关键字：焦化废水 IBR工艺 脱硫废液
IBR废水处理工艺为美国麦王环保能源专利技术，2014年引进韶钢，在焦化废水处理中应用属于国内首次，为韶钢松山股份有限焦化厂年产焦炭110万吨2×55孔6m焦炉酚氰废水处理配套设施，用于处理真空碳酸钾脱硫废液、蒸氨废水及其它焦化废水，设计废水处理量1440m3/d。进水指标设计（如表1）。
表1废水处理系统设计进水指标
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备注：水温℃,浓度单位mg/l，水量单位m3/h。
1、工艺简介
废水处理系统分为前处理系统、生物处理系统、后处理系统，其主要工艺流程如图1。
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图1 酚氰废水处理工艺流程图
1.1前处理系统
前处理系统包括真空碳酸钾脱硫废液处理、隔油调节处理、混凝气浮除油处理。
脱硫废液处理原理是利用过量的Fe2+与脱硫废液中的CN-形成Fe2[Fe(CN)6]络合沉淀物，与S2-生成FeS沉淀，并在助凝剂PAM的作用下，形成的沉淀物絮凝加速沉淀去除，从而降低废水中的毒性氰化物和硫化物，达到降毒的处理目的。
处理后的脱硫废液配入隔油调节池与蒸氨废水混合隔油，再泵送至二级混凝脱氰槽，在此投加硫酸亚铁和PAM混凝沉淀进一步解毒，然后经气浮池气浮去除悬浮油类物质后进入厌氧系统。
1.2生物处理系统
生物系统包括厌氧水解酸化生物系统、美国麦王专利技术ＩＢＲ生物工艺。
1.2.1 厌氧水解酸化系统
厌氧水解酸化系统其主要目的是提高废水的可生化性，在厌氧条件下经过微生物生物酶的作用先把难降解的大分子有机物分解为小分子物质 ，分解后的这些小分子通过微生物的细胞壁进入到生物细胞的体内进行分解酸化，转化成更为简单的挥发性脂肪酸，以及醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物，从而大大改善废水的可生化性。
1.2.2 IBR生物系统
水解酸化后的废水进入ＩＢＲ生物系统（图2所示）的缺氧区，在此与V型沉淀池污泥回流口A自流来的高浓度活性污泥及好氧区经气提泵来的硝化液混合，在好氧区、缺氧区进行硝化和反硝化循环脱氮脱碳，利用空气气提作为动力源实现循环。
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A-污泥回流口 B-缺氧区搅拌机 C-曝气管
图2 IBR生物池示意图
（1）反硝化反应
在缺氧池缺氧条件下进行反硝化，将硝态氮转换成氮气从而实现脱氮，整个反应过程可表示为：2NO3-+5H2A→N2+2OH-+4H2O+5A，H2A为供氧有机物，也叫电子供体。NO3-还原为N2的过程由连续的四步反应完成。
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反硝化所需要的碳源和能源由进水中的有机物提供，所需要的氧源由回流水中的硝态氮提供。在缺氧池内消耗了部分COD，减轻好氧段生物处理的负荷，提高整个系统的COD去除率。
（2）硝化反应
在好氧池曝气好氧条件下，将NH3-N 氧化为NO2-、NO3-硝态氮，废水中的大部分则COD被微生物的生长所消耗，从而大大的降解去除水中的COD，实现废水脱碳。氨氮的转换成硝态氮是通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤：
NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+
NO2-+0.5O2→NO3-?
硝化反应总方程式：
NH4++1.83O2+1.98HCO3-+?0.021C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3?
（3）沉淀分离
好氧池混合液经气提泵送至V型沉淀池，在此进行污泥澄清分离，分离后的清水排至后处理，污泥则在V型沉淀池积累，利用自身重力部分自流至缺氧区，在搅拌机的作用下与废水进行充分混合，实现生物系统高浓度活性污泥循环脱氮脱碳，剩余污泥用泵抽出至污泥浓缩压滤外运处理。
1.3后处理系统
后处理配置一套异相催化工艺高级氧化装置，反应器中装填经过特殊技术处理的Catalyze 填料，采用流化膨胀方式，使氧化产生的三价铁( Fe3 + ) 极易与Catalyze 填料结合，形成FeOOH 异相结晶体，FeOOH 是H2O2极好的催化剂，在硫酸调节PH=3-5的条件下酸性条件下，利用Fe2 + 与过氧化氢( H2O2) 反应，产生强氧化剂·OH，进一步脱除难降解的COD和氰化物。废水反应后加入NaOH中和调节PH=6-9，再投入ＰＡＭ絮凝沉淀去除污染物，经斜管分离器分离后废水外排。
2、工艺特点
(1)前处理设置两道破氰降毒工序，最大限度的降低进入生物处理系统的有毒物质。
(2)采用国际先进的序进气浮SAF工艺，结构简单、设备整体性好、低能耗、易操作，可在高污染负荷的情况下得到优异的出水效果。
(3)一体化结构IBR生物系统，脱碳、脱氮及沉淀等多个单元设置于同一处理池中，内部无刮泥机等活动部件，简化了工艺流程，减少了管道投资，运营管理方便，控制简单。
(4)实现高污泥浓度运行，IBR系统活性污泥浓度可达～8000mg/l（传统活性污泥～4000mg/l）,生物处理池中所驯化培养的微生物数量极大化、菌群特殊化、降解高效化，从而有效降解水中的有机污染物。
(5)利用空气作为提升原动力，推动曝气池中泥水混合物进行循环流动，低浓度循环水流会对进水进行大比倍稀释，使进水的污染物浓度迅速降低，避免微生物遭受冲击，为微生物生长提供稳定的水体环境。
(6)V型沉淀池一是传统的泥水分离作用，保证出水清澈；二是可以通过澄清区分离后底部污泥通过自流连续补充至好氧池，使曝气池的生物量保持稳定。
(7)异相催化高级氧化工艺，与传统Fenton 相比，降低Fe2 + 的使用量，从而降低了运行费用。
3、实践与改进
3.1氰化物的控制
焦化废水中的脱硫废液含有高浓度的硫化物、氰化物等无机污染物，这些无机物贡献了极高的COD，在废水生物处理过程中，这些还原性物质极易对废水处理系统的正常运行构成冲击，处理相同COD当量的废水，通常需要向生物系统提供更多的溶解氧，另外，其总氰化物浓度2400-8000mg/l，具有极强的生物毒性与抑制性。
在实践运行中，生物系统进水氰化物浓度大于15mg/l时，对系统微生物抑制毒害明显，产生死泥，处理效率下降。现有脱硫液脱氰反应槽设计的处理浓度<2000mg/l，进水浓度超过设计。在实际运行中，经过不断调整，FeSO4的投加量控制在废液脱氰脱硫理论值的1.1-1.3倍、PAM投加量60-80mg/l时,氰化物的去除率能稳定在85%左右，但处理后的脱硫废液总氰化物400-1000mg/l仍然较高。经过改进，经亚铁处理后的脱硫废液储存至事故池先通过曝气氧化，然后再少量连续配入蒸氨废水，控制混合后废水总氰<50mg/l,再利用二级混凝脱氰进一步降毒(FeSO4投加量为750-850mg/L，PAM=3-4mg/l)，控制生物进水总氰化物浓度<15mg/l。
3.2活性污泥的补充
好氧池气提的混合液在V型沉淀池进行污泥澄清分离，系统活性污泥的稳定，主要靠分离出来的污泥补充，V型沉淀池设置了6个漏斗状污泥槽，6个与缺氧池连通的污泥回流口，活性污泥的补充只是利用V型沉淀池分离的污泥自身重力流动。在实践中，污泥通道部分堵塞时，污泥被积累在漏斗污泥槽，而畅通通道循环流动补充的只是部分分离的污泥，循环补充的活性污泥量不足，生物出水COD、氨氮偏高，生物系统处理效率变差。通过改造，在6个污泥通道增设曝气防堵装置，每班对每个通道进行曝气冲刷10分钟，有效的避免了污泥累积阻塞通道，维持生物系统微生物的数量稳定。
3.3缺氧区的搅拌机搅拌强度不足
V型沉淀池自流来的活性污泥、好氧池气提来的硝化液与厌氧酸化后来的高浓度废水在缺氧池混合，运行中发现，搅拌机能力不足，不能充分搅拌混合稀释废水，微生物易受到冲击，活性被抑制，易产生浮泥死泥，系统生物处理后废水污染指标偏高。通过改造增加搅拌机推力，使低浓度大比倍的循环液、高浓度污泥与进入的高浓度废水进行快速混合，稀释厌氧酸化后进入的高浓度废水，使进水的污染物浓度迅速降低，整个池内的污染物浓度差大幅度降低，有效地避免了微生物遭受冲击，为微生物生长提供稳定的水体环境。
3.4生物系统工艺指标控制
焦化来的蒸氨废水等废水温度、PH满足进入厌氧生物池，生物系统主要控制厌氧池总磷3-4mg/l，好氧池工艺指标经过摸索调整控制如表2。
表2 好氧池工艺指标
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好氧池PH调控是通过缺氧池投加液碱控制，原PH控制7-8.5，系统调试跟踪发现，硝化菌对PH较敏感，控制ＰＨ=7.5-8时生物恢复快，数据跟踪显示氨氮的去除率提高快；另外对于焦化废水，一般N 元素过量，而P 元素不足，为此需投加一定量P 使其满足微生物生长需要，微生物对N、P需求满足BOD5：N：P=100：5：1，由于BOD5没有检测，根据开工初期好氧池磷含量运行控制0.3-0.8mg/l,随着焦化生产负荷加大，原水COD等指标变化大，营养物质P的补充已不能满足微生物生长需求，根据生产实践摸索,生物池内保持磷含量1-1.5mg/l，微生物生长稳定，系统脱碳脱氮效率稳定，生物出水COD<250/l，NH3-N<10mg/l。
3.5废水后处理工艺的调整
后处理配置的异相催化高级氧化工艺，虽然能进一步去除生物出水后残余的COD、氰化物，但需把生物出水调至酸性PH=3-5，经加入亚铁离子和H2O2氧化后，还需调节出水PH=6-9至外排标准，工艺控制较复杂，成本较高。在实际运行中被废弃，高级氧化池改成了投加聚合硫酸铁、硫酸亚铁混凝沉淀工艺，实际运行中聚合硫酸铁投入量3-4.5g/l、硫酸亚铁300-450mg/l、PAM投加量2-3mg/l,处理后废水所有指标均能达到排放间排标准。（表3）
表3 2017年-2019年IBR系统外排废水指标（单位mg/l，除PH外）
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4 结论
(1)现有脱硫废液脱氰处理配置能力不足，目前主要靠调整处理后脱硫废液的配入量控制废水总氰化物含量；脱硫废液处理配置需改造，进一步提升脱氰处理效率。
(2)IBR系统V型沉淀池分离产生的活性污泥能否顺畅补充至缺氧池，是影响生物脱碳脱氮效率高低的关键。
(3)IBR工艺能有效处理焦化废水中高浓度的COD、氨氮、挥发酚及SS等污染物,其出水水质达到工业水污染物排放标准,具有很高的环保效益。
(4) IBR生物系统工艺流程短，投资费用少,运行费用低,系统操作简单，易于管理，是种较为先进的废水处理工艺。
参考文献
[1] 张英慧[1] 熊尚雷[2] 赵海燕[3] 王琴芳[4] . IBR工艺在乡镇污水处理上的应用【J】.《西安文理学院学报(自然科学版)》,2015(04)
[2]赵春辉. A/O/O法焦化废水处理工艺的生产实践【J】.《化学工程与装备》.2012
作者简介：
朱忠文（1982—），男，汉族，广东韶关人，助理工程师。从事污废水处理工作。
论文作者:朱忠文 江承付 刘显清
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：污泥论文; 废水论文; 生物论文; 系统论文; 工艺论文; 氰化物论文; 废液论文; 《科学与技术》2019年第19期论文;