SBR+BAF組合工藝在煤氣化廢水處理中的應用

摘 要：針對煤制氣化工企業的生產廢水氨氮含量高的處理難點，設計采用以SBR+BAF組合工藝為核心的廢水處理技術，該技術處理效果較好，出水CODcr質量濃度低于50mg/L，氨氮質量濃度低于5mg/L，總懸浮物SS質量濃度低于60mg/L，達到《污水綜合排放標準》GB 8978-1996一級排放標準，工藝運行穩定可靠，運行靈活，設備簡單易于操控，可在煤氣化廢水處理工程中推廣應用。

關鍵詞：煤氣化生產廢水;SBR+BAF組合工藝;應用

0 引言

目前，我國約四分之三的能源消耗仍是以煤為主，而煤制氣化工企業的生產廢水是一種典型的高濃度、高污染、有毒、難降解的有機工業廢水，使用單一傳統的處理工藝難以達到排放標準，為了產業的可持續發展、改善水質質量，開發高效可靠的廢水零排放處理工藝至關重要。

以某化工企業為例，該企業設計采用序批式活性污泥法（SBR）+曝氣生物濾池（BAF）組合工藝去除以德士古加壓水煤漿氣化工藝技術制取合成氣過程中所產生的含有高含量CODcr、氨氮等污染物的廢水，出水的CODcr濃度低于50 mg/L，氨氮濃度低于5mg/L，總懸浮物SS小于60 mg/L，符合《污水綜合排放標準》GB 8978-1996一級排放標準。

1 設計規模及水質

1.1 設計規模

污水主要是來自煤氣化過程洗滌、冷凝、分餾工段等階段的生產廢水及辦公區、生活區污水，總水量為60.3m3/h，結合實際情況綜合考慮，確定設計處理能力為70m3/h。

1.2 設計水質

當污水處理系統進水氨氮的濃度超過500mg/L時SBR池中的細菌活性會受到一定程度的抑制，進而影響到SBR池的處理能力;而當進水的氨氮濃度低于300mg/L時，SBR池中細菌的活性較強，此時SBR池處理能力處于較為理想的狀態;進、出水水質如表1。

2 工藝設計

2.1 工藝選擇

目前使用最廣泛的處理高氨氮廢水技術是生物處理法，工藝原理均是基于特定微生物的好氧、厭氧、硝化、反硝化等反應達到凈化污水中高氨氮的目的。

本項目設計采用SBR+BAF組合工藝處理煤氣化廢水，通過SBR池與BAF池串聯方式進行兩級生化處理，達到雙重脫氮的功效，有效去除煤氣化廢水中的污染物，保證出水水質符合排放要求，該方法耗能低、效果好、運行靈活、且不會造成水體的二次污染。

2.2 工藝原理

2.2.1 序批式活性污泥法（SBR工藝）

在SBR池中的綜合污水，通過好氧和厭氧各階段交替反應過程，形成容易降解有機物的異養型菌群、反硝化菌群及進行硝化反應的自養型硝化菌群等多種菌體共存的微生物體系，在不同階段，通過外部條件的控制使其交替處于好氧和厭氧的環境條件中，有機物濃度高與低的條件下，分別發生不同的化學作用，某些菌種成為相對主導菌種，在交替變化過程中，達到去除其適應的有害物質，反應如下：

2.2.1.1 好氧

有機物分解反應過程：

BOD+O2→C5H7NO2+H2O

硝化反應過程：

第一步（亞硝化細菌）：

NH3+O2→NO2-+H++H2O

第二步（硝化細菌）：

NO2-+O2→NO3-

2.2.1.2 厭氧反硝化過程

硝酸鹽還原過程：

NO3-+5H+→N2+H2O+OH-

NO2-+3H+→N2+H2O+OH-

即：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2

2.2.2 曝氣生物濾池（BAF工藝）

BAF池是將濾池及生物曝氣池結合在一起的一種生物反應池，反應池填充了接種特定工程菌的生物濾料層，進水的懸浮物被小粒徑的濾料層截留，污水中的污染物被附著在生物濾料上的生物膜上進行吸附、氧化分解、硝化、厭氧反硝化等反應后得到分解、代謝，產生的淤泥和懸浮物，通過反沖排洗排放出去，最終出水水質達到設計要求。

2.3 工藝流程

本項目選用的工藝流程如圖1所示。

污水進行水質調節后進入SBR反應池，SBR反應池每天工作4個周期，一個工作周期為6h：進水2h的同時，藥品投加計量泵的加藥管與污水提升泵出水管相連，隨進水過程投加磷營養鹽和堿液，確保微生物營養充足及pH值穩定;反應3h（包括進水的2h），反應主要是耗氧硝化和厭氧反硝化過程：在曝氣耗氧硝化階段，鼓風機啟動，向水體中補充充足的氧氣，污水中的有機物、氨氮等污染物在好氧微生物的作用下進行硝化反應，生成H2O、硝酸鹽（NO3-），然后進入攪拌厭氧反硝化階段，向水體中加入適量甲醇，保證碳源的充足，水中的硝酸鹽（NO3-）在厭氧細菌的作用下進行反硝化反應，硝酸鹽（NO3-）還原為N2從水中溢出，兩過程交替進行;反應結束后在反應池內沉淀、排水共3h，排水的同時污泥排放泵工作，將SBR池中剩余活性污泥和灰渣送至污泥處理系統。

SBR池出水進入BAF池由下至上通過接種特定工程菌的生物填料床，池底布置有曝氣管，為生物濾料上的好氧菌提供充足的氧氣，污水中的污染物在生物膜上微生物作用下得到降解，出水進入隔油池，通過隔油池的外排管道排放至回用水站，出水管路設有在線分析儀表，對出水的CODcr、氨氮濃度進行自動分析，若監測到出水水質達不到要求值則將污水泵送至事故池;為保證生產的連續性，反應池中布置有反沖洗系統，池底是反沖洗進氣管和反沖洗進水管，池頂是反沖洗排水管，將污染物降解后產生的污泥及填料床截留的懸浮物反沖洗排放至反沖排水池，通過反沖排水泵送回SBR污水調節池。

3 主要構筑物及配套設備

SBR池3座，長度為23m，寬度為16m，深度為5m，單池有效容積1840m3，每池每個循環處理能力為140m3，每個循環6h;配套3臺污水循環泵、3臺鼓風機、3臺旋轉式潷水器、1臺污泥壓濾機，循環泵每小時處理流量為360m3、鼓風機最大風量為6300 m3/h、潷水器最大流量為200 m3/h、壓濾機污泥處理量為每小時11-20m3，配套給藥系統、PLC控制系統。

BAF池3座，單池尺寸長×寬×高=19.8×m7.1m×6.0m，

每個單池內有接種了特定工程菌的填料床，單池設計處理能力為100m3/h，濾池總高度為6m;每個單池布置5臺蝶式射流曝氣器，配套有自動化反沖洗系統，反沖洗進水管、進氣管及曝氣器支座固定于反應池底部，反沖洗排水管位于池頂。

4 運行效果分析

SBR+BAF組合工藝體現出良好處理能力，出水CODcr質量濃度在50mg/L以下，去除率基本可以保證在92%以上，出水NH3-N質量濃度在5mg/L以下，去除率可以保證在98%以上，達到污水排放標準，監測數據如表2所示。

5 影響污水去除率的因素

SBR+BAF組合工藝在處理煤氣化廢水時，若溫度、pH值等因素把控不好，會導致處理效率降低，達不到設計要求。

5.1 溫度

SBR+BAF組合工藝是生化處理工藝，在溫度為25～ 45℃時池中微生物能大量增殖，處理能力處于良好狀態，若溫度過低則會抑制微生物的增殖，溫度過高則不止會抑制增殖還會有可能使微生物失活，對處理效果大大的不利。

5.2 pH值

凈化污水的重要關鍵是反應池中生長的特定微生物，而其最佳生長環境的pH值是6～9，pH值過高或過低均會影響微生物的活性，SBR+BAF組合工藝對污水的處理效率則會降低。

5.3 DO值

SBR反應池中硝化過程是耗氧過程，硝化反應所需DO值為2～4 mg/L，若DO值長時間都處于較低值時，硝化反應受影響，導致氨氮去除率降低。

5.4 碳源

SBR池的厭氧反硝化過程中，選擇投放甲醇作為外部碳源時，反硝化反應時的速率比使用葡萄糖作為碳源時更快速且費用較低、反應降解的污泥產量小[1];而合適的碳源投放量也能提高運行效率，碳源投加不足時，厭氧反硝化進程受影響，會存在亞硝酸鹽積累的現象，導致總氮濃度超標，碳源投加過量時，則出水COD會增加。

5.5 反沖排泥

BAF池運行的過程中，需定期進行反沖排泥，否則隨著時間的推移生物膜會不斷增殖而逐漸增厚，使廢水中的雜質和濾料中截留的懸浮物SS不斷累積，最終導致曝氣、布水系統的堵塞，影響裝置正常運行，使系統的脫氮效能大幅度降低。

6 結論

SBR+BAF組合工藝作為煤氣化廢水生化處理單元，具有運行效果穩定、處理效率高、設備構造簡單、運行管理方便等特點，出水水質能達到《污水綜合排放標準》GB 8978-1996一級排放標準，且處理出水又為回用水裝置提供穩定可靠的原料水，達到了綠色環保、節水減排的目的。

參考文獻：

[1]簡耀先，何慧，李嬌.SBR工藝除總氮總結[J].氮肥技術， 2019，40（3）：46-48.

作者簡介：

林蝶夢（1991- ），女，壯族，本科學士學歷，助理工程師，研究方向：應用化學。