SBR

实验室中SBR法对于焦化废水的处理

环境073（10072521）顾颖峰

摘要：焦化废水是一种有剧毒的工业污水。它通常通过物化法和生物法结合的方法来处理。本文以CSTR系统进行全部研究，我们研究了焦化废水在实验室中由PLC控制情况下，经过一个400升隔油池，一个350升调节池和一个6米高的SBR反应器后的处理效果。 当水力停留时间为66小时，氨氮去除率为96%。当水力停留时间为115小时时，该SBR法处理效果为：去除了85%的COD，98%的硫氰酸盐和99%的酚。出水水质为：酚1.8mg/L，SCN-5.4mg/L，COD206mg/L，氨氮78mg/L。

1介绍

在炼焦过程中，用水把氨从废气中吸附出来而除去，这是为了把废气中的氨浓度降低到外界植物能够接受的浓度，即约0.1 g/m3。产生的出水含有铵的浓度在5和10 g/L之间。除了这种污染性物质,焦化废水也含有一些大量的有毒化合物例如酚类，硫氰酸盐，氰化物，硫化物和氯化物和少量的多环芳烃，杂环含氮化合物。这些物质是被现行的法规严格禁止的，这些物质还会使水的颜色变黑。表1显示了典型焦炉废水中主要污染物的浓度。每个组分中的浓度变化被当做是煤的类型函数来使用，不同过程的函数被修改用来制焦。

表一：焦化废水中各种污染物的浓度

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由于上述污染物的存在使得在处置废水前必须对他进行处理。这种处理通常包括一系列的先于生物过程的物理化学处理，以减少固体，油脂和铵的浓度。一般来说，氨的浓度应由一种吹脱的工艺来去除掉。使用此工艺，铵浓度可降至50毫克/升，然而100到300毫克/升的浓度是比较常见的。

苯酚是对于焦化废水中总COD贡献最大的污染物。尽管是一种易于生物降解的物质，苯酚同时也是生化过程中的抑制剂。因此，处理这种废水的生物要是经过特别驯化的。在适当的生化条件下，驯化生物能氧化这些可降解有机物，包括废水中的酚，这种生物过程可用于焦化废水。

怀着完成以往用1,2或者3个步骤在实验室规模采用活性污泥工艺的目标，在目前的研究工作中作者研究运用SBR法研究位于Avile的工厂带来的中试厂的焦化废水的生物处理过程。 SBR广泛运用于去除工业废水中的有机物和含氮化合物。废水在生化处理前进行了吹脱工艺是为了减少氨的浓度。

2方法

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图一：实验装置图

采用的中试装置，如图一流程图所示，包括一个400升钢冷却罐，使用NaOH的吹脱工艺在里面进行来降低废水中铵根离子浓度。用于去除氨氮的空气来自该公司的压缩空气供应系统，并通过放置在底部容器的管口被引入。氨气被并入工业规模的汽提塔的出水并转化为硫酸铵。第一罐流出的出水流入一个350升容积的均质池，在其中使用曝气的方法维持混合均匀。废水在进入PLC控制的6米高1500 L的间歇式生物反应器前已经被均质池中和。

为了监测在容器中的吹脱和生物降解过程，运用标准方法分析进出水。在不能够进行即时分析的情况下，样品通常在4℃条件下冷藏。酚，COD和硝酸盐的分析是通过使用哈希DR/2010分光光度计比色法。铵根浓度的测定是使用ORION 95-12 BN离子选择性电极来测定电位。 SCN-的分析是通过在酸性pH下形成铁的络合物来进行比色。

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为了启动生物反应器，使用了来自阿斯图里亚斯城市生活垃圾填埋场的渗滤液里的污泥，在反应器中得到了约5克/升的总悬浮固体浓度。这种污泥作为接种源的作用已在先前的实验室规模的研究中被证实。在启动反应器期间，使用48小时的周期和240小时的水力停留时间（HRTs）。这一阶段，这已完成相当良好的污染物去除率，历时70天。在启动时期之后，研究了不同运作的条件，见表2。

表二：装置启动后的运作数据

曝气的自动化控制运用于整个过程。安装的设备包括调节阀 (Schubert & Salzer GS28043)，溶解氧传感器(Foxboro 871DO-Constitution),电化学分析仪（873DO）控制器（Eurotherm 2216e）和图形记录仪（Eurotherm 5100V）。这些器件的安装组成一个标准的反馈式控制方案。控制是通过测量溶解氧浓度，与固定值比较，曝气强度是通过改变不同的阀门开度，从而始终保持氧浓度接近固定值6毫克/升，作为一个较小的值是很难用调节阀控制的。

从第130天起，两个剂量调节装置被安装以期改善运行控制和实验装置的功能。第一单元的组成是由一Dosapro Milton Roy GM 25S通用泵包含一个316 L不锈钢钢体，适合在强碱性介质下运作。该泵配备了Stegmann ER 20电执行器，由一个PID Eurotherm 2216e控制器控制驱动，它使用一个由吹脱装置的Foxboro 871ApHmeter发出的输入信号。这一剂量调控单元的目标包括通过调节额外的15%的NaOH来维持11.7的pH值。第二个计量调控单元是由一个Dosapro Milton Roy GM 25S泵包含一个聚偏氟乙烯体，适合在强酸的介质下运作。该泵还配备了Stegmann ER 20电动执行器由一个PID控制器

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Eurotherm 2216e管辖，从而通过由均质单元的Foxboro 871A pHmeter提供的基础值来调节必要的流量从而关闭控制回路。此剂量调节装置的目的在于通过添加额外的硫酸维护均质反应器的pH值恒定在6.0到6.5，因为这个值在先前的实验室研究中被认为是最佳的SCN-生物降解条件。

在这个过程中消耗的试剂是：少量的抗发泡剂，NaClO 71D;130克Na2HPO4/m3作为磷源生物降解;15％的氢氧化钠（12-16 L/m3）在吹脱装置中去除氨氮，10％硫酸（11-15 L/m3），在均质罐中用来中和进水。

3结果与讨论

焦化废水中氨氮的浓度在401到750毫克/升之间，如图二通常在钢容器中的浓度很低（表1）这是因为很大一部分氨被吹脱去除了，但在这次的研究中由于工业上的一些吹脱操作问题，在SBR中生化处理前使用吹脱步骤是为了尽可能减少可能减少污染物的去除率的对微生物的毒性作用。

3.1使用吹脱装置去除氨

吹脱的过程包括通入空气去除废水中的氨氮，氨氮将在碱性介质下从液相进入气相。由于吹脱装置比SBR容器小，采用的HRTs明显低于那些生化反应器，是66，40，34和17小时。容器中的液体由于强烈的曝气总是充满氧。虽然没有采用加热元件，容器中的工作温度总是略高于环境温度，因为废水进水温度约为35℃且变化介于11.4℃至18.6℃

氨氮的负荷率随着停留时间的增加而减少且在66小时停留时间2.5 kg 氨氮/m3 day到17小时停留时间9.8kg氨氮/m3day之间变化，因为废水中的氨氮浓度的变化被观察的

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停留时间也发生了变化。在第一部分的研究中在加入NaOH的情况下废水的pH保持在高碱性，介于10和12.5。从第13天使用的自动配料系统使NaOH的消耗节约了且比以往更好地控制了pH值，使其在剩下的时间中保持大约在11.7不变。

图二：各时间段得废水处理效果

如图二可知，已经达到了37%(HRT=34h)和96%(HRT=66h)的去除率。实验开始阶段在HRT=34h时较低的去除率的原因可能是由于一些自动添加NaOH的装置调节问题，因为这期间恰逢安装自动投加仪器（第130天）。正如图2中可以看到，第155天以后去除值增加到超过80％。这种异常的去除效率往往是增加了停留时间。

3.2SBR反应器中的焦化废水生化处理

当焦化废水中大部分的氨氮被除去后，由于在吹脱过程中产生的较高的pH值，废水在进入生化反应器前必须被中和。因此，一个均质罐被放置在吹脱装置和SBR反应器之间，

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以补充必要的试剂。硫酸被用来中和废水，因为这种试剂在工厂生产中试一种副产物。

由于没有采用加热元件，反引起温度与环境温度相同，或者由于微生物活动略高于环境温度，介于14.7℃(HRT=115h)和21.7℃（HRT=225和137h）。通过氧气传感器和自动调节阀门的控制混合液体中的溶解氧被控制在4.5mg/L。

反应器内的pH值定为6.5，最适合硫氰酸的生化降解，焦化废水中的污染物比酚或者其他有机化合物需要更多的时间来生化降解

有机物与微生物的比例随着HRT的减少而增加，介于0.06和0.2COD/kgVSS.day之间。有机负荷率（OLR）的平均值在0.14至0.56kgCOD/m3 day之间变化，并随着停留时间的减少而增加。由于焦化废水成分的变化，很难保持一个固定的OLR值，所以选择操作参数是水力停留时间。

挥发性悬浮固体浓度（VSS）的值介于1.5至2.9 g / L平均值为 2.2毫克/升，占79％的总悬浮固体。污泥的体积指标（SVI）介于47至80cm3/g，无需添加凝固剂

3.3COD的去除

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图三：COD的去除效果

图3显示了废水中COD浓度的变化过程，生物反应器的进水与出水以及不同条件下的去除率。废水中COD浓度介于1100至1700 mgO2/ L，在吹脱和中和过程后下降迅速，这可以从观察到的SBR进水值得出。根据文献这可能是由于空气氧化的多羟基酚类例如在吹脱过程中邻苯二酚，。吹脱后可以观察到颜色由浅黄变成深棕色。出水COD总是低于进水，在155至560毫克/升间变化。去除率介于80％至90％，除了最短的HRT，降低到了62％。

3.4酚的去除

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图四：酚的去除效果

装置中的酚的浓度在不同进程中的变化如图四所示，包括不同工况下的去除率。废水中酚类化合物的浓度在185至253毫克/升间变化，在吹脱工艺后浓度下降迅速。生化反应后的浓度介于1.7至5 mg/，去除效率总是超过97％。经观察去除率与HRT之间没有关联，由于HRTs总是足够高来实现几乎彻底的酚类物质生化降解。

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3.5硫氰酸盐去除

图五：硫氰酸盐的去除效果

图5显示废水中SCN-的浓度变化，SBR容器进出水和不同工况下的去除率。 SBR容器的进水中硫氰酸根的浓度介于210至487 mg / L在处理后浓度下降为1至20毫克/升。在水力停留时间大于等于115小时的情况下能达到非常好的去除率约95％或更高。在HRT=58h的时候出水达到90%的去除率。

3.6氨氮浓度的变化

如上所述，在进行废水生化处理前进行吹脱操作是为了减少氨氮的浓度。虽然SBR法的实验不是为了去除氨氮，但还是为了观察氨氮浓度的变化进行了监测。图6显示了氨氮在不同的进程中浓度的变化。在吹脱过程中氨氮得到去除（又见图2）。在生化过程中观察到氨氮浓度的上升。这是由于进水中存在有机氮和硫氰酸盐，这是由于前者在生化过程中

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能转化为氨氮而后者能转化为氨氮，碳酸根和硫酸根。 由于这一增长，总氨氮的去除效果要低于吹脱过程所得到的去除率，介于42％和85％不等，如表三，该表表明废水中不同污染物的氨氮平均浓度和最终出水效果以及不同工况下的出水效果。虽然在先前的研究中已发现焦化废水中最低生物降解水力停留时间为80小时，但研究结果表明58小时的停留时间已经能得到相当高的COD，酚和硫氰酸盐的去除率。在吹脱过程中66小时的停留时间能使出水氨氮保持40至100mg/L。为了获得更低的出书氨氮浓度，一个可能的办法是加入一个硝化/反硝化的处理步骤。这一步可以在SBR中进行，优化不同阶段的操作时间

图六：氨氮的去除效果

表三：不同污染物在不同工况下的去除效果

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4结论

焦化废水的处理研究使用了由吹脱装置均质罐和一个生物反应器组成的中试装置。吹脱装置中氨氮的去除受HRT的影响，在停留66小时后能得到90%的去除率经过吹脱和硫酸的中和，即使在较低的水力停留时间下（58小时）SBR中污染物的生化去除效率仍高于COD69％，酚98％和硫氰酸盐90％。增加更多时间，能实现更高的去除率，尤其是COD的去除率 。