節能型井式AA/OO新工藝處理焦化廢水

趙永臣，張慶軍、2，徐銘澤，張福波，吳 迪，卜東輝

（1.遼寧城建設計院有限公司，沈陽 110168；2.桂林理工大學，廣西 桂林 541004；3.沈陽農業大學，沈陽 110866）

節能型井式AA/OO新工藝處理焦化廢水

趙永臣1，張慶軍1、2，徐銘澤3，張福波1，吳 迪1，卜東輝1

（1.遼寧城建設計院有限公司，沈陽 110168；2.桂林理工大學，廣西 桂林 541004；3.沈陽農業大學，沈陽 110866）

介紹了井式厭氧、缺氧、好氧1、好氧2（AA/OO）工藝構造及合理利用廢井筒的方法，探討了該工藝在處理焦化廢水的可行性。通過分析井式AA/OO工藝構造和焦化廢水的特點，結合現有技術處理焦化廢水的情況，結果表明井式AA/OO工藝綜合利用深井曝氣技術和AA/OO工藝特征，強化了處理高濃度有機廢水的優勢，可在節能的同時完成焦化廢水的處理。該工藝占地極小，便于施工，受溫度影響低，合理利用礦區廢井筒可大大降低基建投資，從而可以靈活、節能、高效應用于焦化廢水的處理，具有較大的市場前景和綜合性效益。

節能；井式AA/OO工藝；焦化廢水

煤礦工業區存在已經報廢或即將報廢的煤礦立井井筒，若對井筒及其附屬設施進行改造，采用深井AA/OO工藝用于處理焦化廠高濃度工業廢水，可節省深井曝氣基建投資，同時對AA/OO工藝流程適當改進，將厭氧池、缺氧池、好氧池通過分隔裝置集于一井筒，更好發揮利用AA/OO工藝好氧段的作用，節省占地面積，提高水處理效率。在建設及擴建場地不足或寒冷地區，尤其是廢棄井筒常見的礦業密集地區，AA/OO新工藝的運用將日趨廣泛，該工藝的競爭力和市場潛力巨大。

1 井式AA/OO新工藝介紹

1.1 廢井筒的改進

礦井井筒的井壁厚度較大，一般分為3層，外層為混凝土，中層為混凝土預制塊，內層為料石，為避免地下涌水和井壁滲水，在施工過程中對井壁進行注漿，漿液有水泥漿等，其可注性、抗滲性和耐水性均較好，能起到加固和封水作用。由此可見，對礦井井壁進行改造可滿足深井曝氣池對井壁防滲、防腐的要求。加設中間隔板裝置形成集AA/OO和深井曝氣系統為一體的深井式AA/OO新工藝[1-3]。

1.2 AA/OO工藝構造

圖1a及圖1b分別為試驗裝置示意圖及裝置圖。如圖1b所示，裝置材料為有機玻璃，有機玻璃柱高2m，直徑選擇20mm，處理量按0.18m3/d設計。混合液及污泥回流用蠕動泵完成，后期研究中將逐步改進并省去混合液及污泥回流泵，進一步減少動力消耗。反應器分為厭氧、缺氧、好氧1、好氧2四個區，分區比例為1︰1︰2︰2，考慮后期實驗工況的改進及各段水力停留時間的控制，出水及曝氣均設計為多層，同時通過恒溫調節箱控制水溫約為25℃。

圖2為工藝流程圖。采用一側進水，污廢水經過調節池預處理后流經隔板左側厭氧區及缺氧區，水通過井筒底部后，進入隔板另一側的好氧1區和好氧2區，然后經過二沉池泥水分離后，上清液排出，部分污泥回流。污廢水在調節池內完成預處理后進入厭氧區2，厭氧反應使廢水中大分子有機物斷裂為小分子有機物，從而減輕后續反硝化-硝化系統中NO2--N的積累，滿足了生物處理要求的可生化性，因此可處理高分子有機廢水；當污廢水通過井筒底部后，流入好氧1區及好氧2區時，實現較好的硝化及同步硝化反硝化反應，有機物得到大量去除；好氧2區混合液通過蠕動泵回流至缺氧區，完成缺氧反硝化反應，增強了生物脫氮能力。二沉池部分污泥通過污泥回流管回流至厭氧區前端，增加了工藝的水力沖擊負荷能力。同時柱體底部，部分污泥完成一次沉淀，在重力作用下形成了位于好氧1區與好氧2區的中間沉淀區，同時可以通過閥門控制重力排泥管。在U型井右側設有雙層曝氣裝置；運行期間，靠兩側水位的高度差△H（壓頭損失）及氣提法實現泥水混合液推流式前進，最終通過出水管進入二沉池[4-5]。

圖1 試驗裝置

圖2 工藝流程圖

1.3 AA/OO工藝在焦化廢水中的應用

焦化廢水適當預處理達到AA/OO廢水處理系統要求，根據焦化廢水濃度確定井體的高度，完成工業廢水生物處理，污水進入井筒厭氧段A1，厭氧池設有潛水攪拌機。廢水在此與厭氧菌發生反應，廢水中大分子有機物在厭氧反應作用下斷裂為小分子有機物，環狀有機物在其作用下開裂成為鏈狀有機物，部分有機物的分子結構在高壓、低壓的作用下也可被破壞，從而減輕后續反硝化-硝化系統中NO2--N的積累，提高了可生化性，為兼氧段提供了較好的碳源。同時廢水經A1厭氧段系統處理后，毒性大大降低。進入A2缺氧段，缺氧更適合反硝化細菌對高濃度有機物廢水的處理，缺氧時進行反硝化，好氧時進行有氧呼吸消耗有機物，增強了對焦化廢水處理的能力[6-7]。在好氧O1深井曝氣活性污泥法系統做適當改進，在好氧段采用完全混合式污泥系統的污泥回流法，進入好氧段的污水和回流污泥很快被已有的混合液所稀釋、均化，原污水在水質水量方面的變化，對活性污泥產生的影響將降低到極小的程度，從而使該工藝對沖擊負荷有較強的適應能力，特別適合處理高濃度的焦化廢水[8-9]。同時部分回流可避免因污泥老化而影響厭氧水解效果。

2 AA/OO工藝研究現狀及意義

2.1 國內外研究現狀、水平和發展趨勢

深井曝氣廢水處理技術在廢水處理過程中具有較好的效果，因此在1975年左右發展起來并引起世界各國的普遍關注，相繼建成了不同規模的深井污水處理裝置，主要用于處理各種工業廢水及高濃度廢水，并獲得了理想的經濟技術效果。深井曝氣工藝主要的技術優勢在于投資省、占地面積少、運行費用低、臭氣便于收集等特點，對氧的利用率較高，比常規曝氣法高10倍左右。我國也進行了深井曝氣法處理工藝的研究，在國外研究新成果的基礎上開發并推出了多種形式的深井曝氣工藝，廣泛應用于制藥、化工等領域產生的不易生化降解的高濃度有機廢水，取得了較為滿意的效果。國內還為推廣這一技術成立了專門設計、制造相關配套設施的深井曝氣設備公司[10]。AAO法（厭氧-缺氧-好氧法）是在具有較好脫氮功能的AO（缺氧-好氧法）工藝基礎上改進而發展起來的工藝，其中AO法是利用自氧型硝化菌在好氧條件下將廢水中的氨氮轉化為硝態氮（硝化階段），異氧型反硝化菌在缺氧的條件下將硝態氮轉化為N2而排入大氣，從而使廢水中的難降解有機物也得到有效去除，解決了氨氮的污染問題。AAO工藝由于增加了一個厭氧段，可以減輕后續反硝化-硝化系統中入廠口NO2--N的積累，進而提高了后續污水的可生化性，為缺氧段提供了較好的碳源，廢水經AAO系統處理后，毒性大大降低。AA/OO工藝能取得良好的污染物去除效果，主要是讓微生物在各自適宜的環境中得到優勢生長，充分發揮其活性并利用優勢菌進行專性降解污染物的能力，使每個反應器在處理廢水中的作用盡可能地發揮到極致。同時在O1、O2兩段接觸氧化反應器內培養馴化，使污泥中的微生物適應高濃度廢水的環境，具有處理效率高的特點，最終使出水達標排放[11-12]。

2.2 工藝的研發意義

目前國內外學者對深井式AA/OO組合工藝系統研究的報道較少，深井式AA/OO工藝采用回流污泥及混合液回流系統，發揮了深井曝氣技術及AA/OO工藝優勢，工藝每段均發揮了耐水力和抗有機沖擊負荷能力，加之裝置采用分段曝氣，具有其他生物法難以達到的充氧特性，提高氧氣利用率和污水處理效率，最終開發出了集AA/OO和深井曝氣技術于一井體的一體化污水處理工藝。深井式AA/OO工藝與常規處理工藝相比較，省去了占地基建投資，降低了運行成本，更適合受場地限制的工業密集型工業園區。若該工藝合理利用煤礦工業區存在的已報廢的煤礦立井井筒，用于處理焦化廠高濃度工業廢水，可節省深井開挖投資，大大降低成本。因此合理開發應用井式AA/OO工藝處理工業有機廢水，具有很大的競爭力和市場潛力。因地制宜，特別是在礦業密集型城市，建設或擴建場地受到限制的地區或東北寒冷礦業地區及廢棄井筒常見地區，新型AA/OO工藝的運用將日趨廣泛[13]。

3 井式AA/OO工藝處理焦化廢水可行性分析

該工藝綜合一級生物處理和AA/OO二級處理工藝采用完全回流污泥法系統，結合了幾種工藝適合處理高濃度有機廢水的特點，可高效處理焦化廢水；廢井筒的合理利用可避免高額的基建費用。工藝各部分集于一井，與常規處理工藝相比較，結構簡單、維修工作量小、污泥量少，也是運行費低的因素。通常一般生物法處理有機廢水會發生因絲狀菌大量繁殖而引起的污泥膨脹，進而使運行系統崩潰，無法正常運行，而井式AA/OO工藝改變了絲狀菌的形態，不會產生絲狀菌造成的污泥膨脹，便于污泥的固液分離，處理效果較好[14]。根據水量控制井體容積，占地非常小，施工簡單，受外界溫度等影響因素干擾小，同時合理利用焦化廠附近礦區廢井筒可以大大降低井體開挖等基建投資，減少了對自然的干擾和損害，節約集約利用了土地、水、能源等資源，從而在節能的同時，有效緩解了我國焦化廢水污染現狀。

4 結論

采用深井AA/OO工藝用來處理焦化廠高濃度工業廢水，可節省深井曝氣基建投資。該工藝在節能和強化處理高分子焦化廢水方面逐步改進，有機物去除效果較好；氧氣利用率高，盡可能地減少了部分曝氣所耗能量；廢棄井筒的合理利用進一步節省了工藝基礎設施建設投資成本，大大減少了焦化廢水的排放，同時可實現水資源的回收利用，順應工業化的發展要求，從多個角度實現了環保節能，具有較高的環保產業化前景。

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Study on New Energy-saving AA/OO Process for Treatment of Coking Wastewater

ZHAO Yong-chen, ZHANG Qing-jun, XU Ming-ze, ZHANG Fu-bo, WU Di, PU Dong-hui

X703

A

1006-5377（2015）05-0044-03

廣西礦冶與環境科學實驗中心資助項目（KH2012ZD004）。