师立兵（太原煤气化股份有限公司焦化厂，太原030024)
焦化废水是在煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，具有水质水量变化大、成分复杂、有机物特别是难降解有机物含量高的特点。其主要来源是剩余氨水；其次是煤气净化过程中产生的废水和焦油、粗苯等精制过程中产生的废水。研究表明，厌氧酸化-缺氧-好氧(A1-A2-O)生物膜系统在处理焦化废水方面是比较有效的工艺，但经过处理后，废水中的COD和氨氮仍很难达到排放标准。
本文通过分析大量的生产数据，结合实际生产经验，对A-A-O工艺在处理焦化废水中的影响因素及操作控制要点进行了研究分析。
1 A-A-O生物膜系统的运行特点
太原煤气化公司焦化厂A-A-O工艺的最大特点是引进了厌氧酸化预处理，利用厌氧酸化水解改变焦化废水中有机物的组成和可生化性，将焦化废水中难以生物降解的有机物转化为易于生物降解的有机物，从而提高了整个系统的处理能力和效率。通过对焦化废水中有机污染物进行厌氧酸化生物降解机理的研究，发现厌氧酸化段对COD有一定程度的去除率，同时也将部分难降解的有机物转化成了易降解有机物。经过厌氧酸化预处理后的有机物进入缺氧段，就成为可被反硝化菌所利用的碳源，同时减轻了好氧段的负担。
在缺氧段，反硝化菌利用厌氧酸化后的有机物作为电子供体，从好氧池回流的硝化液中的NO－2-N和NO－3-N作为电子受体，将NO－x-N还原成气态氮释出。同时反硝化菌利用NO－3-N氧化有机物时，会产生一定的碱度，而硝化菌将NH3氧化为NOx是要消耗碱度的。因此，将反硝化池置于好氧池前面，可为其补充一定的所需碱度。但好氧池仅回流一部分出水至缺氧池，而且进入缺氧池的NO－3也不可能完全被还原，因此缺氧池所补充的碱度是有限的。
2 A-A-O生物膜系统的影响因素及控制要点
2.1 水力停留时间（HRT )
厌氧酸化段作为预处理手段，旨在提高废水的可生化性，为后续缺氧段提供有效碳源。通过厌氧处理后，废水中的BOD5/COD有所提高，特别是当进水中的BOD5/COD较低时，BOD5/COD的提高就更为显著，且厌氧HRT越短，BOD5/COD增加的比率就越大。可见厌氧酸化在很短时间内即可发生。因此，从提高后续缺氧段碳源质量的角度考虑，厌氧预处理的时间不宜很长，应将HRT控制在4～5h即可。
好氧段的HRT从18h提高到34h的过程中（见表1)，系统对COD去除率的提高并不明显，而氨氮的去除率却从18h时的38％显著提高到28h时的98%。这是因为相对去碳反应而言，硝化反应所需时间更长，所以好氧段HRT的延长对硝化效果提高更有利。而当HRT足够长时，硝化反应已进行得比较完全，这时再提高HRT就对氨氮的去除不再有效，而应考虑采取其他措施。
表1 好氧段不同HRT下系统对COD和氨氮的去除情况
|
好氧段HRT
h |
COD |
氨氮 |
|
进水
mg/L |
好氧出水
mg/L |
总去除率
％ |
进水
mg/L |
好氧出水
mg/L |
总去除率
％ |
|
18 |
949 |
259 |
73 |
334 |
206.0 |
38 |
|
22 |
800 |
196 |
76 |
246 |
47.0 |
81 |
|
28 |
773 |
175 |
77 |
248 |
4.9 |
98 |
|
34 |
754 |
172 |
77 |
279 |
22.5 |
92 |
2.2 碱度
生物硝化过程首先是亚硝酸细菌将氨氮转化为NO－2-N，然后由硝酸菌将之进一步氧化为NO－3-N。在这个过程中，需要消耗碱。理论上，将1g氨氮氧化为NO－3-N需消耗7. 14g碱度（以CaCO3计），而碱度的消耗会引起溶液pH值的下降，并抑制硝化反应，使反应速度变慢，因此，必须向好氧段补充碱度，以保证硝化反应的正常进行。
图2 剩余碱度与出水中氨氮和亚硝酸盐氮的关系
图1、图2分别为好氧池出水的pH值、碱度与出水氨氮和亚硝酸盐氮的关系。由图1、图2可知，当出水pH值在7.7～8，剩余碱度≥150mg/L时，出水氨氮≤15mg/L，可达标。因此，在实际操作中，在保证正常硝化反应的前提下，碱度控制在150～200mg/L较好。
2.3 混合液回流比(R)
在硝化和反硝化均理想的情况下，混合液回流比对系统脱氮率的影响是增大回流比可以提高脱氮效果。理论上回流比R与脱氮率存在一定的关系，脱氮率＝R/ (1+R)。混合液回流比与系统脱氮率的关系如图3所示。当R=0.5和3时，系统的总氮去除率分别为32.0％和60.9%，且随着回流比的上升，系统的总氮去除率也随之上升。当回流比到3左右时，曲线渐趋平缓，所以，当混合液回流比为3左右时，可以达到比较理想的脱氮效果。
图3 混合液回流比与系统脱氮率的关系
3 生产运行数据
2008年1～5月的生产运行月平均数据列于表2。从表2可知，系统的COD去除率在85％以上，氨氮去除率在96％以上，出水COD质量浓度平均低于150mg/L,氨氮质量浓度低于15mg/L。
表2 太原煤气化焦化厂生化运行数据
|
日期 |
COD |
氨氮 |
|
进水
mg/L |
好氧出水
mg/L |
总去除率
％ |
进水
mg/L |
好氧出水
mg/L |
总去除率
％ |
|
200801 |
865 |
126 |
85 |
227 |
13.6 |
96 |
|
200802 |
961 |
135 |
86 |
238 |
9.5 |
96 |
|
200803 |
1021 |
147 |
85 |
216 |
6.5 |
98 |
|
200804 |
896 |
118 |
86 |
243 |
9.7 |
96 |
|
200805 |
936 |
131 |
86 |
209 |
8.4 |
96 |
4 结论
(1) 好氧段HRT的提高对COD的去除影响不大，但氨氮去除会显著提高。这是因为较之酸化，硝化所需时间更长。在好氧段最佳的HRT为28h时，可得到较好的硝化效果。
(2) 为了维持硝化反应的正常进行，保证出水水质，应将好氧段的pH值控制在7.7～8. 0, 剩余碱度控制在150～200mg/L为宜。
(3) 当混合液回流比达到3左右时，曲线渐趋平缓，可以达
比较理想的脱氮效果。
(4) 在满足上述最佳条件的前提下，系统对COD去除率在85％以上，氨氮去除率在96％以上，出水COD浓度平均低于150mg/L, 氨氮浓度低于15mg/L。
