR系统出水水质有保障，可以实现水循环利用，适用于一些水资源较为紧缺的地区。（3）系统占地面积小，也适用于一些土地资源紧缺的地区，比如城镇。

3 COD超标原因以及对策

3.1 原因分析

一般在污水处理厂中，造成COD偏高的原因有3种。第一种是由企业自身原因造成的。（1）随着现代化工行业的发展，企业生产规模扩大，废水量增加，导致COD过高，超出系统处理能力范围。（2）生产工艺改变导致废水水质改变，对污水处理系统造成的负荷过大，导致出水的COD超标。（3）企业内部管理不当，负责废水排放的员工没有按照规定进行操作，废水处理过程不严谨，出水水质达不到标准，部分员工甚至将这些不合格的废水直接排放，导致水源遭到更严重的污染。

第二种是废水处理工艺的缺陷，是由设计师引起的。（1）对于系统运行的负荷设计不准确，导致系统负荷超标，造成出水COD超标。（2）因为SBR对后处理设备的要求比较高，所以在选型时需要格外注意，而有的设计师由于经验不足，在选型时犯了错，导致出水水质不合格。例如SBR工艺对滗水器的要求很高，需要严格进行选择。

第三种是由工作人员操作不当引起的，例如对SBR操作工艺和设备不熟悉，导致预处理过程出现问题，或者在进行系统处理污水时发生错误，导致出水不合格。例如SBR工艺的需氧与供氧问题、SBR反应池有机物的代谢问题，任何操作不当都可能导致出水COD不达标。

3.2 对策

首先，最重要的一点是加强生产企业管理，加强对员工操作技术的培训，避免操作过程中的失误，提高员工的职业素养，减少非正常废水的产生。需要注意的是，SBR反应池内的pH要始终处于微生物所需的良好状态，保证系统正常运行。同时，为了满足生化过程中微生物的代谢需求，要及时补充微生物所需的营养物质。

其次，因为企业本身的发展问题，不可避免地导致废水量大增，当超过系统负荷时，建议增设污水处理站；当企业本身的生产工艺改变，废水水质因此变化时，可以考虑加强预处理，有效降低COD。某些企业的废水出水超标不多，在现有出水中增加中性氧化床可以达到降低出水COD的目的。

最后，设计师要对系统进行严格的设计，对设备进行严谨的选择。

4 结语

随着石化产业的不断发展，各个企业不断壮大，环境保护问题应得到人们的高度重视。只有与环境友好相处，才能坚持可持续发展战略。因此，相关人员要格外重视煤化工废水处理，针对废水处理中可能产生的问题制定相应的解决方案。