法处理煤气化灰水.pdf

第 2 7卷第 1期 2 0 0 7年 1月 工业水处理 I n d u s t ri a l Wa t e r T r e a t me n t V0 1 ． 2 7 No ． 1 J a n ． ， 2 0 0 7 S B R 法处理煤气化灰水 李海曙 中石化金陵分公司化肥联合车间， 江苏 南京2 1 0 0 3 3 [ 摘要]详细介绍了 S B R法处理煤气化灰水 的污泥培养 、 驯化 以及试运行 的操作过程 ， 总结 了运行经验及教训 ， 并对操作手段 、 药剂的选用 、 高负荷污泥膨胀 、 污泥龄 的选择进行了分析 、 探讨。 [ 关键词】 序批式活性污泥法； 气化灰水；污泥培养；污泥驯化 [ 中圈分类号】 X 7 0 3 ． 1 [ 文献标识码】 B [ 文章编号]1 0 0 5 8 2 9 X 2 0 0 7 0 1 0 0 6 9 0 4 Ap p li c a t i o n o f SBR p r o c e s s t o t h e t r e a t me n t o f t h e c o a I g a s if ic a t i o n a s h wa t e r L i Ha i s h u C h e m i c a l F e r t i l iz e r P l a n t o f J i n l i n g P e t r o c h e m ic al B r a n c h C o ． ， s I N o P E C ． N an j i n g 2 1 0 0 3 3 ． C h i n a Ab s t r a c t T h e a p p l i c a t i o n o f S B R p r o c e s s t o t h e s l u d g e c u l t i v a t i o n， d o me s t i c a t i o n a n d t ri a l r u n n i n g p r o c e s s o f g a s i fic a t i o n a s h wa t e r t r e a t me n t i s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ． T h e r u n n i n g e x p e rie n c e s a n d l e s s o n s a r e s u mma ri z e d ． Th e s e l e c t i o n o f r u n n i n g me a s u r e s a n d c h e mi c a l s ， h i s h l y l o a d e d s l u d g e e x p a n s i o n a n d t h e c h o i c e o f s l u d g e a g e a r e a n aly z e d a n d d i s c u s s e d ． K e y wo r d s s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ；g a s i fi c a t i o n a s h w a t e r ；s l u d g e c u l t i v a t i o n；s l u d g e d o me s t i c a t i o n 近几年由于石油价格的大幅上涨 ，而煤 的价格 相对较低，因此煤制气工艺得到了大力的推广和运 用 。煤气化过程中产生大量 的高 N H 一 N灰水 ， 该废 水用一般活性污泥法处理效果不佳 ， 而 S B R工艺在 高 N H 一 N废水处理中具有优势 。S B R法即序批式 活性污泥法 ． 该法在反应池中依时间顺序完成进水 、 曝气 、 搅拌 、 沉淀 、 排水 、 排泥全过程。由于它操作灵 活 ， 不仅容易实现好 氧、 缺氧与厌氧状态交替的环境 条件 ，而且很容易在好氧条件下增大曝气量和反应 时间 ， 来强化硝化反应的顺利完成； 在缺氧条件下投 加原污水 或 甲醇等 ， 提供有机碳源作为电子供体 使反硝化过程更快地完成 ， 从而为脱氮提供条件 。 中石化金陵分公司化肥联合车间水煤浆装置采 用德士古煤气化技术 ， 工业废水为气化灰水， 污水处 理采用 S B R工艺 ．经过半年的活性污泥的培养 、 驯 化及调整运行， 取得了良好的处理效果。 笔者就运行 过程中取得的一些经验及教训进行了总结 。 1 设计水质、 水量、 运行参数 该污水处理装置主要处理来 自气化装置区的气 化灰水及装置区内的生活污水 ， 主要污染物为含碳 、 氮有机物． 悬浮物及一些微量元素 ， 属于高 N H 一 N 废水。设计处理能力 1 6 8 0 m3 ／ d ， 设计 B O D污泥负 荷为 0 ． 0 4 k g ／ k g - d 、 总氮污泥负荷为O ． 0 6 8 k g ／ k g d ， ML S S为 40 0 0mg ／ L ， S V I 为 1 0 0． - 2 0 0mL ／ g ， 污泥龄 2 7 ． 3 d 。 处理后出水水质达到 G B 1 3 4 5 8 --2 0 0 1 合成 氨工业水污染物排放标准 。设计进出水水质见表 l 。 表 1 设计进 出水水质 2 工艺流程殛主要构筑物和设备 2 ． 1 工 艺流程 该污水处理装置的工艺流程见图 l 。 到耋 氢氧 气化磷盐化钠 甲醇 灰水 厂一厂 菜 磕 亟督 图 l 工 艺 流程 一 6 9 维普资讯 经验交流 工业水处理 2 0 0 7 一O l ， 2 7 1 2 ． 2主要 工 艺构 筑物及 设备 集水池及 2台生活污水提升泵。 调节水池 ． 内部 设 3台提升水泵。S B R反应池 3座 ， 单池 内有 5台 循环水泵、 5座蝶式曝气器、 1台悬臂式滗水器。 每池 设 l台离心式鼓风机 ， 另设 l台备用风机。 排泥泵 1 台 。 污泥浓缩池 、 污泥排 放池各 l座 ， 污泥输送泵 1 台。磷营养盐 、 甲醇 、 氢氧化钠投加装置各 1 套。 3 装置的调试与运行 该污水处理装置 2 0 0 5年 5月建成并进行调试 ， 调试运行工作主要分为 4个阶段 活性污泥培养阶 段 、 低负荷运行阶段 、 生产废水驯化阶段及试运行阶 段 。 3 ． 1 污泥培养 培养期间 E t 运行 4个周期， 每周期 6 h 。每 E t 人 工投加葡萄糖 、 淀粉 、 碳酸氢铵及磷盐一次 ， 同时补 充清水及生活污水 ， 根据水质水位滗水 。 投加质量分 数为 3 2 ％的 N a O H溶液调 p H在 7 ． 5 8 ． 2之间。分 别取加药前上清液及加药后混和 3 0 m i n后上清液 ． 检测其 p H、 N H 一 N、 C O D。同时通过显微镜观测各 池的污泥结构及生物相的变化。 2 O o 5年 5月 2 0 13开始 3个 S B R反 应池逐步 启动 ，分别投加适量的清水及生活污水 。每池投加 2 0 t 城建生活污水处理厂的脱水污泥 含水 9 0 ％ 。 A、 C 两池投加活化后 的 S t r N i t r o型菌种 5 0 0 k g ， 启 动循环水泵及风机 ， 曝 气 1 0 h ， 沉 淀 1 h ， 排除上清 液。 5月 2 1 E t 一2 7 E t 周期内运行时间 曝气 3 h ， 搅 拌 1 h ， 静置 2 h 。污泥颜色逐渐由黑色变为土黄色 ， 曝气时有大量的黏性泡沫。上清液浑浊。 2 o o 5年 5月 2 8 E t 一6月 3 E t 调整周期 内运行 时间 曝气 2 h ， 搅拌 l h ， 静置 3 h 。污泥颜色逐渐变 好， 曝气时黏性泡沫逐渐减少， 生物絮体逐渐形成， 上 清液浑浊度有改善。为了使硝化、 亚硝化细菌成长为 主导细菌 ， 缩短生产废水的驯化时间 ， 根据 N H 一 N 去除率逐步提高碳酸氢铵的投加量 ，提高 污泥 的 N H ～N负荷 。 2 o o 5年 6月 4 E t 一6月 1 0 E t 调整周期内运行 时间 曝气 2 h ， 搅拌 l h ， 静置 3 h 。曝气时仍有黏性 泡沫。 生物絮体逐渐增多 ， 有固着型纤毛虫出现。 污 泥生物相稳定。 污泥培养成熟。 MI J S S达到 2 5g ／ L左右． S V ∞ 达到 3 0 ％左右。活性污泥培养运行结果见表 2 。 3 ． 2低 负荷运 行 由于其他原因，气化装置不能按照计划在 6月 7 O 一 1 8 E t 投料运行 ， 在没有生产废水的情况下 。 本污水 处理装置 只好转入低负荷维持运行阶段 ，低负荷操 作如下 2 0 0 5年 6月 1 1 E t 一9月 9 E t A、 C两池运行 ． 用潜污泵把 B池的污泥分为两部分注入 A、 C两池 ， 停止 B池运行。 每隔 4 8 h闷 2 4 h 不曝气 、 不搅拌 ， 运行期 间每 隔 1 2 h曝气 、 搅拌 1次 。 每次曝气 2 h ， 搅拌 1 h 。每 3 d滗水一次并补适量清水及生活污 水 ， 同时减少加药量 ， 尽量降低生物 的代谢及消耗。 闷池期间有裹带气泡的污泥上浮。曝气时有大量黏 性泡沫 ， 上清液发黏， 污泥出现解絮现象。 游泳类的滴 虫大量出现。 2 0 0 5年 9月 1 0 E t 恢复 反应池 A、 B、 C 3池运 行， 恢复 E t 运行 4个周期 ， 周期内运行时间 曝气 3 h 。 搅拌 1 h 。 静置 2 h 。 在此期间根据消耗逐步提高活性 污泥的有机物 、 NH 一N负荷 ， 增 加葡萄糖 、 淀粉 、 碳 酸氢铵及尿素的投加量。 曝气时黏性泡沫减少。 上清 液 、 污泥结构逐渐转好 ， 生物絮凝体增 多 ， 菌胶 团数 量密度增加 。 有少量游离钟虫出现。 低负荷运行结果 见表 2 。 表 2 活性污泥培养及低负荷运行结果 污泥培养 低负荷运行 项目 o 5 _ 2 1 l二 _ o 5 _ 2 8 皿 r 0 0 6 - 1 1 0 9 - 1 0 -- 0 52 7 o 6一O 3 O 6 1 O 0 9一o 9 0 92 4 3 - 3 生 产 废 水 驯 化 2 0 0 5年 9月 2 5 E t 气化装置开车 ， 开始进气化 灰水进行活性 污泥的驯化 ，期 间按 6 h一 周期运 行 进水 同时反应 2 h ， 反应 3 h 曝气 3 0 m i n， 搅 拌3 0 m i n ， 曝气 l h ， 搅拌 3 0 m i n ， 曝气 3 0 m i n ， 沉淀 l h ，滗水 2 h 。开始生产废水的引入量为设计值 的 2 0 ％． 上清液浊度 2 5 m r , ／ L 。在此期间菌胶团数量增 加 。 密度略下降。 稳定 4 d后将生产废水的引入量提 升至设计值 的 3 5 ％。此时出现气化灰水 NH 一N浓 度升高， 造成污泥膨胀 ， 排水的 N H 一N、 S S 、 C O D大 幅上升 ， 上清液浊度升至 1 2 1 m s ／ L ， 颜色发灰 白， 菌 胶团松散 ， 钟虫类原生动物变异 ， 且活性变差。减少 废水引入量 。 低负荷恢复运行。 2 0 0 5年 1 O月 8 E t 气化停车 ， 灰水量较小 ， 进水 维普资讯 工业水处理 2 0 0 7 一O 1 ， 2 7 1 李海曙 S B R法处理煤气化灰水 污染物浓度较低 ， 此时采用每隔 6 h手动曝气 、 搅拌 1 次 ． 每次曝气 2 h ， 搅拌 l h的方式运行。减少碳源 投加量 ， 按负荷及去除率补充氮源 ， 补充生活污水及 少量清水 、 人工投加葡萄糖 、 淀粉 、 碳酸氢铵 、 尿素 及磷酸盐运行。上清液浑浊度 、 颜色逐渐好转 ， 沉淀 后上层浮有 大量携带 污泥 的泡沫 。污泥凝聚性变 差 ， 菌胶团松散 ， 原生动物消失。 2 0 0 5年 1 0月 1 7日气化开车 ，处理装置按 6 h 一 个周期运行 曝气 4 0 m i n ， 搅拌 2 0 mi n ， 曝气 1 h ， 搅拌 2 0 m i n ， 曝气 4 0 mi n ， 沉淀 1 h ， 滗水 2 h 。 气化灰 水 N H 一 N质量浓度 3 0 0 m g ／ L左右，开始进水量 3 6 0 ff d ． 2 0 d后逐步提高至 4 5 0 t ／ d 。 污泥结构变好 ， 镜检 菌胶 团逐渐密实 ， 3 d后有游泳型的滴虫属 出现 ， 5 d 后见少量游离钟虫。上清液 3 d后变清 ，出水浊度 2 8 m g ／ L ， 水质达标。 2 0 0 5年 1 0月 2 5日调整反应时间 ， 曝气 3 0 mi n ， 搅拌 3 0 rai n 。 曝气 1 h 。 搅拌 3 0 m i n曝气 3 0 mi n 。污 泥凝聚性变好 ． 泡 沫及浮泥减少 ， 镜检菌胶 团密实 ， 滴虫等游离生物逐渐减少 ，固着型纤毛虫数量迅速 增多。 2 0 0 5年 1 0月 3 0日大量 累枝钟虫出现。2 0 0 5 年 1 1 月 1日装置转入满负荷运行 ， 出水达到排放要 求 。随着污泥负荷 的提 高 ， ML S S质量浓度持续升 高。 达到 3 8 0 0 mg ／ L时相对稳定。污泥絮凝性好， 培 养驯化成熟。驯化运行情况见表 3 。 表 3 生产废水驯化的运行结果 3 ． 4运 行 驯化结束后转入试运行阶段 。处理水量约 9 0 0 t ／ d 。 运行期间， 污泥絮凝性好 ， 上清液清澈 、 浊度低， 排水水质稳定达标。 在进水水质及其他运行条件不变的情况下运行 1 月后 ， 活性污泥出现絮体逐渐变小 。 排水浊度 、 C O D 升高， ML s S增长缓慢 的现象 ， 但此时出水 N H 一 N仍 稳定。2 0 0 5年 1 2月 3 1日对 A池排泥约 1 0 0 t ． B池 排泥约 3 0 t ， C池未排泥。4 d后 ， A、 B两池排水浊 度 、 C O D下降 ， 污泥絮体增大 ， 污泥结构 、 活性逐渐 变好 ，钟虫数量增多，其他纤 毛类原生动物逐渐消 失 ， 曝气末期 的 D O升高 ， S V 升高 。2 0 0 5年 1月 5 日又一次高负荷冲击 ， 进水 N H， 一 N升高且高出一倍 多 ， 连续一周 ， 为了防止环境污染只能满负荷处理。 通过 比较 ， 高负荷期间 3个反应池的排水 N H， 一 N的 含量为 C B A， 但进水正常后 ， 三个反应池排水 的 水质从 N H 一 N、 C O D、浊度上综合考虑应为 AB C 。S B R3 个反应池， 排污泥前后的运行结果见表 4 。 表 4 S B R 3个反应池排泥前后工业运行结果 2 0 0 5年 l 2月 3日由于气化装置停车 ，综合废 水水量 、 温度 、 负荷大大下降 ， 反应池温度 由 2 8 c c 下 降至 8 c c。 按照运行负荷补充碳 、 氮源。2 0 0 5年 1 2 月 8日出现排 水的 N H3 一N、 S S 、 C O D上升 ， S V 3 0 升 高 ， 上清液浊度升高 ， 污泥菌胶团松散 ， 原生动物活 性下降。减少加药量， 出水 N H 。 一N、 C O D下降 ， 污泥 S V 及原生动物的活性无变化 ， 污泥轻度膨胀 。 气化 开 车后 ， 引入高温灰水后 ， 污泥活性 、 处理能力很快 一 71 维普资讯 经验交流 工业水处理 2 0 0 7 0 1 ，2 7 1 恢复。 经过 4个月的试运行 ，各反应池的抗 冲击能力 得到很大提高， 在气化灰水水质稳定的情况下 ． 可以 全部处理，并合格排放。气化装置两套气化炉运行 时 ， 该污水处理装置的运行结果见表 5 。 4经验及教训 污泥培养期间长期使用葡萄糖及淀粉．会产生 大量的黏性泡沫 ， 使污泥的沉降性能下降。 由于营养 表 5 2 0 0 6年 2月运行结果 成分单一 ， 污泥生长缓慢 ， 污泥结构较差 。 成本也较 高。 在污泥培养过程中， B池投加药品的同时尽量多 补充生活污水 ， 1 周 后污泥结 构 、 N H 一N的去除率 都好于 A、 C两池。因此污泥培养时最好选用浓粪便 水作为营养源， 不仅可降低生产成本 ， 而且可提高培 养速度 ， 丰富污泥的生物组成。 投／ rot业废水后 ，活性污泥在短期内一般难以 适应 ，轻者发生污泥膨胀 ．严重的会造成微生物死 亡。本次活性污泥驯化过程 中， 由于负荷增加过快 ， 造成污泥膨胀。因此驯化初期最好通过逐渐减少投 加药量 、 增加工业废水的投加量来驯化污泥。 每次提 高负荷需要稳定运行 l 周。在驯化期间还需要对进 水的氰化物、硫化物等影响生物活性的物质进行检 测。尽量降低工业废水对活性污泥的冲击程度。 S B R法 被认 为是最不 易发 生污泥 膨胀的活性 污泥工艺。但在实际操作中。 进水 的水质 、 水量变化 引起的污泥负荷的变化 ， 都会引起污泥膨胀 。 一般的 研究认为， 低负荷会引起污泥膨胀 ， 高负荷一般不会 引起污泥膨胀 。 经过本装置的污泥培养 、 驯化及试运 行 。 发现高负荷冲击也会引起污泥膨胀 。 不 同原因出 现的污泥膨胀 ， 其现象及程度也不相同 。 恢复的时间 及方法也不同。随着污泥浓度的增加及活性污泥对 该工业废水的适应， 其抗冲击能力也大大提高。 随着污泥浓度的不断增加 ， 污泥负荷不断下降 。 污泥浓度的增长变慢直至达到稳定 。继续运行会造 成代谢产物 的积累 ， 出水水质变差； 排泥量过大会造 成污泥负荷较高， 污泥分散生长而解絮， 游离微生物 增多 ， 污泥抗高负荷冲击能力下降 。S B R法处理气 化废水 ， 污泥产量较少 。 污泥龄较长 ， 在不影响排水 的情况下。 尽量维持高污泥浓度运行。排泥量、 排泥 7 2 一 频率要根据具体运行情况决定。 就本装置而言。 排泥 频率宜每月 1次 ，每次排泥量 以总泥量 的 2 ％ 3 ％ 为宜。 该装置对有机物和 N H， 一 N的去除效果受温度 的影响较大， 在低温条件下 1 0cc 以下 提高水力负 荷会导致对有机物和N H 一 N去除率的下降。 5 存在的问题 1 操作条件问题。S B R工艺的操作依靠 D O、 p H及 O R P来控制， 本装置没有 D O在线分析仪， 手 动分析存在不及时、 不准确等问题． 这样不能及时准 确地反馈反应程度 。对反应 时间不能及时有效地调 整 ． 影响了生产 的节能降耗及出水的水质。 2 循环水泵流量小。由于 S B R反应池循环水 泵流量过小 ， 造成反应池曝气 、 搅拌效果差。实际运 行时， 只有通过延长反应时间 。 增大鼓风量才能使得 出水 C O D、 N H ， 一N达标 ， 这样 既使能耗增加 ， 又 由 于曝气不均使得污泥结构变差。 3 潜水泵电机腔漏水。 运行过程 中多台潜水泵 连续 出现电机腔漏水 。选择设备时应该根据气化灰 水的特点选用耐腐蚀 的密封垫 ，或尽量避免选用潜 水泵 ， 保证长周期运行 。 6 结论 采用 S B R法处理煤气化高N H 一 N气化灰水， 运 行稳定可靠， 操作灵活， 处理效率高。运行过程中及时 调整运行方式、 运行周期及反应时间， 设计时做好设备 的选型。 既可以降低生产成本又能安全长周期运行。 [ 作者简介 ]李q 1 9 7 2 -- 1 9 9 5年毕业于北京石油化工学院 ， 助 工。电话 0 2 5 - 5 8 9 7 1 6 2 4 。 E - ma i l l i h s j l p e c ．c o m。 [ 收稿 日期]2 0 0 60 8 0 5 修改稿 维普资讯