生物膜法处理焦化废水试验研究

摘要:采用具有特定载体的生物滤池―生物流化床组合工艺处理焦化废水。HRT(水力停留时间)、回流比、进水pH和曝气量对焦化废水处理效果具有一定影响。进水CODCr和NH4+-N分别为1460mg/L和360mg/L时,在最佳工艺参数下,该系统CODCr去除率达到87.1%,NH4+-N去除率达到97.5%,NH4+-N出水达到国家废水排放标准(GB8978-1996)一级排放标准。

关键词:焦化废水;生物流化床;生物膜;固定化

中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0111-02

焦化废水是焦炭生产、煤气净化和化学产品回收过程中各个工序产生的一种混合工业废水。焦化废水水质受原煤品质、碳化条件和化学产品回收工艺等影响,组成十分复杂[1]。目前绝大部分焦化厂使用生物法处理,处理后无法达到国家排放标准(GB8978-1996),尤其是CODCr和NH4+-N超标严重。

固定微生物法与普通悬浮式生物法(如活性污泥法)相比具有明显的优势。本研究采用厌氧水解酸化/好氧/缺氧工艺探讨了固定化微生物技术在处理高CODCr和高NH4+-N废水中的效果及最佳工艺参数。

一、试验部分

(一)主要仪器

仪器:数字式pH计、752分光光度计、恒温干燥箱、锥回流装置、凯氏定氮仪、滴定管、计时器、电子天平、万用电炉、生物显微镜、温度计等。

(二)试验装置

整个反应系统由厌氧生物滤池、好氧生物流化床和缺氧生物滤池串联组成,反应器中投加生物膜载体,厌氧生物滤池和好氧生物流化床中的载体为聚丙烯材质悬浮生物载体,缺氧生物滤池中的载体为陶粒和沸石。

(三)试验方法

将取回的活性污泥挂膜驯化30天左右,考察HRT、回流比、进水pH和曝气量对处理效果的影响,各反应器内水温维持在30±2℃,试验以CODCr和NH4+-N的去除率考察该系统对焦化废水的处理效果。

二、结果与讨论

(一)水力停留时间对处理效果的影响

水力停留时间对处理效果的影响如图1所示:

从图1可以看出,随着水力停留时间的增加,出水中CODCr和NH4+-N含量均下降并最终趋向平衡。当水力停留时间在24小时以内时,处理效果较差。原因是水力停留时间较短,系统水力负荷较大,高浓度的焦化废水对反应系统中的微生物具有较大的抑制作用,当水力停留时间超过24小时以后,COD和NH4+-N去除率出现一个激增区域,表明抑制作用明显减弱。当超过32小时后,COD和NH4+-N去除率逐渐趋于平稳,最终COD去除率在88%左右,NH4+-N去除率达到97%以上,出水氨氮低于15mg/L。NH4+-N考虑到出水效果和处理效率,在试验中选择48小时作为最佳水力停留时间。

(二)回流比对处理效果的影响

选取不同的回流比进行试验,试验结果如图2所示:

从图2可以看出,随着回流比的增大,COD和NH4+-N的去除率均有所提高,但当回流比超过4∶1时,去除率基本稳定。这是因为当进水浓度较大,回流比较低时,进水负荷是主要矛盾,增大回流比,有利于减小进水负荷,所以刚开始增大回流比时去除率增大,但当回流比超过4∶1时,进水负荷已不足以影响微生物,此时增大回流比,反而会增加厌氧反应器内的氧含量,使厌氧反应器内的厌氧微生物受到抑制,因此当回流比超过4∶1时,再增大回流比,已经无法增加去除率。考虑到处理效果与成本,本试验取4∶1为最佳回流比。

(三)进水pH值对处理效果的影响

调节进水的pH值进行试验,试验结果如图3所示。

从图3可见,对不同pH值的进水,该系统的处理效果有所不同,当pH在6.5至9.5之间变化时,COD和NH4+-N的去除率有先增大后减小的趋势,pH值在7.5~8.5之间时,COD和NH4+-N具有较高的去除率,pH偏高或偏低均会影响处理效果。这是由反应器内微生物的特点决定的,不适宜的pH值会导致微生物酶活性的降低,抑制微生物的生物化学过程,考虑到原水呈中性,确定最佳pH值为7.8左右。

(四)好氧生物流化床曝气量对处理效果的影响

调节好氧流化床的曝气量,试验结果如图4所示。

由图4可见,当曝气量在20~90L/h之间变化时,COD和NH4+-N的去除率均呈现先增大后较小的趋势。这是因为适当的曝气量,可以满足好氧菌对氧气的需求,且可以改善生物膜载体流化状况,有利于COD和NH4+-N的去除,但曝气量过大,一方面会增大载体生物膜上的水流剪切力,使生物膜的脱落量增加,生物膜量减少;另一方面,由于曝气量的增加,使氧的供应量增大,促进了氧在生物膜中的渗透能力,增强了微生物的代谢活性,生物膜内的营养供应则相应供应不足,这就使得生物膜上部分微生物开始进入内源呼吸阶段,生物膜量会减少。由本试验来看,最佳的曝气量在50~70L/h。考虑成本和处理效果,取50L/h为最佳曝气量。

三、结论

采用自制生物膜反应器处理焦化废水,当进水CODCr浓度1422.6mg/L、NH4+-N浓度为363.6 mg/L,水温维持在30±2℃时,其最佳工艺参数为:水力停留时间48小时、回流比为4∶1、进水pH值为7.8左右,曝气量为50L/h。在最佳工艺参数下,CODCr去除率达到87.1%,NH4+-N去除率达到97.5%。NH4+-N出水浓度低于15 mg/L,达到国家排放标准(GB8978-1996)一级标准。

参考文献

[1]Zhang M,Tay JH,Qian Y,et al.Coke plant wastewater treatment by fixed biofilm system for COD and NH3-N removal[J].Water Res,1998,32(2).

[2]王业耀,袁彦肖,田仁生.焦化废水处理技术研究进展[J].工业水处理,2002,22(7).

[3]叶正芳,倪晋仁.污水处理的固定化微生物与游离微生物性能的比较[J].应用基础与工程科学学报,2002,10(4).

作者简介:邬文鹏(1984-),男,云南人,北京科技大学冶金与生态工程学院硕士,研究方向:工业废水处理。