四段式生物反应器复合工艺深度处理焦化废水研究

焦化废水是煤化工炼焦制气产业的副产物,属高浓度、难生物降解的有机工业废水,对我国的水环境造成了严重的污染。焦化废水中有机物浓度高,难降解物种类多,色度高,导致处理难度大,运行费用高。因而,焦化废水的稳定、全面达标以及降低运行费用已成为当今废水处理界公认的难题。 本论文面对我国国民经济的重大需求和环境保护的重大问题,针对焦化废水处理现状,从研究固定化优势复合菌入手,探索了适合现状焦化废水处理厂(站)原位增强的技术。通过单元生物技术优化研究,开发了四段式生物反应器复合工艺,使焦化废水COD和NH_4~+-N全面达标,并通过对工艺核心反应器的动力学研究为工艺的实际应用提供指导;利用炼焦过程的中间产物,研究了焦化废水深度处理脱色工艺,确定了高效廉价的焦化废水深度处理新型改性脱色吸附剂,为焦化废水的再生回用提供了技术支持。 利用从焦化厂曝气池和缺氧池污泥中分离、筛选得到的高效优势复合菌,通过新型生物载体的固定,投加至厌氧水解-好氧两段SBR反应器中进行生物强化,对其处理焦化废水进行研究。结果显示,高效复合菌对降解焦化废水中的难降解有机物有明显优势,反应器对COD的去除率达到80.38%,对NH_4~+-N的去除率达到68.37%,较投加高效复合菌前分别提高20%和38%以上。固定化优势复合菌对A-O处理工艺的生物强化,可为现状焦化废水处理厂(站)进行原位增强提供关键技术。 在对几种典型焦化废水处理工艺环境影响因子的研究中发现,单一复合反应器中生物相丰富,有较强的抵抗冲击负荷的能力,反应器中的污泥浓度高达16600mg/L,反应器对焦化废水中COD和NH_4~+-N的降解效率较传统活性污泥曝气池分别提高30%和55%以上;水解酸化反应器可将焦化废水的B/C比由0.27~0.30提高到0.32~0.40,平均提高26.3%,改善了后续好氧处理反应器对基质的降解效率;厌氧水解和好氧活性污泥反应器的复合,使得好氧反应器对COD的去除率从常规活性污泥法的58%提高至70%,提高了12%,且厌氧反应器的兼氧环境,使得复合工艺较单一复合反应器工艺反硝化率提高16.5%;厌氧水解、好氧活性污泥反应器和复合生物反应器的复合,对焦化废水中的有机物经过水解酸化和两级好氧处理,使得废水中的难降解有机物被多种类群的微生物高效降解,尤其好氧活性污泥反应器与复合生物反应器的复合,使得工艺系统对COD的去除率高达90%以上,NH_4~+-N硝化率达85%以上,可使处理焦化废水中COD和NH_4~+-N浓度分别低于100mg/L和15mg/L。 研究确定了厌氧水解-缺氧-好氧活性污泥反应器-复合生物反应器的复合工艺是针对难降解焦化废水基质条件的四段式最佳复合工艺。复合工艺对焦化废水中的高浓度难降解有机物通过厌氧水解及两级好氧去除,对废水中的NH_4~+-N污染物通过好氧硝化和缺氧反硝化脱除,使得出水全面达标。复合工艺的各段水力停留时间比为1:1.2:1.9:0.8;由于复合生物反应器中的高污泥量、高降解特性,溶解氧浓度是活性污泥反应器的3倍以上;工艺系统两级好氧单元进水COD污泥负荷及NH_4~+-N污泥负荷分别是传统单一好氧活性污泥反应器的1.2倍和1.4倍以上。在最佳影响因子控制下,复合工艺系统除对焦化废水中COD和NH_4~+-N的去除率分别达到90%和85%外,反硝化率达到75%以上。 对水解酸化提高焦化废水可生化性进行动力学研究发现,经水解酸化处理后,活性污泥系统的动力学半速率常数Ks从常规活性污泥法的101.998下降至71.899,最大比基质降解速率K从0.00224上升至0.00304,较大程度地改善了焦化废水的生物抑制作用和可生化性;对好氧SBR反应器处理焦化废水的反应过程进行动力学研究后得出,底物降解过程动力学减速增殖速度常数km值为1.0×10-5;对生物强化好氧SBR反应器处理焦化废水进行动力学研究,得出二级生化反应去除焦化废水中COD的动力学方程,其速率常数为0.0298。 研究了焦化废水的深度处理脱色,对活性炭、粉煤灰、焦炭与新型改性半焦对焦化废水吸附脱色的研究发现,新型改性半焦对焦化废水深度处理的脱色率高达92.3%,是活性炭的1.06倍,粉煤灰的1.94倍,焦炭的1.14倍。从吸附剂原料的易得性、制备成本和吸附处理的运行费用综合比较,半焦吸附效果与活性炭相似,而其运行费用只有活性炭的60%。半焦是一种具有广阔工程应用前景的新型焦化废水脱色吸附剂,吸附饱和后可继续再生利用,深度处理后的焦化废水可工业回用。 对试验研究确定的焦化废水四段式最佳复合工艺在工程实际中的应用进行计算和分析,在满足国家一级排放标准的前提下,该复合工艺处理单位水量的建设费用约为4200元/m3,含深度处理脱色的运行费用约为4.15元/m3,实现了技术先进,经济合理的工程目标。

四段式生物反应器复合工艺深度处理焦化废水研究

焦化废水是煤化工炼焦制气产业的副产物,属高浓度、难生物降解的有机工业废水,对我国的水环境造成了严重的污染。焦化废水中有机物浓度高,难降解物种类多,色度高,导致处理难度大,运行费用高。因而,焦化废水的稳定、全面达标以及降低运行费用已成为当今废水处理界公认的难题。 本论文面对我国国民经济的重大需求和环境保护的重大问题,针对焦化废水处理现状,从研究固定化优势复合菌入手,探索了适合现状焦化废水处理厂(站)原位增强的技术。通过单元生物技术优化研究,开发了四段式生物反应器复合工艺,使焦化废水COD和NH_4~+-N全面达标,并通过对工艺核心反应器的动力学研究为工艺的实际应用提供指导;利用炼焦过程的中间产物,研究了焦化废水深度处理脱色工艺,确定了高效廉价的焦化废水深度处理新型改性脱色吸附剂,为焦化废水的再生回用提供了技术支持。 利用从焦化厂曝气池和缺氧池污泥中分离、筛选得到的高效优势复合菌,通过新型生物载体的固定,投加至厌氧水解-好氧两段SBR反应器中进行生物强化,对其处理焦化废水进行研究。结果显示,高效复合菌对降解焦化废水中的难降解有机物有明显优势,反应器对COD的去除率达到80.38%,对NH_4~+-N的去除率达到68.37%,较投加高效复合菌前分别提高20%和38%以上。固定化优势复合菌对A-O处理工艺的生物强化,可为现状焦化废水处理厂(站)进行原位增强提供关键技术。 在对几种典型焦化废水处理工艺环境影响因子的研究中发现,单一复合反应器中生物相丰富,有较强的抵抗冲击负荷的能力,反应器中的污泥浓度高达16600mg/L,反应器对焦化废水中COD和NH_4~+-N的降解效率较传统活性污泥曝气池分别提高30%和55%以上;水解酸化反应器可将焦化废水的B/C比由0.27~0.30提高到0.32~0.40,平均提高26.3%,改善了后续好氧处理反应器对基质的降解效率;厌氧水解和好氧活性污泥反应器的复合,使得好氧反应器对COD的去除率从常规活性污泥法的58%提高至70%,提高了12%,且厌氧反应器的兼氧环境,使得复合工艺较单一复合反应器工艺反硝化率提高16.5%;厌氧水解、好氧活性污泥反应器和复合生物反应器的复合,对焦化废水中的有机物经过水解酸化和两级好氧处理,使得废水中的难降解有机物被多种类群的微生物高效降解,尤其好氧活性污泥反应器与复合生物反应器的复合,使得工艺系统对COD的去除率高达90%以上,NH_4~+-N硝化率达85%以上,可使处理焦化废水中COD和NH_4~+-N浓度分别低于100mg/L和15mg/L。 研究确定了厌氧水解-缺氧-好氧活性污泥反应器-复合生物反应器的复合工艺是针对难降解焦化废水基质条件的四段式最佳复合工艺。复合工艺对焦化废水中的高浓度难降解有机物通过厌氧水解及两级好氧去除,对废水中的NH_4~+-N污染物通过好氧硝化和缺氧反硝化脱除,使得出水全面达标。复合工艺的各段水力停留时间比为1:1.2:1.9:0.8;由于复合生物反应器中的高污泥量、高降解特性,溶解氧浓度是活性污泥反应器的3倍以上;工艺系统两级好氧单元进水COD污泥负荷及NH_4~+-N污泥负荷分别是传统单一好氧活性污泥反应器的1.2倍和1.4倍以上。在最佳影响因子控制下,复合工艺系统除对焦化废水中COD和NH_4~+-N的去除率分别达到90%和85%外,反硝化率达到75%以上。 对水解酸化提高焦化废水可生化性进行动力学研究发现,经水解酸化处理后,活性污泥系统的动力学半速率常数Ks从常规活性污泥法的101.998下降至71.899,最大比基质降解速率K从0.00224上升至0.00304,较大程度地改善了焦化废水的生物抑制作用和可生化性;对好氧SBR反应器处理焦化废水的反应过程进行动力学研究后得出,底物降解过程动力学减速增殖速度常数km值为1.0×10-5;对生物强化好氧SBR反应器处理焦化废水进行动力学研究,得出二级生化反应去除焦化废水中COD的动力学方程,其速率常数为0.0298。 研究了焦化废水的深度处理脱色,对活性炭、粉煤灰、焦炭与新型改性半焦对焦化废水吸附脱色的研究发现,新型改性半焦对焦化废水深度处理的脱色率高达92.3%,是活性炭的1.06倍,粉煤灰的1.94倍,焦炭的1.14倍。从吸附剂原料的易得性、制备成本和吸附处理的运行费用综合比较,半焦吸附效果与活性炭相似,而其运行费用只有活性炭的60%。半焦是一种具有广阔工程应用前景的新型焦化废水脱色吸附剂,吸附饱和后可继续再生利用,深度处理后的焦化废水可工业回用。 对试验研究确定的焦化废水四段式最佳复合工艺在工程实际中的应用进行计算和分析,在满足国家一级排放标准的前提下,该复合工艺处理单位水量的建设费用约为4200元/m3,含深度处理脱色的运行费用约为4.15元/m3,实现了技术先进,经济合理的工程目标。