BAF处理焦化尾水和钢厂杂排水的研究.pdf

BAF 处理焦化尾水和钢厂杂排水的研究 刘剑平赵娜肖林徐焱 燕山大学环境与化学工程学院， 河北 秦皇岛 066004 摘要 结合 4 万 m3/d 污水处理及回用工程的调试实践， 对采用曝气生物滤池技术处理焦化尾水和钢厂杂排水的处理 效果进行研究。结果表明 曝气生物滤池有一定的抗有机负荷冲击能力; 对 SS 的去除效果好; 进水有机负荷的大小是 影响氨氮去除效果的一个重要因素; B/C 是曝气生物滤池降解有机物效果好坏的重要因素。根据调试中实际操作情 况确定 水反冲洗强度为 5. 83 L/ m2s ; 气反冲洗强度为 16 L/ m2s ; 反冲洗周期为 5 d， 各反冲阶段时间分配 气 洗时间为 5 min， 气水联合洗时间为 3 min， 水漂洗时间为 5 min， 反洗后， 大约6 h出水恢复到反洗前的处理效果。 关键词 曝气生物滤池; 挂膜启动; 有机负荷; 反冲洗 THE STUDY ON TREATMENT OF COKING WASTEWATER AND MISCELLANEOUS WASTEWATER FROM STEEL PLANTS USING BAF Liu JianpingZhao NaXiao LinXu Yan College of Environment and Chemistry Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao 066004，China AbstractCombined with the commissioning of the 40 000 m3/d wastewater treatment and water resue project，the treatment effect of the coking wastewater and miscellaneous wastewater from steel plants by biological aerated filter BAF was discussed. The results showed that BAF has a good ability to resist the change of organic loading to a certain degree; the disposal efficiency to SS is very high;the removal rate of NH 4 -N mainly depends on organic loading and B/C is a crucial factor for biological degradation. Based on the site debugging，the best operation parameters are summarized as belowwater- washing intensity is 5. 83 L/ m2s ;air scouring intensity is 16 L/ m2s ; the backwashed cycle is 5 d and the duration of air-washing，air-water backwashing， single water-washing are 5， 3， 5 min respectively and the treatment effect will be restored after 6 h. Keywordsbiological aerated filter;start-up;organic loading;backwash 0引言 曝气生物滤池是 20 世纪 80 年代后期开发的一 种污水处理新工艺， 兼具生物膜法和活性污泥法的许 多优点， 其基本原理是在一级处理基础上， 以颗粒状 填料及其附着生长的生物膜为处理介质， 充分发挥生 物代谢作用、 物理过滤作用、 膜及填料的物理吸附作 用以及反应器内生物多级捕食作用， 实现污染物在同 一单元反应器内去除。该工艺具有流程简单、 容积负 荷高、 水力负荷大、 水力停留时间短、 占地小、 无需污 泥回流、 不存在污泥膨胀、 基建及运行成本低、 出水水 质好等优点。但其池体结构较复杂、 设备较多、 自动 化程度较高、 要求建造质量及运行管理水平也较高。 本文结合江苏某钢厂40 000 m3/d污水处理及回用水 工程的运行实践， 对曝气生物滤池进行研究。 1工程概况 江苏省某钢厂 4 万 m3/d 污水处理及回用工程 简 称 污 水 处 理 站 或 污 水 站 ， 总 占 地 面 积 约 为 11 015 m2。 设计处理规模为 4 万 m3/d， 总变化系数 Kz 1. 30。主体工艺采用曝气生物滤池 微絮凝净 水系统， 预处理采用气浮装置。进入污水处理站的水 主要是经过 A2/O 处理后的焦化废水、 钢厂的其他杂 排水和部分生活污水。其中由于生物处理单元有机 负荷的限制， 焦化尾水 ρ COD ≤150 mg/L， 以保证 进水的可生化性。由于某些项目尚未投产， 污水站实 际进水约25 000 m3/d。 处理站的出水主要回用于绿 化和道路浇洒， 冲渣系统补充水、 浊环系统补充水以 及稀释水。剩余部分出水达标后将就近排入长江。 1. 1污水站设计进水水质 31 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 通过对各排水点的日常取样检测结果进行加权 平均， 并考虑到厂区即将实施清洁生产， 以及污水站 出水回用造成的污染物累积， 确定污水处理及回用水 站的主要进水水质见表 1。 表 1设计进水水质 mg/L pH 除外 ρ COD ρ NH3-N ρ BODρ SS ρ TPpH ≤200 ≤4 ≤60 ≤150 ≤107 ～ 10 1. 2污水站处理工艺流程 本工程采用组合气浮 BAF 微絮凝净水系统 处理焦化尾水、 钢厂的其他杂排水和部分生活污水。 工艺流程见图 1。 图 1污水处理厂工艺流程 污水处理工艺流程说明 经过 A2/O 处理后的焦 化尾水、 钢厂的其他杂排水和部分生活污水通过管道 输送至污水处理站， 三类废水在配水井混合进入预处 理气浮装置; 经气浮处理后， 浮渣通过刮渣机刮入渣 槽， 自流进入污泥池， 处理水经提升泵进入曝气生物 滤池， 主要去除 COD、 SS 等; BAF 出水自流进入中间 水池， 中间水池储存的水部分经反冲洗提升泵提升用 作反冲洗水， 其余则经中间水池提升泵进入全自动净 水器进行过滤， 进一步去除 SS 和少量的 COD; 然后， 废水再自流进入消毒池和回用水池， 达到回用和绿化 水质要求。在处理过程中， BAF 反冲洗排水、 污泥池 的上清液、 净水器的反冲洗排水都自流进入集水池。 集水池分为两部分， 一部分为污泥沉淀区， 一部分为 清水区， 兼具调节和沉淀两个作用。集水池的上清液 由污水提升泵回流至配水井; 污泥由污泥提升泵排入 污泥槽， 自流进入污泥池。污泥池的污泥经螺杆泵送 至带式压滤机压泥， 泥饼外运利用。 1. 3曝气生物滤池的设计参数 曝气生物滤池分为两级， 每级曝气生物滤池由并 列的 10 个池体组成， 采用全地上钢筋混凝土结构， 其 设计参数如下 1 一级曝气生物滤池。该池由并列的 10 个水池 组成， 分为两大组， 每组 5 个池体， 滤池主要参数 单 池 见表 2。 表 2一级曝气生物滤池的设计参数 项目参数 结构尺寸8. 4 m 7. 9 m 6. 9 m 砾石垫层8 ～ 16 mm， 高 15 cm; 16 ～ 24 mm， 高 10 cm; 24 ～ 32 mm， 高 10 cm 陶粒填料 4 ～ 8 mm， 堆积密度 1. 07 g/cm3， 密度 1. 4 ～ 1. 8 g/cm3， 孔隙率≥45 ， 磨损破损率≤3 水力停留时间2. 3 h 水力负荷2. 83 m3/ m2h 滤料负荷2. 95 kg/ m3d 气水比2∶ 1， 必要时可增加到 3∶ 1 水反冲洗强度4 ～ 8 L/ m2s 气反冲洗强度8 ～ 16 L/ m2s 变频调节 反冲洗方式气水联合反冲洗， 即先用气洗， 再用气、 水联合 反冲洗， 最后再用水漂洗 2 二级曝气生物滤池。该池由并列的 10 个水池 组成， 分为两大组， 每组 5 个池体， 滤池主要参数 单 池 见表 3。 表 3二级曝气生物滤池的设计参数 项目参数 结构尺寸8. 4 m 7. 9 m 5. 9 m 砾石垫层 8 ～ 16 mm， 高 15 cm; 16 ～ 24 mm， 高 10 cm; 24 ～ 32 mm， 高 10 cm 陶粒填料 4 ～ 8 mm， 堆积密度 1. 07 g/cm3， 密度 1. 4 ～ 1. 8 g/cm3， 孔隙率≥45 ， 磨损破损率≤3 水力停留时间1. 9 h 水力负荷2. 83 m3/ m2h 滤料负荷1. 36 kg/ m3d 气水比2∶ 1 水反冲洗强度4 ～ 8 L/ m2s 气反冲洗强度8 ～ 16 L/ m2s 变频调节 反冲洗方式气水联合反冲洗， 即先用气洗， 再用气、 水联合 反冲洗， 最后再用水漂洗 2曝气生物滤池的调试及运行 完成了系统联动试车后， 污水处理站即可进入生 物膜的培养和驯化以及各构筑物的联动逐级调试阶 段。这一阶段重点是完成生物膜的培养， 控制好 BAF 的工艺进气量以及反冲洗强度和反冲洗频率， 同时摸 索出各工艺设备的运行参数， 为污水站的正常运行提 41 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 供控制参数。 2. 1挂膜启动阶段 为尽快使滤料挂膜， 调试采用先培养后驯化的方 法。从 10 月 1620 日分 4 批向 BAF 投加约 100 t焦 化活性污泥 污泥采自焦化厂 A2/O 污水处理站污泥 浓缩池的污泥， SV30 98 进行接种。平均每天投 加污泥约 25 t， 通过缓冲区的提升泵加入到一级的 BAF 中。在投加前， 用小于 0. 5 mm 的纱网过滤， 以 去除其中尺寸较大的颗粒， 防止 BAF 由于污泥颗粒 较大而堵塞， 增加反冲洗次数， 从而影响到 BAF 中滤 料的挂膜。接种进水引用 3 号取水站的杂排水和部 分生活污水， 暂不允许焦化废水进入站内。接种污泥 和进水充分混合后进入 BAF， 其浓度以保证 BAF 无 阻塞为原则。接种后 BAF 停止进水对其进行闷曝。 表 4 是闷曝阶段水质的检测结果。 表 4闷曝阶段水质检测结果 日期 ρ COD/ mg L －1 COD 去除率/ ρ NH3-N / mgL －1 NH3-N 去除效果 pH备注 10-16进水7255. 611. 27 闷曝 24 h 出水320. 01 10-17进水8881. 813. 79 闷曝 24 h 出水160. 08 10-18进水6858. 87. 15 闷曝 24 h 出水280. 05 10-19进水404015. 08 闷曝 24 h 出水240. 01 10-20进水7974. 79. 04 闷曝 24 h 出水200. 01 接种污 泥 对 氨 氮的去 除 效 果 较好， 出水中基 本不含有氨氮。 7. 55 7. 74 7. 49 7. 83 7. 78 8. 26 7. 62 8. 03 7. 53 8. 26 BAF 进水为 接 种 混 合 液， SS较 多，SV30约 为10 ～ 15 。闷曝 24 h 后基本 不含有 SS。 从表 4 可以看出， 闷曝阶段， 接种污泥具有较好 的活性。 2. 2生物膜的培养及驯化阶段 闷曝结束后， 需要对生物膜进行培养及驯化。生 物膜的生长需要适宜的环境 水温和溶解氧等 和水 质条件 pH 值、 BOD、 C/N 等 ， 为了确保进水含有充 足的碳源， 向处理站引入生活污水。 2. 2. 1BAF 低负荷运行阶段 为了使接种微生物保持良好的活性， 挂膜初期进 站的焦化水量不宜过大， 此阶段为运行低负荷阶段， BAF 进水 ρ COD 控制在 100 mg/L 以下。另外此阶 段， 还需控制 BAF 的曝气量和反冲洗强度。曝气量 根据 BAF 出水 DO≤3 mg/L 加以控制; 反冲洗强度根 据现场情况加以控制， 理想状态应该是滤料处于膨胀 而无激烈的相互摩擦; 并要严格控制反冲洗次数。 由于各方面原因， 10 月 2125 日焦化水迟迟未 能引入。在此期间本系统只接收了 3 号取水站的水 和间断生活水。从 10 月 26 日开始， 焦化水进入系统 进行 处 理，焦 化 水 来 水 流 量 不 太 稳 定，为 50 ～ 100 m3/h。 对 10 月 26 日11 月 25 日低负荷运行期 间 BAF 的 处 理 效 果 进 行 监 测， 具 体 数 据 及 效 果 见图 2 ～ 图 4。 从图 2 可以看出， BAF 对 COD 的去除效果比较 稳定， 平均去除率为 40 。当 BAF 进水 COD 负荷较 低， 进水比较稳定时， BAF 对 COD 的去处效果也比较 稳定， 并且去除率较高， 可达 60 ～ 80 ; 11 月 5 日 以后， 从出水 COD 指标来看， 尽管进水水质明显变 差， 并且水质很不稳定， 但 BAF 仍保持良好的去除效 果， 最高去除率可达 81 。这说明挂膜后， 微生物生 长正常， 在进水 ρ COD ≤100 mg/L 范围内， BAF 的 抗有机负荷冲击能力较强; 同时， 也可以看到由于接 种污泥采用的是焦化污泥， BAF 几乎不需要适应周 期， 很快就表现出较强的处理能力。 图 2 BAF 对 COD 的去除效果 从图 3 可以看出， 当进水 ρ SS 20 mg/L 时， 去 除效果比较好， 当进水 SS 较低时， 悬浮颗粒较小， 陶 粒对 SS 的拦截能力不能很好地发挥。总体来看， BAF 对 SS 的去除效果还是比较稳定的， 平均去除率 可达 39 ， 能够达到 BAF 预期的处理效果。 图 3 BAF 对 SS 的去除效果 由图 4 可以看出， 接种污泥后， BAF 对进水 NH3- N 有很好的处理效果， 除个别数据外 可能由于测量 误差的原因 ， BAF 对进水氨氮几乎可以完全去除， 氨氮较高的去除率和该系统生物滤池较高的曝气量、 51 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 较低的有机负荷， 适宜的温度等有着紧密的联系。这 说明该系统接种污泥中含有活性很高的硝化细菌， 并 且进水水质有利于硝化细菌的生长繁殖。 图 4BAF 对 NH3 -N 的去除效果 以上检测结果， 说明接种污泥后 BAF 在低负荷 运行阶段对进水处理效果很好。另外， 通过对这段时 期滤料的观察， 表层滤料挂膜不太明显， 但对反冲洗 出水做的镜检观测， 发现污泥中含有大量的微生物， 包括细菌、 藻类、 原生动物和后生动物， 原生动物有太 阳虫、 盖纤虫、 累枝虫等， 后生动物出现了线虫。 2. 2. 2BAF 高负荷运行阶段 从 2008 年 11 月 26 日上午， 将原焦化厂处理水 全部引入到本污水处理站， 流量为 250 m3/h; 另外生 活污水连续进入处理站， 流量为 125 m3/h， 其余进水 为钢厂杂排水。测得总进水 ρ COD ≤220 mg/L， SS 含量较高， B /C≤0. 25， 进水水温并没有发生较大的 变化， 一般情况下仍在20 ℃ 以上， 可见进水水质较 差。图 5 ～ 图 7 是 2008 年 11 月 26 日2009 年 1 月 2 日的运行结果。 从图 5 可以看出， 这段时间处理站的进水 COD 变化较大且浓度较高， 虽然混合进水 ρ COD 在 200 mg/L 范围内， 但出水水质不太理想， 平均出水质量浓 度为 80 mg/L， 平均去除率仅有 23 ， 远不能达到 BAF 的预计处理效果。通过调查分析其主要原因 这段时间进水焦化水中 ρ COD 为 323 mg/L， 远超过 设计要求， 并且进水生化性很差。而 BAF 去除污染 物主要靠微生物降解有机物， 来降低出水浓度， 因此 BAF 不能充分发挥其作用。应当在以后的运行中加 大生活污水的引进量， 提高进水的可生化性。 从图 6 可以看出， 除 12 月 23 日气浮池出现故障 外， 进水中 SS 含量较稳定， 一般含量在 80 mg/L 以 下。BAF 对 SS 的 去 除 效 果 很 好， 平 均 去 除 率 为 65 。甚至进水ρ SS 达380 mg/L 时， 都可将出水 ρ SS 降低到 20 mg/L 以下。可见， BAF 有很强的纳 污能力， 滤料能发挥很好的拦截作用。 从图 7 可以看出， 这段时间的运行 BAF 对 NH3- 图 5 BAF 对 COD 的去除效果 图 6 BAF 对 SS 的去除效果 N 的去除效果不佳， 平均去除率仅有 23 。这主要 是因为 NH3-N 的去除主要靠硝化反应， 而硝化菌对 外界环境的变化十分敏感， 虽然 BAF 池内水质的 pH、 水温、 DO 等都能满足硝化菌进行硝化反应的条 件， 但是进水有机物浓度却成为硝化反应顺利进行的 制约因素。一般来说， 水中有机物浓度较大时， 虽然 易于在陶粒表面形成活性良好的生物膜， 而生物膜上 的异养微生物优先吞噬有机物， 限制了硝化菌的生 长， 使硝化效果变差。 图 7BAF 对 NH3 -N 的去除效果 通过这段时间的运行， 滤料表面有一层很薄的生 物膜。反冲洗时发出很浓的腥味。镜检观察也可看 到前期观察到的微生物。从以上的数据可以看出， BAF 对 NH3-N 的去除能力跟进水中有机物浓度有着 很大的关系; BAF 对 SS 的去除效果很稳定， 并且有很 高的去除率。 因此需对上游焦化尾水水质进行严格控制， 使其 焦化尾水进水 ρ COD 保持在 150 mg/L， 对每天出水 进行检测， 测得出水满足回用要求， 即 ρ COD ≤60 mg/L， ρ SS ≤20 mg/L。 3曝气生物滤池的反冲洗 曝气生物滤池在运行一段时间后， 填料表面和滤 61 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 床空隙中的生物颗粒和非生物颗粒不断积累， 滤池的 过水通道逐渐减小， 滤池内的水头损失不断增大， 出 水水量会相应的减小， 发生 “穿透” 现象， 从而使出水 水质变差， 影响了曝气生物滤池运行的稳定性， 需要 对滤池进行反冲洗， 去除滤池内的老化生物膜及滤床 截留的 SS， 以恢复其正常的净水功能。这是 BAF 运 行的重要环节。但是， 曝气生物滤池的反冲洗只是疏 通， 而不是冲洗干净。所以， 反冲强度和时间的把握 是反冲洗成功与否的关键。 目前普遍采用的反冲洗方式是气水联合反冲洗， 即先气洗， 再用气、 水联合反冲洗， 最后用水漂洗。不 同形式、 不同滤料的曝气生物滤池， 其反冲洗强度、 历 时、 周期各不相同， 用水量和用气量也存在较大差异。 根据污水的特点以及本设计采用的池型结构， 调试中 根据实 际 操作 情况 确 定 水 反 冲 洗 强 度 为 5. 83 L/ m2s ， 符合初步设计中确定的水反冲洗强度为 4 ～ 8 L/ m2s ; 并根据设备配置确定气反冲洗强度为 16 L/ m2s 。此外， 根据各池堵塞状况并参考其他 文献资料， 确定反洗周期为 5 d， 各反冲阶段时间分 配 气洗时间为 5 min， 气水联合洗时间为 3 min， 水漂 洗时间为 5 min， 总反洗时间为 17 min 包含开阀、 闭 阀时间 。反洗后， 大约 6 h 出水恢复到反洗前的处 理效果。 实践证明按确定的反冲强度和时间去操作， 不但 反冲效果较好， 而且反冲程序也比较方便。 4结论 1 取焦化厂 A2/O 工艺中污泥浓缩池的污泥进 行接种挂膜， 可缩短污泥驯化时间， 较短时间内就可 达到稳定的处理效果。 2 生物法处理废水时， 若废水的可生化性很差 就很难达到预想的处理效果。因此， 本工程中要严格 控制焦化尾水的 ρ COD ≤150 mg/L。 3 从曝气生物滤池的运行来看， 进水有机负荷 对 NH3-N 的去除效果影响很大， 低负荷运行时期， 氨 氮被完全去除; 高负荷运行时期， BAF 对氨氮的去除 效果较差， 仅 23 。 4 滤池对 SS 的去除稳定且高效。滤料层能很 好的发挥其拦截作用。 5 根据对 BAF 水质及运行情况的分析， 确定水 反冲洗强度为 5. 83 L/ m2s ; 气反冲洗强度为 16 L/ m2s ; 确定反洗周期为 5 d， 各反冲阶段时间分 配 气洗时间为 5 min; 气水联合洗时间为 3 min; 水漂 洗时间为 5 min， 总反洗时间为 17 min 包含开阀、 闭 阀时间 ; 反洗后， 约 6 h 出水恢复到反洗前的处理 效果。 6 曝气生物滤池具有一定的抗有机负荷冲击能 力。滤池内微生物可适应较差的水质环境。 参考文献 ［1 ］ 叶少丹， 马前， 李义久， 等. 焦化废水生物处理研究进展［J］ . 工 业水处理， 2005 25 9- 12. ［2 ］ 亓雪山， 栾兆爱， 陈秀忠， 等. 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